探究两性物质的溶液特性

两性物质在溶液中，既能给出质子，又能接受质子。酸式盐、弱酸弱碱盐和氨基酸等都是两性物质。较重要的两性物质如多元酸的酸式盐（如NaHCO3、NaH2PO4、Na2HPO4等）和弱酸弱碱盐（如NH4 Ac、NH4 CN等）以及氨基酸等。图4－5所示为典型的两性物质Cr（OH）3溶液。两性物质溶液的酸碱平衡比较复杂，需要根据具体情况针对溶液中的主要平衡进行处理。

图4－5　两性物质Cr（OH）3

现以NaHA溶液为例进行讨论，设NaHA浓度为c，可选HA－和H2O作参考水准，列出质子平衡式：

利用二元酸的平衡关系式可得

经整理得

式（4.43）即为计算两性物质溶液［H＋］的精确式。一般情况下，HA－的酸式解离和碱式解离的倾向都很小，因此，溶液中HA－的消耗很少。所以［HA－］≈c，代入式（4.43），得到计算酸式盐HA－溶液［H＋］的近似式：

若K a2c≥20K w，式（4.44）可进一步简化为

又若c≥20K a1时，式（4.45）可简化为最简式：

例4.14　计算0.05 mol·L－1 NaHCO3溶液的pH。(www.xing528.com)

解：已知K a1＝4.4×10－7，K a2＝4.7×10－11，＝0.05 mol·L－1。因K a2 c>20K w，c>20K a1，故可采用最简式（4.46）计算：

例4.15　计算0.033 mol·L－1 Na2HPO4溶液的pH。

解：涉及的解离常数是K a2＝6.3×10－8和K a3＝4.5×10－13，因此，K a3 c＝4.5×10－13×0.033＝1.5×10－14≈K w，故K w不能忽略。K a＋c≈c，可用近似式（4.44）计算：

若用最简式（4.46）计算，即忽略水的解离时，　［H＋］　＝1.7×10－10 mol·L－1，相对误差达23%。

氨基酸是另一种类型的两性物质。例如氨基乙酸在溶液中是以双极离子H3 NCH2 COO－存在的，它既能失去质子起酸的作用，又能得到质子起碱的作用：

对于氨基乙酸，一般手册及本书附表所列的p K a1（2.350）对应于的解离，p K a2（9.778）对应于的解离。可见氨基乙酸的酸性（p K a2＝9.778）和碱性（p K b2＝p K w－p K a1＝14.00－2.350＝11.650）均很弱。

例4.16　计算0.10 mol·L－1氨基乙酸溶液的pH。

解：已知K a1＝4.5×10－3，K a2＝1.7×10－10，c（C2 H5 O2 N）＝0.10 mol·L－1。因K a2>20K w，c>20K a1，故可用最简式（4.46）计算：

弱酸弱碱盐也是一种两性物质，也可以用同样的公式计算。

例4.17　计算0.10 mol·L－1 NH4Ac溶液的pH。

解：Ac－的共轭酸HAc的K a1＝K a（HAc）＝1.75×10－5，的K a2＝＝5.70×10－10，c（NH4Ac）＝0.10 mol·L－1。因c>20K a1，K a2c>20K w，故可用最简式（4.46）计算：