化学计量点的pH值计算主要依赖于反应物和生成物的浓度。以下是几种不同情况下的计算方法:
强酸与强碱完全中和
当酸碱完全中和生成盐和水时,溶液的pH值为7。
弱酸与强碱完全中和
如果反应物中有弱酸(如乙酸),其pH值将由共轭碱决定。例如,0.1 mol/L的乙酸(Ka1≈10^-5.74)与0.1 mol/L的NaOH反应时,其pH值可以通过以下公式计算:
\[
pH = 14 - pOH
\]
其中,\(pOH\) 是OH⁻离子的负对数,可以通过以下公式计算:
\[
pOH = -\log[OH^-] = -\log\left(\frac{K_a[CH_3COO^-]}{[CH_3COOH]}\right)
\]
由于在化学计量点,生成的醋酸钠是强电解质,其浓度远大于醋酸,可以忽略醋酸的影响,因此:
\[
pH = 14 - (-\log[NaOH]) = 14 - \log(0.1) = 14 - 1 = 13
\]
多元弱酸与强碱完全中和
对于多元弱酸(如磷酸,Ka1≈6.9×10^-3,Ka2≈4.3×10^-5),其pH值需要分段计算。首先计算第一步中和的pH值,然后继续计算第二步中和的pH值,依此类推,直到所有弱酸都被中和。
酸碱滴定中的化学计量点
在酸碱滴定中,如果已知滴定产物的浓度,可以直接使用pH = 14 - pOH公式计算。例如,0.05 mol的NaAc(Ka = 10^-9.26)溶液在化学计量点的pH值计算如下:
\[
[OH^-] = (K_a[Ac^-])^{1/2} = (10^{-9.26} \times 10^{-1.3})^{1/2} = 10^{-5.28}
\]
\[
pH = 14 - 5.28 = 8.72
\]
建议
在实际应用中,选择合适的计算方法取决于具体的化学反应和条件。对于强酸与强碱的中和,pH值通常为7;对于弱酸与强碱的中和,需要考虑弱酸的电离平衡;对于多元弱酸的中和,需要分段计算;在酸碱滴定中,已知产物浓度时可以直接使用公式计算。