整理不同情况下酸碱平衡公式

Ionization Equilibrium of Weak Acid and Base

Posted by Lotus Moon on October 24, 2023
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Buffer 缓冲溶液

弱酸(或其酸根离子)加其所对应的盐 或 弱碱加其所对应的盐
对于酸 $$pH = pK_a - lg{C_a \over C_s}$$ 对于碱 $$pOH = pK_b - lg{C_b \over C_s}$$

盐类水解

有弱才水解,越弱越水解
水解平衡常数 $K_h$
强酸弱碱盐 $K_h = {K_w \over K_b}$
强碱弱酸盐 $K_h = {K_w \over K_a}$
弱酸弱碱盐 $K_h = {K_w \over {K_a \cdot K_b} }$

单水解反应(${C_0 \over K_a} \gt 400$或${C_0 \over K_b} \gt 400$)

对于弱酸盐 $$[OH^-] = \sqrt { {K_w \over K_a} \cdot C_0}$$ 对于弱碱盐 $$[H^+] = \sqrt { {K_w \over K_b} \cdot C_0}$$

双水解反应

$HA, MOH$
$$[H^+] = \sqrt { {K_w \cdot K_a \cdot [M^+]} \over {K_a \cdot K_b + K_b \cdot [A^-]} }$$ 当${C_0 \over K_h} \gt 400$,$[M^+] = [A^-] \approx C_0$
当$C_0 \gt 20K_a$,$C_0 + K_a \approx C_0$
原式可化简为
$$[H^+] = \sqrt { {K_w \cdot K_a} \over K_b}$$

质子守恒推导公式

一元弱酸(碱)

$$[H^+] = \sqrt {K_a \cdot [HA] + K_w}$$ 经数据处理可得 $$[H^+] = \sqrt {K_a \cdot C_0}$$ $$[OH^-] = \sqrt {K_b \cdot C_0}$$

多元酸

$$[H^+] = \sqrt {K_{a_1} \cdot [H_2A] + 2K_{a_2} \cdot [HA^-] + K_w}$$ 经数据处理可得 $$[H^+] = \sqrt {K_{a_1} \cdot C_0}$$

两性物质

$NaHA$
$$[H^+] = \sqrt { {K_{a_1} \cdot (K_{a_2}[HA^-] + K_w)} \over {K_{a_1} + [HA^-]} }$$ 经数据处理可得 $$[H^+] = \sqrt {K_{a_1} \cdot K_{a_2}}$$ $$pH = {1 \over 2}(pK_{a_1} + pK_{a_2})$$

两种弱酸混合

$HA + HB$
$$[H^+] = \sqrt {K_{a,HA}[HA] + K_{a,HB}[HB] + K_w}$$ 经数据处理可得 $$[H^+] = \sqrt {K_{a,HA} \cdot C_{0,HA} + K_{a,HB} \cdot C_{0,HB}}$$