Прыклады пытанняў і абмеркаванне кіслот і асноў Арэніуса
Кіслоты і асновы — фундаментальныя паняцці ў хіміі. Адной з найбольш вядомых тэорый, якія тлумачаць паводзіны кіслот і асноў, з'яўляецца тэорыя Арэніуса. Паводле Арэніуса, кіслата — гэта злучэнне, якое пры растварэнні ў вадзе ўтварае іоны H⁺ (або H₃O⁺), а аснова — гэта злучэнне, якое пры растварэнні ў вадзе ўтварае іоны OH⁻. У гэтым артыкуле мы абмяркуем некалькі прыкладаў задач, якія тычацца кіслот і асноў згодна з тэорыяй Арэніуса, а таксама іх рашэнні.
Прыклад пытання 1
Пытанне:
Раствор 0,1 М салянай кіслаты (HCl) раствараюць у вадзе. Разлічыце канцэнтрацыю іонаў H⁺ у растворы.
Абмеркаванне:
Згодна з тэорыяй Арэніуса, HCl з'яўляецца кіслатой, таму што пры растварэнні ў вадзе яна ўтварае іоны H⁺. Раўнанне іанізацыі HCl у вадзе мае наступны выгляд:
\[ \text{HCl} \to \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
Пачатковая канцэнтрацыя HCl складае 0,1 М. Паколькі HCl — моцная кіслата, якая цалкам іянізуецца ў водным растворы, кожная малекула HCl будзе ўтвараць адзін іон H⁺ і адзін іон Cl⁻. Такім чынам, канцэнтрацыя іонаў H⁺ у растворы таксама роўная канцэнтрацыі HCl, а менавіта:
\[ [\text{H}^+] = 0,1 \text{M} \]
Такім чынам, канцэнтрацыя іонаў H⁺ у 0,1 М растворы HCl складае 0,1 М.
Прыклад пытання 2
Пытанне:
Вылічыце pH 0,01 М раствора азотнай кіслаты (HNO₃).
Абмеркаванне:
HNO₃ — моцная кіслата, якая цалкам іянізуецца ў вадзе, таму ўраўненне іанізацыі для HNO₃ мае наступны выгляд:
\[ \text{HNO}_3 \to \text{H}^+ + \text{NO}_3^- \]
Зададзеная канцэнтрацыя HNO₃ складае 0,01 М. Паколькі HNO₃ — моцная кіслата, кожная малекула HNO₃ будзе ўтвараць адзін іон H⁺. Такім чынам, канцэнтрацыя іонаў H⁺ у растворы роўная канцэнтрацыі HNO₃, а менавіта:
\[ [\text{H}^+] = 0,01 \text{M} \]
pH можна разлічыць па формуле:
\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]
Падставіўшы канцэнтрацыю іонаў H⁺ у формулу, атрымліваем:
\[ \text{pH} = -\log (0,01) = -\log (10^{-2}) = 2 \]
Такім чынам, pH 0,01 М раствора HNO₃ роўны 2.
Прыклад пытання 3
Пытанне:
Вызначце канцэнтрацыю іонаў OH⁻ у 0,05 М растворы NaOH.
Абмеркаванне:
NaOH — моцная аснова, якая цалкам іянізуецца ў вадзе, таму ўраўненне іанізацыі для NaOH мае наступны выгляд:
\[ \text{NaOH} \to \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]
Пададзеная канцэнтрацыя NaOH складае 0,05 М. Паколькі NaOH з'яўляецца моцнай асновай, кожная малекула NaOH будзе ўтвараць адзін іон OH⁻. Такім чынам, канцэнтрацыя іонаў OH⁻ у растворы роўная канцэнтрацыі NaOH, а менавіта:
\[ [\text{OH}^-] = 0,05 \text{M} \]
Такім чынам, канцэнтрацыя іонаў OH⁻ у 0,05 М растворы NaOH складае 0,05 М.
Прыклад пытання 4
Пытанне:
Разлічыце pH 0,01 М раствора KOH.
