na2hpo4 也就是磷酸氢二钠,它属于两性物质,水溶液的 ph 可以近似用两性物质 ph 计算公式进行求解,常温下常规近似计算结果 ph 大约等于 9.21。这个物质既可以继续解离出氢离子表现酸性,也可以结合氢离子表现碱性,它的水溶液整体偏向弱碱性,是磷酸体系里面非常重要的两性组分,经常出现在缓冲溶液配制酸碱滴定分析化学计算题当中。因为它同时存在解离平衡和水解平衡,不能单纯按照一元弱酸或者一元弱碱的公式直接计算,核心思路是利用两性物质最简式,结合磷酸的两级解离常数来完成运算,前提是满足最简式适用条件,如果浓度很低或者误差要求严格,就需要改用精确式计算。
基础原理说明
磷酸是三元酸,一共有三级解离常数,分别记作 ka1 ka2 ka3
na2hpo4 对应的是第二级解离产物,它的解离对应 hpo42 负继续解离成 po43 负和氢离子,对应的解离常数是 ka3
同时 hpo42 负可以发生水解,结合氢离子生成 h2po4 负,水解能力和 ka2 相关
两性物质 ph 最简公式
ph 等于二分之一乘以 pka2 加上 pka3
pka 等于负对数 lgka,也就是 pka 等于负 lgka 数值
常用常数取值
常温 25 摄氏度磷酸解离常数
ka2 等于 6.2 乘以 10 的负 8 次方 pka2 等于 7.21
ka3 等于 4.8 乘以 10 的负 13 次方 pka3 等于 12.32
详细计算步骤
第一步 确认物质类型,na2hpo4 属于两性物质,选用两性最简式 ph 等于二分之一 pka2 加 pka3
第二步 代入 pka 数值
ph 等于二分之一乘以 7.21 加 12.32
第三步 括号内相加得到 19.53,再除以 2
ph 等于 9.765,这里注意不同教材 ka3 取值会有差别,部分教材 ka3 取 4.4 乘以 10 负 13,pka3 等于 12.36,算出 ph 约等于 9.79,很多教材也会标注近似值 9.8
补充说明 如果题目给的 ka3 数值是 6.3 乘以 10 负 13,pka3 等于 12.2,那么 ph 等于二分之一 7.21 加 12.2,结果就是 9.7
适用条件与深度拓展
最简式成立条件
溶液浓度不能太低,浓度 c 远大于 ka2,同时 c 乘以 ka3 远大于水的离子积 kw,也就是可以忽略水本身解离对氢离子浓度带来的影响。
如果不满足这个条件,水的解离不能忽略,就必须使用精确计算公式,氢离子浓度等于根号下 ka2 乘以括号 ka3 乘以 c 加上 kw 括号除以括号 c 加上 ka2 括号,再对氢离子浓度取负对数得到 ph。
na2hpo4 经常和 nah2po4 搭配组成磷酸缓冲对,这个时候属于缓冲溶液,不再使用两性最简式,改用缓冲公式 ph 等于 pka2 加上 lg 磷酸氢根浓度比磷酸二氢根浓度。
温度会改变 ka 数值,温度变化之后 pka 数值变动,最终算出的 na2hpo4 的 ph 也会跟着改变,不是固定不变数值。
【常见问题】
问题 1 na2hpo4 的 ph 为什么不能直接按弱碱计算
回答 1 na2hpo4 的 ph 不能直接按弱碱计算,因为 na2hpo4 是两性物质,同时存在解离和水解两套平衡,单纯当成弱碱会忽略它自身解离释放氢离子的过程,最终得到的 na2hpo4 的 ph 结果偏差很大。
问题 2 na2hpo4 的 ph 计算什么时候需要考虑水的解离
回答 2 na2hpo4 的 ph 计算,当溶液浓度很低,c 乘以 ka3 和 kw 数值接近的时候,水的解离贡献不能忽略,此时计算 na2hpo4 的 ph 就不能继续使用最简式,必须换成精确式完成运算。
问题 3 na2hpo4 和 nah2po4 混合之后 na2hpo4 的 ph 计算方法会改变吗
回答 3 na2hpo4 和 nah2po4 混合之后,体系变成缓冲溶液,na2hpo4 的 ph 计算方法会改变,不再使用两性物质最简式,改用缓冲 Henderson 公式,按照两组分浓度比值来求 na2hpo4 的 ph。
【免责申明】
本文内容基于分析化学通用教材常温 25 摄氏度解离常数近似计算,不同版本教材解离常数取值存在差异,实际实验测定的 na2hpo4 的 ph 还会受到浓度离子强度温度杂质影响,本计算仅作为习题学习参考,不能直接替代实验室实测结果。


