Хүчил ба суурийн бат бэхийн талаарх жишээ асуултууд

Хүчил ба суурийн бат бэхийн талаарх жишээ асуултууд

Хүчил ба суурийн бат бэх нь химийн чухал ойлголтууд бөгөөд хүчил эсвэл суурийн молекул нь протон (H⁺) хэрхэн үр дүнтэй өгч эсвэл протоныг хүлээн авч болохыг харуулдаг. Энэ хэлэлцүүлэгт бид хүчил ба суурийн бат бэхийг ойлгоход туслах хэд хэдэн жишээ бодлогуудыг, мөн тэдгээрийн рН ба pOH-ийг хэрхэн тооцоолохыг авч үзэх болно. Бодлогын хэлэлцүүлэгт орохоосоо өмнө эхлээд хүчил ба суурийн онолын үндсийг ойлгоё.

Хүчил ба суурийн бат бэхийн танилцуулга

Хүчил эсвэл суурийн бат бөх чанарыг уусмал дахь ионжуулалтын зэргээр нь тодорхойлж болно. Хүчтэй хүчил гэдэг нь уусмалд бараг бүрэн ионжсон хүчил бол сул хүчил нь зөвхөн хэсэгчлэн ионжсон хүчил юм. Суурийн хувьд ч мөн адил.

Хүчтэй хүчил ба сул хүчил

Хүчтэй хүчил, тухайлбал:
– Давсны хүчил (HCl)
– Хүхрийн хүчил (H₂SO₄)
– Азотын хүчил (HNO₃)

Энэ нь уусмалд бараг бүрэн ионжсон байдаг. Жишээлбэл, усан дахь HCl нь бараг бүрэн H⁺ ба Cl⁻ болж задардаг.

Сул хүчил, тухайлбал:
– Цууны хүчил (CH₃COOH)
– Фторын хүчил (HF)
– Нимбэгийн хүчил (C₆H₈O₇)

уусмалд зөвхөн хэсэгчлэн ионжсон байдаг. Энэ нь тодорхой хугацаанд зарим хүчлийн молекулууд молекул хэлбэрээрээ үлдэж, ион болж задардаггүй гэсэн үг юм.

Хүчтэй ба сул суурь

Бат бөх суурь, тухайлбал:
– Натрийн гидроксид (NaOH)
– Калийн гидроксид (KOH)
– Кальцийн гидроксид (Ca(OH)₂)

Энэ нь усан уусмалд бараг бүрэн ионжиж, их хэмжээний OH⁻ ион үүсгэдэг.

Сул суурь, тухайлбал:
– Аммиак (NH₃)
– Метиламин (CH₃NH₂)

Энэ нь уусмалд зөвхөн хэсэгчлэн ионжиж, харьцангуй бага хэмжээний OH⁻ ион үүсгэдэг.

Жишээ асуултууд болон хэлэлцүүлэг

Энэ ойлголтыг илүү сайн ойлгохын тулд хэдэн жишээ бодлогыг авч үзье.

Жишээ асуулт 1: Хүчтэй хүчлийн рН-ийг тооцоолох

Асуулт:
0,1 М HCl уусмалын рН-ийг тооцоол.

Хэлэлцүүлэг:
HCl нь хүчтэй хүчил тул уусмалд бүрэн ионжино:

\[ \text{HCl} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]

HCl бүрэн ионжсон тул [H⁺]-ийн концентраци нь HCl-ийн концентрацитай тэнцүү байна:

\[ [\text{H}^+] = 0,1 \, \text{M} \]

\[ \text{pH} = -\log[\text{H}^+] \]
\[ \text{pH} = -\log(0,1) \]
\[ \text{pH} = 1 \]

Тиймээс 0,1 М HCl уусмалын рН нь 1 байна.

Жишээ асуулт 2: Сул хүчлийн рН-ийг тооцоолох

Асуулт:
0,1 М CH₃COOH уусмалын рН-ийг тооцоол. CH₃COOH-ийн Ka (хүчил диссоциацийн тогтмол) нь \(1,8 \үргэлжлэх 10^{-5}\) гэдгийг мэднэ.

