Пример прашања и дискусија за киселините и базите на Арениус
Киселините и базите се фундаментални концепти во хемијата. Една од најпознатите теории што го објаснува однесувањето на киселините и базите е теоријата на Арениус. Според Арениус, киселина е соединение кое, кога се раствора во вода, произведува H⁺ (или H₃O⁺) јони, додека база е соединение кое, кога се раствора во вода, произведува OH⁻ јони. Во оваа статија, ќе разгледаме неколку примери на проблеми во врска со киселините и базите според теоријата на Арениус, заедно со нивните решенија.
Пример за прашање 1
Прашање:
Раствор од хлороводородна киселина (HCl) од 0,1 M се раствора во вода. Пресметајте ја концентрацијата на H⁺ јони во растворот.
Пембахасан:
Според теоријата на Арениус, HCl е киселина бидејќи произведува H⁺ јони кога се раствора во вода. Равенката за јонизација за HCl во вода е како што следува:
\[ \text{HCl} \до \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
Почетната концентрација на HCl е 0,1 M. Бидејќи HCl е силна киселина која целосно јонизира во воден раствор, секоја молекула на HCl ќе произведе еден H⁺ јон и еден Cl⁻ јон. Затоа, концентрацијата на H⁺ јони во растворот е исто така еднаква на концентрацијата на HCl, имено:
\[ [\text{H}^+] = 0,1 \text{M} \]
Значи, концентрацијата на H⁺ јони во раствор од 0,1 M HCl е 0,1 M.
Пример за прашање 2
Прашање:
Пресметајте ја pH вредноста на раствор од 0,01 M азотна киселина (HNO₃).
Пембахасан:
HNO₃ е силна киселина која целосно јонизира во вода, па затоа равенката за јонизација за HNO₃ е како што следува:
\[ \text{HNO}_3 \до \text{H}^+ + \text{NO}_3^- \]
Дадената концентрација на HNO₃ е 0,01 M. Бидејќи HNO₃ е силна киселина, секој молекул на HNO₃ ќе произведе еден H⁺ јон. Затоа, концентрацијата на H⁺ јони во растворот е еднаква на концентрацијата на HNO₃, имено:
\[ [\text{H}^+] = 0,01 \text{M} \]
pH вредноста може да се пресмета со помош на формулата:
\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]
Со вклучување на концентрацијата на H⁺ јони во формулата, добиваме:
\[ \text{pH} = -\log (0,01) = -\log (10^{-2}) = 2 \]
Значи, pH вредноста на раствор од 0,01 M HNO₃ е 2.
Пример за прашање 3
Прашање:
Определете ја концентрацијата на OH⁻ јони во раствор од 0,05 M NaOH.
Пембахасан:
NaOH е силна база која целосно јонизира во вода, па затоа равенката за јонизација за NaOH е како што следува:
\[ \text{NaOH} \to \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]
Дадената концентрација на NaOH е 0,05 M. Бидејќи NaOH е силна база, секоја молекула на NaOH ќе произведе еден OH⁻ јон. Затоа, концентрацијата на OH⁻ јони во растворот е еднаква на концентрацијата на NaOH, имено:
\[ [\text{OH}^-] = 0,05 \text{M} \]
Значи, концентрацијата на OH⁻ јони во раствор од NaOH од 0,05 M е 0,05 M.
Пример за прашање 4
Прашање:
Пресметајте ја pH вредноста на раствор од KOH од 0,01 M.
