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電離平衡常數

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弱電解質在一定條件下電離達到平衡時，溶液中電離所生成的各種離子濃度以其在電離方程式中的計量數為冪的乘積，跟溶液中未電離分子的濃度以其在化學方程式中的計量數為冪的乘積的比值，即溶液中的電離出來的各離子濃度乘積c(A+)·c(B-)與溶液中未電離的電解質分子濃度c(AB)的比值是一個常數，叫做該弱電解質的電離平衡常數，簡稱電離常數。
中文名
電離平衡常數
性    質
名詞
類    別
學術
符    號
Ka(弱酸)；Kb(弱鹼)

目錄

  1. 1 含義
  2. 2 意義
  3. 3 電離平衡
  1. 4 概念與定義
  2. 5 平衡方向的改變
  3. 6 計算方法
  1. 7 電離常數

電離平衡常數含義

電離常數是電離平衡的平衡常數，描述了一定温度下，弱電解質的電離能力。 [1] 

電離平衡常數意義

弱電解質在一定條件下電離達到平衡時，（水）溶液中電離所生成的各種離子濃度以其在化學方程式中的計量數為冪的乘積，跟溶液中未電離分子的濃度以其在化學方程式中的計量數為冪的乘積的比值，即溶液中電離出來的各離子濃度乘積
與溶液中未電離的電解質分子濃度
的比值是一個常數，叫做該弱電解質的電離平衡常數。這個常數叫電離平衡常數，簡稱電離常數。
要注意的是電離平衡常數只適用於弱電解質的計算，強電解質不適用*。
*注：但這並不是説強電解質沒有電離平衡常數，由於物理作用等因素影響，強電解質也並非完全電離。只不過強電解質不使用電離平衡常數進行相關計算。強電解質可以用陰陽離子平均活度（由於單個離子活度無法確定，陰陽離子平均活度可以由實驗測定 [2]  ）來表示電離程度，參與計算。

電離平衡常數電離平衡

電離平衡是一種化學現象，通常發生在具有極性共價鍵的化合物溶於水中的情況。

電離平衡常數概念與定義

具有極性共價鍵的弱電解質（例如部分弱酸、弱鹼）溶於水時，其分子可以微弱電離出離子；同時，溶液中的相應離子也可以結合成分子。一般地，自上述反應開始起，弱電解質分子電離出離子的速率不斷降低，而離子重新結合成弱電解質分子的速率不斷升高，當兩者的反應速率相等時，溶液便達到了電離平衡。此時，溶液中電解質分子的濃度與離子的濃度分別處於穩定狀態，不再發生變化。
用簡單的語言概括電離平衡的定義，即：在一定條件下，弱電解質的離子化速率等於其分子化速率。

電離平衡常數平衡方向的改變

在上述反應過程中，弱電解質分子電離與離子結合成為分子，二者共同構成一組可逆反應。常以弱電解質分子電離出離子的反應方向為正反應方向，以離子重新結合成弱電解質分子的反應方向為逆反應方向。
與化學平衡一樣，電離平衡是可以因為條件變化（如濃度、温度、酸鹼性等）而移動的。
以下列表歸納了外界條件變化對電離平衡及c(H)的影響，這裏假設弱電解質AB可以電離成A+和B-，且電離過程吸熱，則
電離方程式
AB⇌A++B-

條件改變內容
v(正),v(逆)關係
平衡移動方向
增大c(AB)
v(正)>v(逆)
向右
減小c(AB)
v(正)<v(逆)
向左
增大c(A)
v(正)<v(逆)
向左
減小c(A)
v(正)>v(逆)
向右
增大c(B)
v(正)<v(逆)
向左
減小c(B)
v(正)>v(逆)
向右
稀釋溶液
v(正)>v(逆)
向右
升高温度
v(正)>v(逆)
向右
降低温度
v(正)<v(逆)
向左
為了便於理解，可以參考醋酸（CH3COOH）的電離平衡，將CH3COOH代入上表的AB，將H+代入A+，將CH3COO-代入B-。
另外，電離平衡也遵循勒夏特列原理。

電離平衡常數計算方法

弱電解質AxBy在水溶液中達到電離平衡時：
[1] 
例如 例如
則，
式中
、
、
分別表示
、
、
在電離平衡時的物質的量濃度。
電離平衡常數的大小反映弱電解質的電離程度，不同温度時有不同的電離常數。
在同一温度下，同一電解質的電離平衡常數相同，但隨着弱電解質濃度的降低，轉化率會增大。由該温度下的解離度a=(K/起始濃度)的算術平方根，可得知：弱電解質濃度越低電離程度越大 [3]  。

