Прыклады пытанняў па абмеркаванні pH кіслот і шчолачаў
Калі мы гаворым пра кіслоты і шчолачы, адно важнае паняцце, якое мы павінны разумець, - гэта pH. pH - гэта мера кіслотнасці або шчолачнасці раствора. Адна з формул, якая выкарыстоўваецца для вызначэння pH:
\[ \text{pH} = -\log [H^+] \]
У гэтай формуле \([H^+]\) — гэта канцэнтрацыя іонаў вадароду ў растворы, вымераная ў малярнасці (\(\text{моль/л}\)). Акрамя pH, мы таксама маем \(\text{pOH}\), які выкарыстоўваецца для вызначэння шчолачнасці раствора:
\[ \text{pOH} = -\log [OH^-] \]
Тады сувязь паміж pH і pOH вызначаецца наступным ураўненнем:
\[ \text{pH} + \text{pOH} = 14 \]
Ніжэй мы разгледзім некалькі прыкладаў пытанняў адносна таго, як вылічыць pH кіслотных і шчолачных раствораў, а таксама іх абмеркаванне.
Прыклад пытання 1: Разлік pH моцнага кіслотнага раствора
Пытанне:
Разлічыце pH раствора HCl (салянай кіслаты) з канцэнтрацыяй 0,01 М.
Абмеркаванне:
HCl — моцная кіслата, якая цалкам дысацыюе ў вадзе:
\[ \text{HCl} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
Паколькі HCl цалкам дысацыюецца, канцэнтрацыя іонаў вадароду ([H^+]) у растворы будзе такой жа, як пачатковая канцэнтрацыя HCl, якая складае 0,01 М.
\[ [H^+] = 0,01 \, \text{M} \]
Далей мы выкарыстоўваем формулу pH:
\[ \text{pH} = -\log [H^+] \]
\[ \text{pH} = -\log (0,01) \]
\[ \text{pH} = -\log (10^{-2}) \]
\[ \text{pH} = 2 \]
Такім чынам, pH 0,01 М раствора HCl роўны 2.
Прыклад пытання 2: Разлік pH раствора моцнай асновы
Пытанне:
Разлічыце pH раствора NaOH (гідраксіду натрыю) з канцэнтрацыяй 0,001 М.
Абмеркаванне:
NaOH — моцная аснова, якая цалкам дысацыюе ў вадзе:
\[ \text{NaOH} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]
Канцэнтрацыя гідраксід-іонаў \([OH^-]\) у растворы будзе такой жа, як і пачатковая канцэнтрацыя NaOH, а менавіта 0,001 М.
\[ [OH^-] = 0,001 \, \text{M} \]
Далей мы вылічваем pOH:
\[ \text{pOH} = -\log [OH^-] \]
\[ \text{pOH} = -\log (0,001) \]
\[ \text{pOH} = -\log (10^{-3}) \]
\[ \text{pOH} = 3 \]
Пасля гэтага мы выкарыстоўваем сувязь паміж pH і pOH:
\[ \text{pH} + \text{pOH} = 14 \]
\[ \text{pH} + 3 = 14 \]
\[ \text{pH} = 11 \]
Такім чынам, pH 0,001 М раствора NaOH роўны 11.
Прыклад пытання 3: Разлік pH раствора слабай кіслаты
Пытанне:
Разлічыце pH раствора CH3COOH (воцатнай кіслаты) з канцэнтрацыяй 0,01 М і канстантай дысацыяцыі (K_a = 1,8 × 10⁻⁶).
Абмеркаванне:
Калі ў нас ёсць слабая кіслата, напрыклад, воцатная кіслата, якая не дысацыюе цалкам, мы павінны выкарыстоўваць канстанту дысацыяцыі кіслаты (\(K_a\)), каб знайсці канцэнтрацыю іонаў H+ у растворы.
