无机化学缓冲溶液ph的计算?

Question

如题所述

Answer 1

1. 首先，我们可以确定混合拦纯液中的配体是氨（NH3），配体的酸性可由其对应的酸 NH4+ 的 pKa 值求得：pKa = pH + log([NH3]/[NH4+])。其中，pH 为混合液的 pH，[NH3] 和 [NH4+] 分别是混合液中 NH3 和 NH4+ 的浓度。由于 NH4+ 是弱酸，因此其 Kb 值可以表示为：Kb = Kw / Ka(NH4+)。其中，Kw 为水的离子积常数，Ka(NH4+) 为 NH4+ 的酸解离常数。
2. 根据 Henderson-Hasselbalch 方程，[NH3]/[NH4+] 的比值可以表示为：[NH3]/[NH4+] = 10^(pKa-pH)。结合上述公式，可以得到：Kb(NH3) = Kw / Ka(NH4+) = 10^(-pH+pKa)。
3. 带入已知数据，可以得到：Kb(NH3) = 10^(-4.75+9.24) = 5.01×10^(-6)。进而求得氨的 pKb 值：pKb(NH3) = -log(Kb(NH3)) = 5.30。
4. 同时，lg3=0.477 告诉我们在混合溶液中，NH3 和 NH4+ 的浓度之比为 3:1（因为 10^0.477≈3）。因此，我们可以设 NH3 的浓度为 x mol/L，则 NH4+ 的浓度为 3x mol/L。
5. 考虑 NH4Cl 的解离过程：NH4Cl(s) → NH4+(aq) + Cl-(aq)。根据该反应的离解度，可以列出 NH4+ 和 Cl- 的溶解平衡式：NH4+ + H2O ⇌ NH3 + H3O+。Cl- + H2O ⇌ HCl + OH-。
6. 根据氨和水的化学反应式，可以列出 NH3 和 H2O 的反应式：NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH-。
7. 根据混合溶液中 NH3 和 NH4+ 的浓度之比，以及氨的 pKb 值，可以列出 Henderson-Hasselbalch 方程：pH = pKb(NH3) + log([NH4+]/[NH3])。代入已知数据，可以得到：4.75 = 5.30 + log(3x/x)。
8. 解得 x = [NH3] = 0.0569 mol/L，[NH4+] = 0.1707 mol/L。
9. 最后，我们可以计算混合液的 pH 值。由于 NH3 是弱碱，其产生的 OH- 浓度可以表示为：[OH-] = Kb(NH3) × [NH3]。带入已知数据，可以得到：[OH-] = 5.01×10^(-6) × 0.0569 = 2.85×10^(-7) mol/L。
10. 由于混合液是中和的，因此 [OH-] = [H3O+]。pH = -log[H3O+] = -log([OH-]) = 6.55。
11. 综上所述，混合液的 pH 值为 6.55，NH3 的 pKb 值为 5.30。