Положение равновесия кислотно-основной реакции

Куда смещено равновесие

Урок 23 дал каждой кислоте число — \(pK_a\). Теперь используем его для предсказаний. Перенос протона обратим: в смеси кислоты и основания устанавливается равновесие, и по значениям \(pK_a\) двух кислот можно сказать, в какую сторону оно смещено и пойдёт ли реакция вообще.

Как определить направление

1. Найдите кислоту слева и кислоту справа (сопряжённую кислоту основания).
2. Сравните их \(pK_a\).
3. Равновесие смещено к более слабой кислоте — с большим \(pK_a\). Иначе говоря: более сильная кислота и более сильное основание дают более слабые кислоту и основание.

Примеры

1. Уксусная кислота и щёлочь.

Слева кислота с \(pK_a\) 4,8, справа вода 15,7 — вправо.

2. Ацетилен и щёлочь. \(\ce{HC#CH + NaOH}\): слева ацетилен (25), справа вода (15,7) — равновесие влево, гидроксид не депротонирует ацетилен.

3. Ацетилен и амид натрия.

25 против 38 — вправо.

4. Уксусная кислота и гидрокарбонат. \(\ce{CH3COOH + NaHCO3}\): слева 4,8, справа угольная кислота 6,4 — вправо, выделяется \(\ce{CO2}\).

Константа равновесия

Направление из первой части урока можно выразить числом: константа равновесия — это отношение констант двух кислот.

Как оценить константу равновесия

1. Найдите \(pK_a\) кислоты слева и кислоты справа.
2. Вычтите: справа минус слева.
3. \(K > 1\) — равновесие вправо; разница 4 и больше (\(K \geqslant 10^4\)) — превращение практически полное.

Примеры

1. Уксусная кислота и аммиак. \(K = 10^{9{,}2 - 4{,}8} = 10^{4{,}4} \approx 2{,}5 \cdot 10^4\).

2. Фенол и гидроксид. \(K = 10^{15{,}7 - 10} = 10^{5{,}7} \approx 5 \cdot 10^5\).

3. Ацетилен и гидроксид. \(K = 10^{15{,}7 - 25} = 10^{-9{,}3}\): равновесие почти целиком влево.

4. Сколько прореагирует. При равных количествах реагентов и \(K = 100\) (разница 2 единицы) прореагирует около 91 %, при \(K = 10^4\) (разница 4) — 99 %.