高中化学 69 化合物在水中的电离常数

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定义

电离常数是指弱电解质在一定条件下电离达到平衡时，溶液中电离所生成的各种离子浓度以其在电离方程式中的计量数为幂的乘积，跟溶液中未电离分子的浓度以其在化学方程式中的计量数为幂的乘积的比值，是一个常数，简称电离常数，通常用\(K_{a}\)表示弱酸的电离常数，\(K_{b}\)表示弱碱的电离常数.

表达式

对于一元弱酸\(HA\)，其电离方程式为\(HA\rightleftharpoons H^{+}+A^{-}\)，电离常数\(K_{a}=\frac{c(H^{+})\times c(A^{-})}{c(HA)}\)；对于一元弱碱\(BOH\)，其电离方程式为\(BOH\rightleftharpoons B^{+}+OH^{-}\)，电离常数\(K_{b}=\frac{c(B^{+})\times c(OH^{-})}{c(BOH)}\).

影响因素

物质本性：不同的弱电解质由于其分子结构和化学键的性质不同，电离常数也不同。一般来说，酸性或碱性越强的弱电解质，其电离常数越大.

温度：电离过程一般是吸热过程，升高温度，有利于电离平衡向电离方向移动，电离常数增大；降低温度，电离平衡向逆方向移动，电离常数减小。但在室温下，一般温度变化不大时，电离常数的变化通常可以忽略不计.

意义

衡量电离程度：电离常数的大小反映了弱电解质在水中的电离程度。电离常数越大，说明弱电解质越容易电离，电离程度越大；反之，电离常数越小，电离程度越小。例如，在相同温度下，\(K_{a}(CH_{3}COOH)=1.8\times10^{-5}\)，\(K_{a}(HCN)=6.2\times10^{-10}\)，说明醋酸的酸性比氢氰酸强，醋酸在水中的电离程度比氢氰酸大.

比较酸碱性强弱：在同一温度下，对于不同的弱酸或弱碱，可以通过比较它们的电离常数大小来判断其酸碱性的相对强弱。电离常数越大，对应的酸或碱的酸性或碱性越强.

计算溶液中离子浓度：已知弱电解质的电离常数和溶液的浓度，可以计算出溶液中各种离子的浓度。例如，已知醋酸的浓度为\(c\)，电离常数为\(K_{a}\)，设醋酸电离出的\(H^{+}\)浓度为\(x\)，则\(K_{a}=\frac{x^{2}}{c-x}\)，当\(c\)较大且\(K_{a}\)较小时，\(c-x\approx c\)，则\(x=\sqrt{K_{a}c}\)，可近似计算出溶液中\(H^{+}\)的浓度.

多元弱酸和弱碱的电离常数

多元弱酸、多元弱碱在水中的电离是分步进行的，它们的每一步电离均有电离常数，且各不相同。例如，碳酸的电离方程式及电离常数为：

第一步电离：\(H_{2}CO_{3}\rightleftharpoons H^{+}+HCO_{3}^{-}\)，\(K_{a1}=\frac{c(H^{+})\times c(HCO_{3}^{-})}{c(H_{2}CO_{3})}=4.3\times10^{-7}\)

第二步电离：\(HCO_{3}^{-}\rightleftharpoons H^{+}+CO_{3}^{2-}\)，\(K_{a2}=\frac{c(H^{+})\times c(CO_{3}^{2-})}{c(HCO_{3}^{-})}=5.6\times10^{-11}\)

由于第一步电离出的氢离子对第二步电离有抑制作用，所以多元弱酸的各步电离常数关系为\(K_{a1}\gt K_{a2}\gt K_{a3}\cdots\) ，多元弱酸的酸性主要由第一步电离决定，计算多元弱酸溶液中的氢离子浓度、或比较多元弱酸的酸性强弱时，通常只考虑第一步电离.