
当氨与硫酸恰好完全反应时,按照化学方程式2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4,生成物为硫酸铵。然而,由于NH4+会进行水解反应,生成NH3·H2O和H+,该反应可逆:NH4+ + H2O ⇌ NH3·H2O + H+。因此,如果要使溶液呈现中性,需要氨过量,形成NH3·H2O与(NH4)2SO4的混合液。
根据电荷守恒原理,c(NH4+) + c(H+) = c(OH-) + 2c(SO42-)。若溶液为中性,则c(H+) = c(OH-),因此c(NH4+) = 2c(SO42-)。给定c(SO42-)为0.01mol/L,由此推导出c(NH4+)同样为0.01mol/L。
依据物料守恒,c(NH3·H2O) + c(NH4+) = a/2 mol/L,进而得到c(NH3·H2O) = (0.5a - 0.01)mol/L。
NH3·H2O的电离平衡常数K可表示为K = [c(NH4+)·c(OH-)] / c(NH3·H2O)。代入数值计算,K = [0.01 × 1×10^(-7)] / (0.5a-0.01) = [1×10^(-9)] / (0.5a-0.01)。
在甲溶液中,考虑可逆反应NH3·H2O ⇌ NH4+ + OH-。设起始浓度为a,平衡浓度为a(1-α),aα,aα。电离平衡常数K表达式为K = (aα)^2 / a(1-α)。简化后,K = [1×10^(-9)] / (a-0.01)。
为了简化计算,假设a(1-α) ≈ a,从而得到K ≈ a·α^2 = [1×10^(-9)] / (0.5a-0.01)。通过开方计算可得α的值,但由于根号表达较为复杂,自行推导并计算即可。