醫用化學/鹽類溶液的PH值

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除強酸強鹼鹽無水解反應外,根據酸鹼質子理論,其它各種鹽的水解反應,實質由是一種質子轉移反應,即酸鹼反應。在純水中,[H+]和[OH-]相等,呈中性。但加入鹽的離子和H+及OH-作用後使水中H+或OH-濃度發生改變,故多數鹽的溶液顯示出酸性或鹼性。這種鹽的離子與水中H+或OH-作用生成難離解物質,使水中的[H+]或[OH-]發生改變的反應稱為鹽的水解。由於生成鹽和鹼強弱不同,水解後酸鹼性也有所不同。

一、強鹼弱酸鹽溶液的PH值

一元強鹼弱酸鹽溶液,例如 NaOAc 溶液中:

NaOAc→Na++OAc-

Na+不與水電離出的OH-結合,它與溶液的酸鹼性無關。OAc-是HOAc的共軛鹼,與水作用放出OH-使溶液顯鹼性。

Gmoebv4k.jpg


上式的平衡常數,也就是弱鹼的離解常數:

Gmoebg85.jpg


表3-5 一些一元弱鹼的離解常數(18-25℃)

分子式或離子 Kb PkB
鹼的強度增 二甲胺 (CH3)2NH 1.18×10-3 2.93
乙胺 C2H5NH2 4.7×10-4 3.33
NH3 1.76×10-5 4.75
硼酸根離子 H2BO-3 1.37×10-5 4.86
次氯酸根離子 CLO- 3.38×10-7 6.47
吡啶 C5H5N 1.61×10-9 8.79
醋酸根離子 OAc- 5.68×10-10 9.25
苯胺 C6H5NH2 4.0×10-10 9.40
氟離子 F- 2.83×10-11 10.55

表3-5 列出了一些一元弱鹼的離解常數。通過Kb和鹼的濃度c(OAc-的濃度近似地等於鹽NaOAc的濃度),即可根據(式2-4)計算溶液中[OH-]及PH值,而不必像經典理論那樣通過鹽的水解來解釋和計算。

Gmoebu2y.jpg


使用這個公式的條件是c/Kb≥500。

例3計算0.100mol.L-1naOAc溶液的 pH值。

Gmoeblk1.jpg


pOH=-lg[OH-]=-lg7.54*10-6=5.12

pH=14-pOH=14-5.12=8.88

多元弱酸的強鹼鹽溶液PH值的計算,與一元強鹼弱酸鹽相類似。因 Kb1Kb2 ,溶液中[OH-]主要由第一級鹼式離解所產生,而第二級鹼式離解產生的OH-及弱酸很少,可以忽略。計算時以Kb1代入式(2-4)中之Kb,即可算出[OH-]。例如Na2CO3溶液中

Gmoebf8r.jpg


設Na2CO3的濃度為0.100mol.L-,c/Kb1=0.100/1.78×10-4>500,用式(2-4)計算

Gmoebki5.jpg


pOH=2.37

pH=14-2.37=11.63

二、強酸弱鹼鹽溶液的PH值

一元強酸弱鹼鹽,例如NH4CL溶液中:

Gmoebnl2.jpg


NH4+離子是NH3的共軛酸,它在水中電離:

或簡寫為 Gmoebprf.jpg


CL-離子不與水電離出的H+結合,它與溶液的酸鹼性無關。可認為NH4+就是酸,與水作用放出H+而使溶液顯酸性。當c/Ka≥500時,可用式(2-3)計算。

Gmoebmjv.jpg


式中,c為濃鹽酸的濃度。PH值可由[H+]計算。

多元強酸弱鹼鹽例如(NH4)2SO4溶液中PH值的計算,與一元強酸弱鹼鹽的PH值計算類似。

三、兩性物質溶液的PH值

(一)多元酸酸式鹽溶液的PH值

多元酸酸式鹽中的酸式酸根離子,例如HCO-3在水溶液中的質子轉移平衡如下:

Gmoeborm.jpg


HCO-3作為酸,根據數學推導,當Ka2C>20KW,且c>20Ka1時,水的離解可以忽略,且兩性物質濃度不是很稀時,HCO-3溶液中[H+]的近似計算式為

Gmoebsyu.jpg (3-9)

式中Ka1和Ka2分別是碳酸的一級和二級離解常數。

對於其他酸式根離子水溶液和PH值,也可以類推得到近似公式。例如對於H2PO4溶液:

Gmoebe6h.jpg


對於HPO2-4溶液

Gmoebqrq.jpg


從這些近似公式可以看到,這些鹽溶液的PH值與濃度無關。

例4 計算0.10mol.L-1 NaHCO3溶液的pH值。已知H2CO3的Ka1=4.30*10-7,Ka1=5.61*10-11

解:由符合近似條件,故可用近似公式計算。

Gmoebiho.jpg


(二)、弱酸弱鹼鹽溶液的PH值

NH4OAc是兩性物質。在溶液中,

Gmoebw5b.jpg


根據數學推導,當cKa(NH4+)>20Kw,且c〈20Ka(HOAc)時,計算溶液[H+]的近似公式為:

Gmoebh6b.jpg


(3-10)

設NH4OAc濃度為0.100mol.L-1,則

Gmoebjis.jpg


 
32 酸鹼指示劑 | 緩衝溶液 32
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