Абмеркаванне:
KOH — гэта моцная аснова, якая цалкам іянізуецца ў вадзе. Раўнанне іанізацыі KOH у вадзе мае наступны выгляд:
\[ \text{KOH} \to \text{K}^+ + \text{OH}^- \]
Зададзеная канцэнтрацыя KOH складае 0,01 М. Паколькі KOH з'яўляецца моцнай асновай, кожная малекула KOH будзе ўтвараць адзін іон OH⁻. Такім чынам, канцэнтрацыя іонаў OH⁻ у растворы роўная канцэнтрацыі KOH, а менавіта:
\[ [\text{OH}^-] = 0,01 \text{M} \]
pH — гэта мера канцэнтрацыі іонаў H⁺ у растворы. Мы можам выкарыстоўваць сувязь паміж pH, іонамі H⁺ і іонамі OH⁻, якая вызначаецца здабыткам іонаў вады (Kw):
\[ \text{Kw} = [\text{H}^+][\text{OH}^-] = 1 \times 10^{-14} \]
Ведаючы значэнне [OH⁻], мы можам вылічыць [H⁺]:
\[ [\text{H}^+] = \frac{\text{Kw}}{[\text{OH}^-]} = \frac{1 \times 10^{-14}}{0,01} = 1 \times 10^{-12} \text{M} \]
pH можна разлічыць па формуле:
\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]
Падставіўшы канцэнтрацыю іонаў H⁺ у формулу, атрымліваем:
\[ \text{pH} = -\log (1 \times 10^{-12}) = 12 \]
Такім чынам, pH 0,01 М раствора KOH роўны 12.
Прыклад пытання 5
Пытанне:
Раствор мае pH = 3. Вылічыце канцэнтрацыю іонаў H⁺ у растворы.
Абмеркаванне:
pH — гэта мера канцэнтрацыі іонаў H⁺ у растворы, якую можна выразіць формулай:
\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]
Каб вылічыць канцэнтрацыю іонаў H⁺, мы змяняем формулу на:
\[ [\text{H}^+] = 10^{-\text{pH}} \]
Падставіўшы зададзеныя значэнні pH, мы атрымліваем:
\[ [\text{H}^+] = 10^{-3} = 0,001 \text{M} \]
Такім чынам, канцэнтрацыя іонаў H⁺ у растворы з pH = 3 складае 0,001 М.
Прыклад пытання 6
Пытанне:
Раствор NH₄OH мае канцэнтрацыю 0,1 М. Разлічыце pH раствора, калі значэнне Kb для NH₄OH роўна 1,8 x 10⁻⁵.
Абмеркаванне:
NH₄OH — слабая аснова, якая не цалкам іанізуецца ў вадзе. Раўнанне іанізацыі для NH₄OH у вадзе мае наступны выгляд:
\[ \text{NH}_4\text{OH} \leftrightarrow \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \]
Канстанта раўнавагі для іанізацыі NH₄OH называецца Kb і вызначаецца па формуле:
\[ K_b = \frac{[\text{NH}_4^+][\text{OH}^-]}{[\text{NH}_4\text{OH}} \]
Паколькі NH₄OH — слабая аснова, мы выкарыстоўваем Kb для разліку канцэнтрацыі іонаў OH⁻. Калі выказаць здагадку, што \(x\) — гэта канцэнтрацыя іянізаванага NH₄OH, ураўненне іанізацыі будзе мець выгляд:
\[ K_b = \frac{x^2}{0,1 – x} \прыблізна \frac{x^2}{0,1} \]
Паколькі значэнне Kb вельмі малое, мы мяркуем (0,1 – x прыблізна 0,1):
\[1,8 \times 10^{-5} = \frac{x^2}{0,1} \]
\[x^2 = 1,8 \times 10^{-6} \]
\[x = \sqrt{1,8 \times 10^{-6}} \]
\[ x \прыблізна 1,34 \раз 10^{-3} \text{ M} \]
Такім чынам, канцэнтрацыя іонаў OH⁻ складае \(1,34 \times 10^{-3} \text{ M}\).
З гэтай канцэнтрацыі мы можам вылічыць канцэнтрацыю іонаў H⁺, выкарыстоўваючы Kw:
\[ [\text{H}^+] = \frac{1 \times 10^{-14}}{1,34 \times 10^{-3}} \]
\[ [\text{H}^+] = 7,46 \times 10^{-12} \text{M} \]
рн:
\[ \text{pH} = -\log (7,46 \times 10^{-12}) \]
\[ \text{pH} \прыблізна 11,13 \]
Такім чынам, pH 0,1 М раствора NH₄OH складае каля 11,13.
Выснова
Тэорыя Арэніуса забяспечвае каштоўную аснову для разумення таго, як кіслоты і асновы паводзяць сябе ў растворы. У гэтым абмеркаванні мы разгледзелі некалькі прыкладаў задач, якія ілюструюць, як гэтыя паняцці можна выкарыстоўваць для разліку канцэнтрацый іонаў H⁺ і OH⁻ і pH розных раствораў. Разуменне гэтай тэорыі неабходна для ўсіх, хто імкнецца да кар'еры ў галіне хіміі, няхай гэта будзе ў сярэдняй школе ці вышэйшай адукацыі.
