Прыклады пытанняў па абмеркаванні pH моцных кіслот і моцных асноў
pH, або патэнцыял вадароду, — гэта мера кіслотнасці або шчолачнасці раствора. Шкала pH вагаецца ад 0 да 14, дзе лічбы ніжэй за 7 паказваюць на кіслы раствор, лічбы вышэй за 7 — на шчолачны раствор, а 7 — на нейтральны раствор. У гэтым артыкуле мы абмяркуем некалькі прыкладаў задач, якія тычацца pH моцных кіслот і моцных асноў, а таксама іх раствораў.
Пендахулуан
Асноўныя паняцці pH
pH — гэта паказчык, які выкарыстоўваецца для вызначэння кіслотнасці або шчолачнасці раствора на аснове канцэнтрацыі іонаў вадароду (H+). Асноўная формула для разліку pH:
\[ \text{pH} = -\log{[H^+]} \]
Дзе [H+] — канцэнтрацыя іонаў вадароду ў моль/л.
З іншага боку, для асноўных раствораў (моцных асноў) мы можам спачатку вылічыць pOH, а затым пераўтварыць яго ў pH, выкарыстоўваючы наступную формулу:
\[ \text{pOH} = -\log{[OH^-]} \]
\[ \text{pH} = 14 – \text{pOH} \]
Моцная кіслата супраць слабай кіслаты
Моцная кіслата — гэта кіслата, якая цалкам іянізуецца ў водным растворы. Гэта азначае, што канцэнтрацыя іонаў H+ у растворы роўная канцэнтрацыі самой кіслаты. Прыкладамі моцных кіслот з'яўляюцца HCl (саляная кіслата), HNO3 (азотная кіслата) і H2SO4 (серная кіслата).
Наадварот, слабыя кіслоты не цалкам іянізуюцца ў растворы, таму разлікі іх pH больш складаныя і патрабуюць паняцця пастаяннай кіслотнасці (Ka).
Моцная база супраць слабой базы
Як і моцныя кіслоты, моцныя асновы таксама цалкам іянізуюцца ў водным растворы. Прыкладамі моцных асноваў з'яўляюцца NaOH (гідраксід натрыю) і KOH (гідраксід калію).
Слабыя асновы толькі часткова іянізаваны і патрабуюць паняцця канстанты асноўнасці (Kb) для разліку pH.
Прыклады пытанняў і абмеркаванне
Прыклад пытання 1: Моцная кіслата
> Разлічыце pH 0.01 М раствора HCl.
Абмеркаванне:
Паколькі HCl — моцная кіслата, яна цалкам іянізуецца ў растворы.
\[ \text{HCl} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
Канцэнтрацыя іонаў H+ у растворы будзе такой жа, як і канцэнтрацыя HCl, а менавіта 0.01 М.
\[ [H^+] = 0.01 \, \text{M} \]
Выкарыстоўваючы формулу pH:
\[ \text{pH} = -\log{[H^+]} = -\log{0.01} = -\log{10^{-2}} = 2 \]
Такім чынам, pH 0.01 М раствора HCl роўны 2.
Прыклад пытання 2: Моцныя асновы
> Разлічыце pH 0.001 М раствора NaOH.
Абмеркаванне:
NaOH — моцная аснова, і ў растворы яна цалкам іянізуецца.
\[ \text{NaOH} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]
Канцэнтрацыя іонаў OH- у растворы такая ж, як і канцэнтрацыя NaOH, а менавіта 0.001 М.
\[ [OH^-] = 0.001 \, \text{M} = 10^{-3} \, \text{M} \]
Спачатку разлічыце pOH:
\[ \text{pOH} = -\log[OH^-] = -\log{10^{-3}} = 3 \]
Пераўтварыце pOH у pH:
\[ \text{pH} = 14 – \text{pOH} = 14 – 3 = 11 \]
Такім чынам, pH 0.001 М раствора NaOH роўны 11.
Прыклад пытання 3: Серная кіслата (H2SO4)
> Разлічыце pH 0.01 М раствора H2SO4.
Абмеркаванне:
H2SO4 — моцная кіслата з двума стадыямі іянізацыі. Першая стадыя:
\[ \text{H2SO4} \rightarrow \text{H}^+ + \text{HSO4}^- \]
Вынік іанізацыі першага этапу эквівалентны канцэнтрацыі H2SO4 0.01 М для кожнага H+ і HSO4^-. Аднак на першым этапе з адной малекулы H2SO4 утвараюцца два іоны H+.
Такім чынам, агульная канцэнтрацыя [H+] будзе ўдвая большая за пачатковую:
\[ [H^+] = 2 \times 0.01 = 0.02 \]
Выкарыстоўваючы формулу pH:
\[ \text{pH} = -\log{[H^+]} = -\log{0.02} = -\log{2 \times 10^{-2}} = -(\log{2} + \log{10^{-2}}) \]
Да вашай інфармацыі,
\[ \log{2} \прыблізна 0.301 \]
Такім чынам:
\[ \text{pH} = -(0.301 + (-2)) = 1.699 \]
Такім чынам, pH 0.01 М раствора H2SO4 складае каля 1.699.
Прыклад пытання 4: Моцная аснова (Ca(OH)2)
> Разлічыце pH раствора Ca(OH)2 з канцэнтрацыяй 0.005 М.
Абмеркаванне:
Ca(OH)2 — моцная аснова, і кожная малекула дае два іёны OH-:
\[ \text{Ca(OH)2} \rightarrow \text{Ca}^{2+} + 2\text{OH}^- \]
Канцэнтрацыя OH⁻ будзе ўдвая большай за канцэнтрацыю Ca(OH)2, таму што кожная малекула Ca(OH)2 утварае два OH⁻. Такім чынам,
\[ [OH^-] = 2 \times 0.005 = 0.01 \, \text{M} \]
Спачатку разлічыце pOH:
\[ \text{pOH} = -\log{[OH^-]} = -\log{0.01} = -\log{10^{-2}} = 2 \]
Пераўтварыце pOH у pH:
\[ \text{pH} = 14 – \text{pOH} = 14 – 2 = 12 \]
Такім чынам, pH раствора Ca(OH)2 з канцэнтрацыяй 0.005 М роўны 12.
Выснова
У гэтым артыкуле мы абмеркавалі, як разлічыць pH для некалькіх прыкладаў раствораў моцных кіслот і моцных асноў. Памятайце, што для моцных кіслот або асноў мы мяркуем, што яны цалкам іянізаваны ў растворы. Такім чынам, канцэнтрацыя іонаў H+ для моцнай кіслаты і іонаў OH- для моцнай асновы будзе роўная пачатковай канцэнтрацыі кіслаты або асновы пасля карэкціроўкі на стехіаметрычныя каэфіцыенты, калі неабходна. Гэта спрашчае разлікі pH з выкарыстаннем асноўных формул pH і pOH.
Разуменне гэтай канцэпцыі мае вырашальнае значэнне, асабліва ў хімічных даследаваннях, няхай гэта будзе хімічная лабараторыя, прамысловасць ці паўсядзённае жыццё. З практыкай і грунтоўным разуменнем разлік pH моцных кіслот і асноў стане простай задачай.