Раўнанне дысацыяцыі воцатнай кіслаты ў вадзе:
\[ \text{CH}_3\text{COOH} \leftrightarrow \text{H}^+ + \text{CH}_3\text{COO}^- \]
Канстанта дысацыяцыі (\(K_a\)):
\[ K_a = \frac{[H^+] [\txt{CH}_3\txt{COO}^-]}{[\txt{CH}_3\txt{COOH}]} \t]
Дапусцім, што канцэнтрацыя іонаў вадароду і іонаў ацэтату роўная \(x\), тады:
\[K_a = \frac{x \cdot x}{0,01 – x} \]
Паколькі \(K_a\) вельмі малое, можна выказаць здагадку, што \(0,01 – x \прыблізна 0,01\):
\[1,8 \times 10^{-5} = \frac{x^2}{0,01} \]
\[x^2 = 1,8 \times 10^{-5} \times 0,01 \]
\[x^2 = 1,8 \times 10^{-7} \]
\[x = \sqrt{1,8 \times 10^{-7}} \]
\[ x \прыблізна 1,34 \раз 10^{-4} \]
Такім чынам, канцэнтрацыя іонаў вадароду ([H^+]) складае (1,34 × 10^{-4} \, \text{M}).
Далей вылічваем pH:
\[ \text{pH} = -\log [H^+] \]
\[ \text{pH} = -\log (1,34 \times 10^{-4}) \]
\[ \text{pH} \прыблізна 3,87 \]
Такім чынам, pH 0,01 М раствора воцатнай кіслаты складае каля 3,87.
Прыклад пытання 4: Разлік pH раствора са слабай асновай
Пытанне:
Разлічыце pH раствора NH3 (аміяку) з канцэнтрацыяй 0,01 М і канстантай дысацыяцыі асновы (K_b = 1,8 × 10⁻⁶).
Абмеркаванне:
NH3 — гэта слабая аснова, якая не дысацыюе цалкам. Каб знайсці канцэнтрацыю іонаў OH^- у растворы, трэба выкарыстоўваць канстанту дысацыяцыі асновы (K_b).
Рэакцыя дысацыяцыі аміяку ў вадзе:
\[ \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \leftrightarrow \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \]
Канстанта дысацыяцыі асновы (\(K_b\)):
\[ K_b = \frac{[\text{NH}_4^+][\text{OH}^-]}{[\text{NH}_3]} \]
Дапусцім, што канцэнтрацыя іонаў амонія і гідраксід-іонаў роўная \(x\), тады:
\[K_b = \frac{x \cdot x}{0,01 – x} \]
Паколькі \(K_b\) вельмі малое, можна выказаць здагадку, што \(0,01 – x \прыблізна 0,01\):
\[1,8 \times 10^{-5} = \frac{x^2}{0,01} \]
\[x^2 = 1,8 \times 10^{-5} \times 0,01 \]
\[x^2 = 1,8 \times 10^{-7} \]
\[x = \sqrt{1,8 \times 10^{-7}} \]
\[ x \прыблізна 1,34 \раз 10^{-4} \]
Такім чынам, канцэнтрацыя гідраксід-іонаў ([OH^-]) складае (1,34 × 10^{-4} \, \text{M}\).
Далей мы вылічваем pOH:
\[ \text{pOH} = -\log [OH^-] \]
\[ \text{pOH} = -\log (1,34 \times 10^{-4}) \]
\[ \text{pOH} \прыблізна 3,87 \]
Пасля гэтага мы выкарыстоўваем сувязь паміж pH і pOH:
\[ \text{pH} + \text{pOH} = 14 \]
\[ \text{pH} + 3,87 = 14 \]
\[ \text{pH} \прыблізна 10,13 \]
Такім чынам, pH 0,01 М раствора аміяку складае каля 10,13.
Выснова
Пры вывучэнні pH важна разумець розніцу паміж моцнымі і слабымі кіслотамі і асновамі, а таксама тое, як кожная з іх дысацыюе ў растворы. Гэта непасрэдна ўплывае на тое, як мы разлічваем pH дадзенага раствора. Разлік pH прадугледжвае выкарыстанне лагарыфмаў і асноўных хімічных прынцыпаў. Разуменне гэтых паняццяў можа дапамагчы нам у розных паўсядзённых ужываннях хіміі і біялогіі.
