清洁大气中只考虑CO2溶于水情况下,请推导出溶液的pH?
时间: 2024-03-31 16:33:46 浏览: 244
水蒸气对O2/CO2气氛下煤焦燃烧特性的影响
当二氧化碳(CO2)溶于水中时,会发生以下反应:
CO2 + H2O → H2CO3
H2CO3 ⇌ HCO3- + H+
HCO3- ⇌ CO32- + H+
其中,H2CO3是弱酸,其离解常数为Ka1,HCO3-也是弱酸,其离解常数为Ka2。
在空气中,CO2的浓度约为0.04%,因此,我们可以假设CO2在水中溶解后的浓度不会引起溶液的离子强度显著变化。
根据上述反应,可以列出H2CO3的酸解离平衡式:
H2CO3 ⇌ H+ + HCO3-
根据酸解离常数的定义,有:
Ka1 = [H+][HCO3-] / [H2CO3]
由于[H2CO3]是CO2溶于水后的浓度,可以根据Henry定律估算其值,而[H+]和[HCO3-]的浓度可以用pH和HCO3-的摩尔浓度表示。因此,可以推导出溶液的pH:
pH = pKa1 + log([HCO3-] / [H2CO3])
需要注意的是,当CO2溶解度较高时,溶液中的碳酸根离子(CO32-)也需要考虑,此时需要同时考虑HCO3-和CO32-的离子浓度,以及Ka1和Ka2的值。
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