余高奇博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 经典热力学也称平衡态热力学,研究系统由一个热力学平衡态变化至另一个热力学平衡态的准静态过程的自发性; 它是真实热力学过程发生的必要条件。

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酸碱平衡计算前提的探讨

已有 2904 次阅读 2022-6-11 08:50 |系统分类:教学心得

        在无机化学酸碱平衡计算时,经常会遇到一个前提,即:(c/cθ)/Kθi≥500. 本文拟探讨该前提的由来.

  1.  "(c/cθ)/Kθi≥500"前提的出现

        例[1]:试计算25℃、标准状态下0.1mol·dm-3氨水溶液中的c(OH-)和NH3·H2O的解离度(α). 已知25℃

    时,NH3·H2O的Kθb=1.8×10-5.

            解:                                                NH3·H2O → NH4+(aq) + OH-(aq)

            初始浓度(/mol·dm-3)                     c                    0                 0

            平衡浓度(/mol·dm-3)                     c-cα              cα               

             则:Kθb={[c(NH4+)/cθ]·[c(OH-)/cθ]}/[c(NH3·H2O)/cθ]         (1)

             将已知数据代入式(1)并化简可得:

             Kθb=(c/cθ)α2/(1-α)        (2)

             如果:(c/cθ)/Kθb≥500,则:1-α≈1

             此时式(2)可化简为:Kθb=(c/cθ)α2        (3)

             至此(c/cθ)/Kθi≥500"前提出现,并完成其使命.

       2. "(c/cθ)/Kθi≥500"前提的解释

             式(2)变形可得:Kθb=(c/cθ)α2+α·Kθb    (4)

             结合式(3)及(4)可得:

              (c/cθ)α2>>α·Kθb             (5)

             式(5)不等式两边同除α,并化简可得:(c/cθ)/Kθb≥1/α      (6)

             令:(c/cθ)/Kθb=y

              则:y与500、1/α相对大小关系参见图1.

                   无标题1.jpg                                                 

             图1中1/α与500的相对位置可以变动,可分如下三种情况.

         2.1  1/α>500

              此时图1中1/α的位置位于500的右侧, α<0.002 ,1-α≈1成立.

         2.2  1/α=500

              此时图1中1/α的位置与500重合α=0.002 ,1-α≈1成立.  

         2.3 1/α<500                                                         

             此时图1中1/α的位置位于500的左侧,α>0.002 . 

             另一方面由于y=(c/cθ)/Kθb≥500Kθb值较小,对应的碱为弱碱,α的值同样不可能大1-α≈1也近似成立. 

             综上所述,如果(c/cθ)/Kθb≥500,可得出:1-α≈1          (7)

       3. 结论

           (c/cθ)/Kθi≥500 条件下,可得出:1-α≈1  .

    参考文献

    [1]天津大学无机化学教研室编. 无机化学(第五版). 北京:高等教育出版社, 2018,6:57



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