Хэлэлцүүлэг:
Сул хүчлүүдийн хувьд ионжуулалтын зэргийг харгалзан үзэх шаардлагатай. Цууны хүчлийн диссоциацийн тэнцвэрийн тэгшитгэл нь:

\[ \text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{CH}_3\text{COO}^- \]

Ка ашиглан:

\[ \text{Ka} = \frac{[\text{H}^+][\text{CH}_3\text{COO}^-]}{[\text{CH}_3\text{COOH}]} \]

Диссоциаци [H⁺] = [CH₃COO⁻] = x ба анхны [CH₃COOH] нь 0,1 М гэж үзвэл:

\[ 1,8 \удаа 10^{-5} = \frac{x^2}{0,1 – x} \]

Ka нь жижиг тул x-ийг 0,1-тэй харьцуулахад үл тоомсорлож болно:

\[ 1,8 \урт 10^{-5} \approx \frac{x^2}{0,1} \]
\[ x^2 = 1,8 \үргэлжлэл 10^{-6} \]
\[ x = \sqrt{1,8 \times 10^{-6}} \]
\[ x \ойролцоогоор 1,34 \удаа 10^{-3} \]

Тэгвэл, [H⁺] ≈ \(1,34 \удаа 10^{-3} \):

\[ \text{pH} = -\log[\text{H}^+] \]
\[ \text{pH} = -\log(1,34 \times 10^{-3}) \]
\[ \текст{рН} \ойролцоогоор 2,87 \]

Тиймээс 0,1 М CH3₃COOH уусмалын рН нь ойролцоогоор 2,87 байна.

Жишээ асуулт 3: Хүчтэй суурийн pOH болон рН-ийг тооцоолох

Асуулт:
0,01 М NaOH уусмалын pOH ба рН-ийг тооцоол.

Хэлэлцүүлэг:
NaOH нь усанд бүрэн ионжсон хүчтэй суурь юм:

\[ \text{NaOH} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]

NaOH бүрэн ионжсон тул [OH⁻]-ийн концентраци нь NaOH-ийн концентрацитай тэнцүү байна:

\[ [\text{OH}^-] = 0,01 \, \text{M} \]

\[ \text{pOH} = -\log[\text{OH}^-] \]
\[ \text{pOH} = -\log(0,01) \]
\[ \text{pOH} = 2 \]

рН ба pOH нь дараах тэгшитгэлээр холбогддог нь мэдэгдэж байна.

\[ \text{pH} + \text{pOH} = 14 \]

Тэгэхээр,

\[ \text{pH} = 14 – \text{pOH} \]
\[ \text{pH} = 14 – 2 \]
\[ \text{pH} = 12 \]

Тиймээс 0,01 М NaOH уусмалын pOH нь 2, рН нь 12 байна.

Жишээ асуулт 4: Сул суурийн рН-ийг тооцоолох

Асуулт:
0,1 М NH₃ уусмалын рН-ийг тооцоол. NH₃-ийн Kb (суурийн диссоциацийн тогтмол) нь \(1,76 \үргэлжлэх 10^{-5}\) гэдэг нь мэдэгдэж байна.

Хэлэлцүүлэг:
Усан дахь NH₃ нь урвалд орж NH₄⁺ ба OH⁻ үүсгэдэг:

\[ \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \]

Kb ашиглан,

\[ \text{Kb} = \frac{[\text{NH}_4^+][\text{OH}^-]}{[\text{NH}_3]} \]

Диссоциаци [OH⁻] = [NH₄⁺] = x, анхны [NH₃] нь 0,1 М гэж үзвэл:

\[ 1,76 \удаа 10^{-5} = \frac{x^2}{0,1 – x} \]

Таамаглалын хувьд x нь 0,1-тэй харьцуулахад үл ялиг бага байна:

\[ 1,76 \урт 10^{-5} \approx \frac{x^2}{0,1} \]
\[ x^2 = 1,76 \үргэлжлэл 10^{-6} \]
\[ x = \sqrt{1,76 \times 10^{-6}} \]
\[ x \ойролцоогоор 1,33 \удаа 10^{-3} \]

Тэгвэл, [OH⁻] ≈ \(1,33 \урт 10^{-3}\):

\[ \text{pOH} = -\log[\text{OH}^-] \]
\[ \text{pOH} = -\log(1,33 \times 10^{-3}) \]
\[ \text{pOH} \approx 2,88 \]

Дараа нь рН-ийг дараах томъёогоор тооцоолно.

\[ \text{pH} = 14 – \text{pOH} \]
\[ \text{pH} = 14 – 2,88 \]
\[ \текст{рН} \ойролцоогоор 11,12 \]

Тиймээс 0,1 М NH₃ уусмалын рН нь ойролцоогоор 11,12 байна.

Дүгнэлт

Хүчил ба суурийн бат бөх чанарыг ойлгох нь химийн үндэс суурь юм. рН ба pOH-ийг хэрхэн тооцоолох, сул ба хүчтэй хүчил ба суурийг хэрхэн тодорхойлохыг мэдсэнээр та шийдлүүдтэй холбоотой янз бүрийн химийн асуудлыг шийдвэрлэхэд илүү сайн бэлтгэлтэй байх болно. