科学

一个 0.10 M 溶液的 pH 值是多少?NH4FKa5.6×1010,HF 的 Ka6.8×104

思考

首先,让我们理解问题的要求。

我们需要计算0.10 M氟化铵(NH₄F)溶液的pH值。

已知条件:

Ka(NH4+)=5.6×1010

注意,这实际上是Kb(NH3),但Ka(NH4+)=KwKb(NH3)

另外已知:Ka(HF)=6.8×104

首先,我们需要确定NH₄F在水中溶解后存在哪些离子,以及它们如何影响pH值。

NH₄F解离如下:

NH4FNH4++F

现在,NH4+F都是可以影响pH值的离子。

NH4+NH3的共轭酸,因此它可以作为弱酸:

NH4+NH3+H+

Ka(NH4+)=5.6×1010 (已给出)

F是HF的共轭碱,而HF是一种弱酸,所以F作为弱碱:

F+H2OHF+OH

Kb(F)=KwKa(HF)=1.0×10146.8×104

因此,NH4+F都可以与水反应,影响pH值。

我们有一个弱酸和弱碱的盐。

但我们需要考虑这两种离子的影响来计算溶液的pH值。

NH4+F同时存在的情况下,溶液的pH值取决于共轭酸NH4+和共轭碱F的相对强度。

一种标准的方法是比较Ka(NH4+)Kb(F)

我们也可以写出平衡浓度的表达式,建立平衡计算。

另外,对于弱酸和弱碱的盐,pH值取决于KaKb的值。

一种方法是使用以下公式:

pH=7+0.5(pKapKb)

但这个公式仅在浓度相等时有效。

更准确的方法可能是计算FKb并与NH4+Ka进行比较。

让我们计算FKb

已知 Ka(HF)=6.8×104

所以 Kb(F)=KwKa(HF)

同样,对于NH4+,我们可以写出 Kb(NH3)=KwKa(NH4+)

但这可能不是必要的。

另一种方法是,对于弱酸和弱碱的盐,pH值可以用以下公式计算:

pH=7+0.5×log(KbKa)

但这个公式假设等摩尔浓度。

在我们的情况下,弱酸和弱碱确实有相同的浓度,因为NH₄F解离产生等量的NH4+F

所以让我们计算:

pH=7+0.5×log(KbKa)

正确的公式是:

pH=7+0.5×log(Kb(碱)Ka(酸))

所以首先计算FKbNH4+Ka

我们有:

Ka(NH4+)=5.6×1010 (已给出)

我们可以计算:

Kb(F)=KwKa(HF)=1.0×10146.8×104

计算Kb(F)

Kb(F)=1.0×10146.8×104=1.470588×1011

现在计算:

pH=7+0.5×log(KbKa)

代入数值:

pH=7+0.5×log(Kb(F)Ka(NH4+))

代入具体数字:

pH=7+0.5×log(1.470588×10115.6×1010)

我们可以计算比值:

K=1.470588×10115.6×1010

K(1.4705885.6)×(10111010)(0.262605)×(101)=0.0262605

现在计算:

log(K)=log(2.62605×102)=1.5800

然后:

pH=7+0.5×(1.5800)=70.79=6.21

因此,pH值约为6.21。

解答

要确定 0.10 M 氟化铵(NH₄F)溶液的 pH 值,我们需要考虑其组成离子在水中溶解时的酸碱性质。

步骤 1:NH₄F 的解离

NH4FNH4++F

NH4+F 都可以与水反应,从而影响 pH 值。

步骤 2:确定酸和碱的常数

步骤 3:使用弱酸和弱碱盐的 pH 公式

对于含有等浓度弱酸和弱碱的溶液:

pH=7+12log(KbKa)

代入数值:

KbKa=1.47×10115.6×1010=0.02625

计算对数:

log(0.02625)=1.580

计算 pH 值:

pH=7+12(1.580)=70.790=6.21

答案: 6.21