例1,已知浓度为c酸,解离常数为Ka,的某一元弱酸HA。试导出溶液中的[H+]计算公式。
解:同时考虑弱酸HA与H2O电离。这样,溶液中与这两个平衡有关的物种浓度有[HA]、[ A-]、[H+]及[OH-],这样的四种(其中的[H+]要关系到两个平衡)。
就这些物种写出体系的质子条件及物料平衡。最终推导出的是一个,实质为一元三次方程的“精确式”:
而学生实际上能够会用的近似式及最简式,都是在“忽略”掉体系中某些因素的情况下,由精确式化简所得到的近似公式。
对这样一个最简单例子,其讨论过程及推导结果都这样复杂。何况,有的体系还不止是有两个平衡,其难度就更是可想而知的了。
所以,教师在强调这类计算的解题思路时,必须要指出如下的两点:
一是,对溶液中某离子浓度只能是某一个值(只能设一个未知数),这个值要同时满足其所有相关平衡常数表示式的需要。
更直白点说,就是离子的平衡浓度间没有加合性。把从一个平衡得到的浓度,加上一个未知数后再代入另一个平衡,这也是不能被允许的。
二是,几乎所有的这类计算都是在“忽略”某些因素的情况下进行的。要会抓住矛盾的最主要方面,这样才有简化问题的方法。对不同性质的问题,要用不同的方法来进行“简化”。
本文试着就问题性质的不同,将问题分为如下的几类,并就每类问题给出一个通用的处理方法。
二、所讨论的离子浓度仅被一个平衡常数限定的情况
对电解质来说,物质的化学平衡常数(简称化学常数)是在平衡条件下限定体系中各相关离子浓度相互间关系的一个物理量。在一定条件下当然可以用它作为判断体系中某些离子浓度的依据。
而要只考虑该物质的化学常数就可以解决问题,前提就是不必顾其它平衡的存在(无其它平衡,或水对该平衡无影响,或水的影响不大)。这时,我们就可以只专注于该物质化学常数所涉及的两种或几种离子,并可以只用这一个化学平衡常数来解决问题。
这种类型题的解题关键在于,能排除其它平衡的影响,确定出这个化学常数的类别、写出该化学常数的表示式、知道这个化学常数的具体数值(多数情况下会给出,或可以查到)。
有以下的一些具体情况。
1.仅涉及水的离子积的计算
背景与条件:只有溶剂水的电离平衡要考虑,而任何能对这个平衡产生影响的其它平衡都不存在。
如,在已知溶液中氢离子(或氢氧根)