已知氨的Kb如何求硫酸铵的PH
【注】
硫酸铵水解呈酸性,为了简化计算,该解法在进行加减法计算时忽略溶液中的氢氧根浓度,
但在做乘除法时不能忽略,根据水电离平衡,用氢离子浓度代入计算。
【解】
设氨的电离平衡常数为k,硫酸铵的摩尔浓度为amol/L,则有:
硫酸根离子浓度为amol/L:[SO₄²⁻]=a……①
根据溶液中电荷平衡,有:2×[SO₄²⁻]+[OH⁻]=[NH₄⁺]+[H⁺]……②
忽略氢氧根浓度,将①式代入②式,得:
[NH₄⁺]=2a-[H⁺]……③
溶液中铵离子/水合氨分子浓度之和为2amol/L:[NH₄⁺]+[NH₃·H₂O]=2a……④
将③式代入④式,得到:[NH₃·H₂O]=[H⁺]……⑤
根据氨电离平衡:NH₃·H₂O⇌NH₄⁺+OH⁻,有:
[NH₄⁺]·[OH⁻]/[NH₃·H₂O]=k……⑥
根据水电离平衡,将[OH]用10⁻¹⁴/[H]代入,变换后得到:
10⁻¹⁴[NH₄⁺]=k[H⁺]·[NH₃·H₂O]……⑦
将③⑤两式均代入⑦式,得到:
k[H⁺]²+10⁻¹⁴[H⁺]-2a×10⁻¹⁴=0……⑧
这是一个以[H⁺]为未知数的一元二次方程,根据求根公式得到:
省略负值并化简,得:
如果硫酸铵浓度不是特别低(不小于10⁻⁹mol/L数量级)的话,上式可以近似简化为:
将该值求负对数,即为pH值:pH=-lg[H⁺]
【例】
查表得知氨的电离平衡常数为:Kb=1.774×10⁻⁵,假设硫酸铵浓度为1mol/L,则有:
则pH值为:pH=-lg[H⁺]=-lg(3.3577×10⁻⁵)≈4.474
【扩展】
上述计算按照硫酸为强酸(二级电离完全)来做的计算,但实际上,硫酸的二级电离不完全,其二级电离常数为:Ka2=1.20×10⁻²。
SO₄²⁻+H₂O⇌HSO₄⁻+OH⁻
即:硫酸铵溶液中,不止铵离子水解,硫酸根离子也会水解,也会影响溶液pH值。
如果要将该因素也考虑进去,则上述计算会更加复杂。
20%硫酸铵溶液ph值小于7。具体是多少,要看硫酸铵溶液的浓度,浓度越大,pH值越小。根据查询相关资料信息得知硫酸铵溶液ph值质量分数不同的硫酸溶液其密度不相同,质量分数10%20%30%40%50%60%。
【根据越弱越水解,谁强显谁性。】
这四种物质都是铵盐,那么只需要判断阴离子的水解能力即可。
阴离子水解要消耗溶液中的H+ ,使溶液的PH增大。
所以,阴离子对应的酸的酸性越弱,则阴离子的水解能力越大,溶液的PH就越大。
(NH4)SO4 ,NH4HCO3 , CH3COONH4 ,NH4Cl
SO4^2-对应的酸是HSO4- ,属强酸 ;
HCO3-对应的酸是H2CO3 ,属弱酸 ;
CH3COO-对应的酸是CH3COOH ,属弱酸
Cl-对应的酸是HCl ,属强酸
同等浓度的酸性强弱的大小有: HCl ≈ HSO4- > CH3COOH > H2CO3 (其中HCl的酸性比HSO4-略大)
则水解程度有:HCO3- > CH3COO- > SO4^2- ≈ Cl- (其中Cl-和SO4^2-几乎不水解)
所以,等浓度的上述四种溶液,
溶液的PH由大到小:NH4HCO3 > CH3COONH4 >(NH4)2SO4 ≈ NH4Cl
【补】:由于NH4+和CH3COO-的水解能力相当
所以,CH3COONH4 的水溶液显中性。
因为(NH4)2SO4和NH4Cl的物质的量浓度相同,所以(NH4)2SO4溶液中的NH4+浓度大。又因为它们都是强酸弱碱盐,都能水解,水解方程式:NH4++H2O<=>NH3.H2O+H+-.溶液呈酸性。
NH4+浓度越大,水解程度就越强,溶液的酸性就越强,PH就越小,则(NH4)2SO4溶液PH小于NH4Cl溶液的PH.
硫酸铵可以电离出2个铵根离子,所以铵根离子的浓度大于氯化铵的,铵根离子水解产生氢离子,增大浓度后,水解产生的氢离子浓度也变大,所以PH小