Piemēru jautājumi par stipru skābju un stipru bāzu pH
pH jeb ūdeņraža potenciāls ir šķīduma skābuma vai sārmainības mērs. pH skala ir no 0 līdz 14, kur skaitļi zem 7 norāda skābu šķīdumu, skaitļi virs 7 norāda uz bāzisku šķīdumu un 7 norāda uz neitrālu šķīdumu. Šajā rakstā mēs apspriedīsim vairākus piemērus problēmām saistībā ar stipru skābju un stipru bāzu pH, kā arī to šķīdumiem.
Pendahuluan
pH pamatjēdzieni
pH ir mērs, ko izmanto, lai noteiktu šķīduma skābumu vai sārmainību, pamatojoties uz ūdeņraža jonu (H+) koncentrāciju. pH aprēķināšanas pamatformula ir:
\[ \text{pH} = -\log{[H^+]} \]
Kur [H+] ir ūdeņraža jonu koncentrācija mol/l.
No otras puses, bāziskiem šķīdumiem (spēcīgām bāzēm) mēs vispirms varam aprēķināt pOH un pēc tam pārvērst to pH, izmantojot šādu formulu:
\[ \text{pOH} = -\log{[OH^-]} \]
\[ \text{pH} = 14 – \text{pOH} \]
Stipra skābe pret vāju skābi
Stipra skābe ir skābe, kas pilnībā jonizējas ūdens šķīdumā. Tas nozīmē, ka H+ jonu koncentrācija šķīdumā ir vienāda ar pašas skābes koncentrāciju. Stipru skābju piemēri ir HCl (sālsskābe), HNO3 (slāpekļskābe) un H2SO4 (sērskābe).
Turpretī vājas skābes šķīdumā pilnībā nejonizējas, tāpēc to pH aprēķini ir sarežģītāki un prasa skābuma konstantes (Ka) jēdzienu.
Spēcīga bāze pret vāju bāzi
Tāpat kā stiprās skābes, arī stiprās bāzes pilnībā jonizējas ūdens šķīdumā. Stipru bāzu piemēri ir NaOH (nātrija hidroksīds) un KOH (kālija hidroksīds).
Vājās bāzes ir tikai daļēji jonizētas, un pH aprēķināšanai ir nepieciešams bāziskuma konstantes (Kb) jēdziens.
Parauga jautājumi un diskusija
1. jautājuma piemērs: stipra skābe
> Aprēķiniet 0.01 M HCl šķīduma pH.
Diskusija:
Tā kā HCl ir stipra skābe, tā šķīdumā pilnībā jonizējas.
\[ \text{HCl} \rightbult \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
H+ jonu koncentrācija šķīdumā būs tāda pati kā pievienotās HCl koncentrācija, proti, 0.01 M.
\[ [H^+] = 0.01 \, \text{M} \]
Izmantojot pH formulu:
\[ \text{pH} = -\log{[H^+]} = -\log{0.01} = -\log{10^{-2}} = 2 \]
Tātad 0.01 M HCl šķīduma pH ir 2.
2. jautājuma piemērs: Spēcīgas bāzes
> Aprēķiniet 0.001 M NaOH šķīduma pH.
Diskusija:
NaOH ir spēcīga bāze un pilnībā jonizējas šķīdumā.
\[ \text{NaOH} \rightbult \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]
OH- jonu koncentrācija šķīdumā ir tāda pati kā NaOH koncentrācija, proti, 0.001 M.
\[ [OH^-] = 0.001 \, \text{M} = 10^{-3} \, \text{M} \]
Vispirms aprēķiniet pOH:
\[ \text{pOH} = -\log[OH^-] = -\log{10^{-3}} = 3 \]
Pārveidot pOH uz pH:
\[ \text{pH} = 14 – \text{pOH} = 14 – 3 = 11 \]
Tātad 0.001 M NaOH šķīduma pH ir 11.
3. piemēra jautājums: sērskābe (H2SO4)
> Aprēķiniet 0.01 M H2SO4 šķīduma pH.
Diskusija:
H2SO4 ir stipra skābe ar divām jonizācijas pakāpēm. Pirmais posms:
\[ \teksts{H2SO4} \labā bultiņa \teksts{H}^+ + \teksts{HSO4}^- \]
Pirmās pakāpes jonizācijas rezultāts ir līdzvērtīgs H2SO4 koncentrācijai 0.01 M katram H+ un HSO4^-. Tomēr pirmajā posmā no vienas H2SO4 molekulas rodas divi H+ joni.
Tātad kopējā [H+] koncentrācija būs divreiz lielāka par sākotnējo:
\[[H^+] = 2 \reiz 0.01 = 0.02 \]
Izmantojot pH formulu:
\[ \text{pH} = -\log{[H^+]} = -\log{0.02} = -\log{2 \reiz 10^{-2}} = -(\log{2} + \log{10^{-2}}) \]
Jūsu informācijai
\[ \log{2} \aptuveni 0.301 \]
Tātad:
\[ \text{pH} = -(0.301 + (-2)) = 1.699 \]
Tātad 0.01 M H2SO4 šķīduma pH ir aptuveni 1.699.
4. piemēra jautājums: stipra bāze (Ca(OH)2)
> Aprēķiniet 0.005 M Ca(OH)2 šķīduma pH.
Diskusija:
Ca(OH)₂ ir stipra bāze, un katra molekula dod divus OH⁻ jonus:
\[ \text{Ca(OH)2} \rightbult\text{Ca}^{2+} + 2\text{OH}^- \]
OH- koncentrācija būs divreiz lielāka par Ca(OH)2 koncentrāciju, jo katra Ca(OH)2 molekula rada divus OH-. Tātad,
\[[OH^-] = 2 \x 0.005 = 0.01 \, \text{M} \]
Vispirms aprēķiniet pOH:
\[ \text{pOH} = -\log{[OH^-]} = -\log{0.01} = -\log{10^{-2}} = 2 \]
Pārveidot pOH uz pH:
\[ \text{pH} = 14 – \text{pOH} = 14 – 2 = 12 \]
Tātad 0.005 M Ca(OH)2 šķīduma pH ir 12.
Secinājums
Šajā rakstā mēs esam apsprieduši, kā aprēķināt pH vairākos stipru skābju un stipru bāzu šķīdumu piemēros. Atcerieties, ka stipru skābju vai bāzu gadījumā mēs pieņemam, ka tās šķīdumā ir pilnībā jonizētas. Tāpēc H+ jonu koncentrācija stiprai skābei un OH- jonu koncentrācija stiprai bāzei būs vienāda ar skābes vai bāzes sākotnējo koncentrāciju pēc nepieciešamības korekcijas atbilstoši stehiometriskajiem faktoriem. Tas vienkāršo pH aprēķinus, izmantojot pamata pH un pOH formulas.
Šī jēdziena izpratne ir ļoti svarīga, īpaši ķīmisko vielu pielietojumos, gan ķīmijas laboratorijā, gan rūpniecībā, gan ikdienas dzīvē. Ar praksi un pamatīgu izpratni stipru skābju un bāzu pH aprēķināšana kļūs par vienkāršu uzdevumu.
