多質子酸 Polyprotic Acids－硫酸

化學原理啟迪174

1.     在各種常見的酸當中，硫酸十分特別，因為硫酸第一次解離是強酸，第二次解離是弱酸：

H2SO4(aq) ←→H⁺(aq) + HSO4^－(aq)

Ka1非常大

HSO4^－(aq) ←→H⁺(aq) + SO4^2－(aq)

Ka2=1.2×10^－2

2.     【例題】計算1.0M H2SO4溶液的pH 值。

3.     【解題】溶液中的主要化合物：

H⁺， HSO4^－ 和 H2O

4.     其中，前面二個離子是H2SO4第一次完全解離時製造出來的。溶液中H⁺的濃度至少1.0M，因為H2SO4第一次解離能夠製造出來的H⁺份量就是1.0M這麼多。

5.     H2SO4解離出來的HSO4^－還會進行第二次解離，那麼「HSO4^－離子的解離會不會對H⁺濃度產生重大影響呢？」為了回答這個問題，我們將計算HSO4^－解離反應的平衡濃度：

HSO4^－(aq )←→ H⁺(aq) + SO4^－(aq)

6.     第二次游離的平衡常數：

Ka2＝1.2×10^－2＝[H⁺][SO4^2－]／[HSO4^－]

7.     各化合物的濃度如下：

8.     也可簡寫成：

特別留意[H⁺]不等於0，因為第一次解離已經製造出一些H⁺。

9.     把平衡濃度代入Ka2的平衡方程式，取HSO4^－的近似值

Ka2＝1.2×10^－2＝[H⁺][SO4^2－]／[HSO4^－]

＝(1.0+x)(x) ／(1.0－x)≒(1.0)(x)／(1.0)

因此 x≒1.2×10

10. 因為1.2×10^－2是1.0的1.2%，誤差在5％以內，這個數值是可信的。

11. 特別留意，x與[H⁺]不相等：

[H⁺]＝1.0M+x＝1.0M+1.2×10^－2M＝1.0M

12. 因為HSO4^－解離沒有明顯增加H⁺濃度：

[H⁺]＝1.0M 並且pH＝0.00

13. 從以上的例子可看出，只有第一次解離能影響H⁺濃度。只有在溶解度高於1.0M的溶液裡，HSO4^－溶解度會變得比較重要。

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》