Пембахасан:
KOH е силна база која целосно јонизира во вода. Равенката за јонизација за KOH во вода е следнава:
\[ \text{KOH} \до \text{K}^+ + \text{OH}^- \]
Дадената концентрација на KOH е 0,01 M. Бидејќи KOH е силна база, секоја молекула на KOH ќе произведе еден OH⁻ јон. Затоа, концентрацијата на OH⁻ јони во растворот е еднаква на концентрацијата на KOH, имено:
\[ [\text{OH}^-] = 0,01 \text{M} \]
pH вредноста е мерка за концентрацијата на H⁺ јони во раствор. Можеме да ја користиме врската помеѓу pH, H⁺ јони и OH⁻ јони дадена од производот на воден јонски производ (Kw):
\[ \text{Kw} = [\text{H}^+][\text{OH}^-] = 1 \times 10^{-14} \]
Знаејќи ја вредноста на [OH⁻], можеме да пресметаме [H⁺]:
\[ [\text{H}^+] = \frac{\text{Kw}}{[\text{OH}^-]} = \frac{1 \times 10^{-14}}{0,01} = 1 \times 10^{-12} \text{M} \]
pH вредноста може да се пресмета со помош на формулата:
\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]
Со вклучување на концентрацијата на H⁺ јони во формулата, добиваме:
\[ \text{pH} = -\log (1 \times 10^{-12}) = 12 \]
Значи, pH вредноста на раствор од KOH од 0,01 M е 12.
Пример за прашање 5
Прашање:
Растворот има pH = 3. Пресметајте ја концентрацијата на H⁺ јони во растворот.
Пембахасан:
pH вредноста е мерка за концентрацијата на H⁺ јони во раствор и може да се изрази со формулата:
\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]
За да ја пресметаме концентрацијата на H⁺ јони, ја менуваме формулата во:
\[ [\text{H}^+] = 10^{-\text{pH}} \]
Со внесување на дадените pH вредности, добиваме:
\[ [\text{H}^+] = 10^{-3} = 0,001 \text{M} \]
Значи, концентрацијата на H⁺ јони во раствор со pH = 3 е 0,001 M.
Пример за прашање 6
Прашање:
Растворот од NH₄OH има концентрација од 0,1 M. Пресметајте ја pH вредноста на растворот ако вредноста на Kb за NH₄OH е 1,8 x 10⁻⁵.
Пембахасан:
NH₄OH е слаба база која не се јонизира целосно во вода. Равенката за јонизација за NH₄OH во вода е како што следува:
\[ \text{NH}_4\text{OH} \leftrightarrow \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \]
Рамнотежната константа за јонизација на NH₄OH се нарекува Kb и е дадена со:
\[ K_b = \frac{[\text{NH}_4^+][\text{OH}^-]}{[\text{NH}_4\text{OH}} \]
Бидејќи NH₄OH е слаба база, го користиме Kb за да ја пресметаме концентрацијата на OH⁻ јони. Претпоставувајќи дека \(x\) е концентрацијата на јонизиран NH₄OH, равенката за јонизација станува:
\[ K_b = \frac{x^2}{0,1 – x} \approx \frac{x^2}{0,1} \]
Бидејќи вредноста на Kb е многу мала, претпоставуваме \(0,1 – x \приближно 0,1\):
\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{x^2}{0,1} \]
\[ x^2 = 1,8 \times 10^{-6} \]
\[ x = \sqrt{1,8 \times 10^{-6}} \]
\[ x приближно 1,34 пати 10^{-3} \text{ M} \]
Значи, концентрацијата на OH⁻ јони е (1,34 пати 10^{-3} M).
Од оваа концентрација, можеме да ја пресметаме концентрацијата на H⁺ јони користејќи Kw:
\[ [\text{H}^+] = \frac{1 \times 10^{-14}}{1,34 \times 10^{-3}} \]
\[ [\text{H}^+] = 7,46 \times 10^{-12} \text{M} \]
pH:
\[ \text{pH} = -\log (7,46 \times 10^{-12}) \]
pH приближно 11,13
Значи, pH вредноста на раствор од 0,1 M NH₄OH е околу 11,13.
Заклучок
Теоријата на Арениус обезбедува вредна основа за разбирање на тоа како киселините и базите се однесуваат во раствор. Во оваа дискусија, разгледавме неколку примери на проблеми што илустрираат како овие концепти можат да се користат за пресметување на концентрациите на H⁺ и OH⁻ јони и pH вредноста на различни раствори. Разбирањето на оваа теорија е од суштинско значење за секој што се стреми кон кариера во хемијата, без разлика дали е на средно училиште или на високо образование.
