在NH3·H2O溶液中,NH3的分布分数决定于下列因素中的哪一个?( )。A. NH3·H2O的分析浓度B. 平衡浓度[NH3]C. 溶液的pH值D. NH3的PKb
A. NH3·H2O的分析浓度
B. 平衡浓度[NH3]
C. 溶液的pH值
D. NH3的PKb
题目解答
答案
解析
本题考查知识点为弱电解质溶液中分布分数的影响因素,解题思路是先明确分布分数的定义和计算公式,再分析各选项对分布分数的影响。
对于氨水溶液,存在如下平衡:$NH_3\cdot H_2O\rightleftharpoons NH_4^++OH^-$,其碱式解离常数表达式为$K_b = \frac{[NH_4^+][OH^-]}{[NH_3\cdot H_2O]}$。
氨的分布分数$\delta_{NH_3}$的定义为溶液中$NH_3$的平衡浓度$[NH_3]$与氨的总浓度$c_{NH_3}$(即$NH_3\cdot H_2O$的分析浓度)之比,即$\delta_{NH_3}=\frac{[NH_3]}{c_{NH_3}}$,且$c_{NH_3}=[NH_3]+[NH_4^+]$。
由$K_b = \frac{[NH_4^+][OH^-]}{[NH_3\cdot H_2O]}$可得$[NH_4^+]=\frac{K_b[NH_3\cdot H_2O]}{[OH^-]}$,将其代入$\delta_{NH_3}=\frac{[NH_3]}{[NH_3]+[NH_4^+]}$中:
$\begin{align*}\delta_{NH_3}&=\frac{[NH_3]}{[NH_3]+\frac{K_b[NH_3\cdot H_2O]}{[OH^-]}}\\&=\frac{[NH_3][OH^-]}{[NH_3][OH^-]+K_b[NH_3\cdot H_2O]}\end{align*}$
在一定温度下,$K_b$为常数,当溶液的$pH$值确定时,$[OH^-]$也就确定了,从而可以确定$\delta_{NH_3}$的值。
下面分析各选项:
- 选项A:$NH_3\cdot H_2O$的分析浓度$c_{NH_3}$在分布分数的表达式中会被约掉,所以它不决定$NH_3$的分布分数。
- 选项B:平衡浓度$[NH_3]$是分布分数计算中的一部分,但它本身是由溶液的$pH$值等因素决定的,不是决定分布分数的根本因素。
- 选项C:如上述推导,溶液的$pH$值决定了$[OH^-]$,进而决定了$NH_3$的分布分数,该选项正确。
- 选项D:$NH_3$的$K_b$是常数,在一定温度下不随溶液的条件变化而变化,它不决定$NH_3$的分布分数。