Dæmi um spurningar sem fjalla um pH sterkra sýra og sterkra basa
Sýrustig eða vetnismáttur er mælikvarði á sýrustig eða basastig lausnar. Sýrustigskvarðinn er á bilinu 0 til 14, þar sem tölur undir 7 gefa til kynna súra lausn, tölur yfir 7 gefa til kynna basíska lausn og 7 gefa til kynna hlutlausa lausn. Í þessari grein munum við ræða nokkur dæmi um vandamál varðandi sýrustig sterkra sýra og sterkra basa, ásamt lausnum þeirra.
Pendahuluan
Grunnhugtök um pH
pH er mælikvarði sem notaður er til að ákvarða sýrustig eða basastig lausnar út frá styrk vetnisjóna (H+). Grunnformúlan til að reikna út pH er:
[pH = -log{[H+]]
Þar sem [H+] er styrkur vetnisjóna í mól/L.
Hins vegar, fyrir basískar lausnir (sterka basa), getum við reiknað pOH fyrst og síðan breytt því í pH með eftirfarandi formúlu:
[pOH = -log{[OH-]]
[pH = 14 – pOH]
Sterk sýra vs veik sýra
Sterk sýra er sýra sem jónast að fullu í vatnslausn. Þetta þýðir að styrkur H+ jóna í lausninni er jafn styrkur sýrunnar sjálfrar. Dæmi um sterkar sýrur eru HCl (saltsýra), HNO3 (péturssýra) og H2SO4 (brennisteinssýra).
Aftur á móti jónast veikar sýrur ekki að fullu í lausn, þannig að pH-útreikningar þeirra eru flóknari og krefjast hugtaksins sýrustigsstuðull (Ka).
Sterkur grunnur vs. Veikur grunnur
Eins og sterkar sýrur jónast sterkir basar einnig að fullu í vatnslausn. Dæmi um sterka basa eru NaOH (natríumhýdroxíð) og KOH (kalíumhýdroxíð).
Veikir basar eru aðeins að hluta jónaðir og þurfa hugtakið basískt fasti (Kb) til að reikna út sýrustig.
Dæmi um spurningar og umræður
Dæmispurning 1: Sterk sýra
> Reiknaðu pH gildið í 0.01 M HCl lausn.
Umræða:
Þar sem HCl er sterk sýra, jónast það alveg í lausn.
[ \text{HCl} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
Styrkur H+ jóna í lausninni verður sá sami og styrkur HCl sem gefinn er, þ.e. 0.01 M.
\[ [H^+] = 0.01 \, \text{M} \]
Með því að nota pH formúluna:
[pH = -log{[H+] = -log{0.01} = -log{10-2} = 2]
Þannig að pH-gildi 0.01 M HCl lausnar er 2.
Dæmispurning 2: Sterkir basar
> Reiknaðu pH gildið í 0.001 M NaOH lausn.
Umræða:
NaOH er sterkur basi og jónast alveg í lausn.
[ \text{NaOH} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]
Styrkur OH- jóna í lausninni er sá sami og styrkur NaOH, þ.e. 0.001 M.
\[ [OH^-] = 0.001 \, \text{M} = 10^{-3} \, \text{M} \]
Reiknaðu fyrst pOH:
\[ \text{pOH} = -\log[OH^-] = -\log{10^{-3}} = 3 \]
Umbreyta pOH í pH:
[pH = 14 – pOH = 14 – 3 = 11]
Þannig að pH-gildi 0.001 M NaOH lausnar er 11.
Dæmispurning 3: Brennisteinssýra (H2SO4)
> Reiknaðu pH gildið í 0.01 M H2SO4 lausn.
Umræða:
H2SO4 er sterk sýra með tveimur jónunarstigum. Fyrsta stigið:
[ \text{H2SO4} \rightarrow \text{H}^+ + \text{HSO4}^- \]
Jónunarniðurstaða fyrsta stigs jafngildir H2SO4 styrk upp á 0.01 M fyrir hvort H+ og HSO4^-. Hins vegar framleiðir fyrsta stigið tvær H+ jónir úr einni H2SO4 sameind.
Þannig að heildarstyrkurinn [H+] verður tvöfaldur miðað við upphafsstyrkinn:
\[ [H^+] = 2 \times 0.01 = 0.02 \]
Með því að nota pH formúluna:
[pH = -log{[H+] = -log{0.02} = -log{2 x 10-2 = -(log{2} + log{10-2)]
Til upplýsingar,
\[ \log{2} \u.þ.b. 0.301 \]
Svo:
[pH = -(0.301 + (-2)) = 1.699]
Þannig að pH-gildi 0.01 M H2SO4 lausnar er um 1.699.
Dæmispurning 4: Sterkur basi (Ca(OH)2)
> Reiknaðu pH gildið í 0.005 M Ca(OH)2 lausn.
Umræða:
Ca(OH)2 er sterkur basi og hver sameind gefur frá sér tvær OH- jónir:
[ \text{Ca(OH)2} \rightarrow \text{Ca}^{2+} + 2\text{OH}^- \]
Styrkur OH- verður tvöfaldur styrkur Ca(OH)2 því hver Ca(OH)2 sameind framleiðir tvær OH-. Þannig,
\[ [OH^-] = 2 \times 0.005 = 0.01 \, \text{M} \]
Reiknaðu fyrst pOH:
[pOH = -log{[OH-] = -log{0.01} = -log{10-2} = 2]
Umbreyta pOH í pH:
[pH = 14 – pOH = 14 – 2 = 12]
Þannig að pH gildið í 0.005 M Ca(OH)2 lausn er 12.
Niðurstaða
Í þessari grein höfum við rætt hvernig á að reikna út pH fyrir nokkur dæmi um sterkar sýrur og sterkar basalausnir. Munið að fyrir sterkar sýrur eða basa gerum við ráð fyrir að þær séu fullkomlega jónaðar í lausn. Þess vegna verður styrkur H+ jóna fyrir sterka sýru og OH- jóna fyrir sterkan basa jafn upphafsstyrk sýrunnar eða basans, eftir að leiðrétt hefur verið fyrir steikíómetríska þætti ef nauðsyn krefur. Þetta einfaldar pH útreikninga með því að nota grunn pH og pOH formúlurnar.
Að skilja þetta hugtak er afar mikilvægt, sérstaklega í efnafræðilegum tilgangi, hvort sem er í efnafræðirannsóknarstofum, iðnaði eða í daglegu lífi. Með æfingu og góðum skilningi verður útreikningur á pH sterkra sýra og basa einfaldur.