電離平衡常數電離常數

弱電解質電離常數
條件是在室温下（25°C）。Ka表示弱酸的電離常數，Kb表示弱鹼的電離常數，pKa（pKb）表示其負對數。
弱酸 [4] 
名稱
化學式
Ka
pKa
砷酸
H3AsO4
6.2×10-3（Ka1）
1.2×10-7（Ka2）
3.1×10-12（Ka3）
2.21
6.93
11.51
亞砷酸
H3AsO3
5.1×10-10
9.29
硼酸
H3BO3
5.8×10-10
9.24
次溴酸
HBrO
2.3×10-9
8.63
氫氰酸
HCN
6.2×10-10
9.21
氰酸
HCNO
3.3×10-4
3.48
碳酸
H2CO3
4.45×10-7（Ka1）
4.7×10-11（Ka2）
6.352
次氯酸
HClO
2.98×10-8
7.526
亞氯酸
HClO2
1.1×10-2
1.95
鉻酸
H2CrO4
3.2×10-7（Ka2）
6.50
氫氟酸
HF
6.8×10-4
3.17
次碘酸
HIO
2.3×10-11
10.64
碘酸
HIO3
0.49
0.31
亞硝酸
HNO2
7.1×10-4
3.15
過氧化氫
H2O2
2.2×10-12
11.65
次磷酸
H3PO2
5.9×10-2
1.23
磷酸
H3PO4
7.11×10-3（Ka1）
6.23×10-8（Ka2）
4.5×10-13（Ka3）
2.18
7.199
12.35
焦磷酸
H4P2O7
0.20（Ka1）
6.5×10-3（Ka2）
1.6×10-7（Ka3）
2.6×10-10（Ka4）
0.70
2.19
6.80
9.59
亞磷酸
H3PO3
3.7×10-2（Ka1）
2.9×10-7（Ka2）
1.43
6.54
氫硫酸
H2S
1.3×10-7（Ka1）
7.1×10-15（Ka2）
6.88
14.15
硫酸
H2SO4
1.02×10-2（Ka2）
1.99
亞硫酸
H2SO3
1.23×10-2（Ka1）
5.6×10-8（Ka2）
1.91
7.18
硫氰酸
HSCN
0.13
0.9
硫代硫酸
H2S2O3
0.25（Ka1）
1.9×10-2（Ka2）
0.60
1.72
偏硅酸
H2SiO3
1.7×10-10（Ka1）
1.6×10-12（Ka2）
9.77
11.8
甲酸
HCOOH
1.80×10-4
3.745
草酸
HOOC-COOH
5.60×10-2（Ka1）
5.42×10-5（Ka2）
1.252
4.266
乙酸
CH3COOH
1.75×10-5
4.757
丙酸
C2H5COOH
1.34×10-5
4.874
乳酸（D-2-羥基丙酸）
CH3CH(OH)COOH
1.38×10-4
3.860
苯酚
C6H5OH
1.0×10-10
9.98
苯甲酸
C6H5COOH
6.28×10-5
4.202
水楊酸（2-羥基-苯甲酸）
C7H6O3
1.0×10-3（COOH）
2.2×10-14（OH）
2.98
13.66
鄰苯二甲酸
C8H6O4
1.12×10-3（Ka1）
3.91×10-6（Ka2）
2.950
5.408
檸檬酸（2-羥基-1，2，3-丙三羧酸）
C6H8O7
7.44×10-4（Ka1）
1.73×10-5（Ka2）
4.02×10-7（Ka3）
3.128
4.761
6.396
弱鹼
名稱
化學式
Kb
pKb
一水合氨
NH3·H2O
1.8×10-5
4.74
聯氨（肼）
N2H4
3.0×10-6（Kb1）
7.6×10-15（Kb2）
5.52
14.12
苯胺
C6H5NH2
4.2×10-10
9.38
羥胺
NH2OH
9.1×10-9
8.04
甲胺
CH3NH2
4.2×10-4
3.38
乙胺
C2H5NH2
5.6×10-4
3.25
參考資料
  • 1.    人民教育出版社高中化學選修4《化學反應原理》
  • 2.    張慶軒，楊國華，張志慶．物理化學：化學工業出版社，2012
  • 3.    劉海興, 楊更亮, 王德先,等. 毛細管電泳法測定電離平衡常數[J]. 分析化學, 2002, 30(1):125-125.
  • 4.    傅獻彩．《大學化學》 上冊．北京：高等教育出版社，1999：422頁