多質子酸 Polyprotic Acids－硫酸（二）

化學原理啟迪175

1.     在溶解度高於1.0M的溶液裡，HSO4^－溶解度會變得比較重要。

2.     【例題】計算1.0×10^－2M H2SO4溶液的pH 值。

3.     【解題】溶液中的主要化合物：

H⁺， HSO4^－  和 H2O

4.     應用前一題的計算步驟，計算HSO4^－的解離反應的平衡濃度：

5.     把平衡濃度代入Ka2的平衡方程式

Ka2＝1.2×10^－2＝[H⁺][SO4^－]／[HSO4^－]

＝(0.0100 + x)(x) ／(0.0100－x)

6.     如果我們取近似值，0.010+x≒0.010，並且0.010－x≒0.010，我們得到

1.2×10^－2＝（0.0100+x）（x）／(0.0100－x) ≒（0.0100）（x）／(0.0100)

計算得到x值  x＝1.2×10^－2＝0.012

7.     結果答案0.012比0.010大，這顯然是錯誤的(誤差超過100%)。因此我們不能用近似值的方法，我們必須解開方程式：

1.2×10^－2＝（0.0100+x）（x）／(0.0100－x)

8.     得到

（1.2×10^－2）（0.0100－x）＝（0.0100 + x）（x）

（1.2×10^－4）－（1.2×10^－2）x＝（1.0×10^－2）x + x²

x²+（2.2×10^－2）x－（1.2×10^－4）＝0

9.     利用一元二次方程式的公式求根

a＝1，b＝2.2×10^－2，c＝－1.2×10^－4

10. 用公式可得到一個負的根（顯然是錯的），和正的根（這才是我們要的正確答案） x=4.5×10^－3

11. 因此[H⁺]＝0.0100+x＝0.0100+0.0045＝0.0145， pH＝1.84

12. 特別留意，第二次解離產生的H⁺分量，是第一次解離產生的H⁺的一半。

13. 【摘要 多質子弱酸性質】

l  基本上，第二次解離的Ka值遠比第一次解離小太多，所以只有第一次解離對H⁺濃度有重大影響。意思就是，多質子弱酸溶液的計算方式與單質子弱酸一樣。（多質子弱酸，例如磷酸。）

l  硫酸比較特別，因為硫酸第一次解離是強酸，第二次解離是弱酸。

l  濃度比較高的硫酸溶液（1.0M或高於1.0M），H⁺濃度幾乎都來自於第一次解離，第二次解離出來的H⁺非常稀少，可以忽略。

l  稀釋的硫酸溶液，第二次解離對整體H⁺濃度具有相當的影響力，因此必須把第二次解離H⁺，納入整體H⁺濃度考慮中。

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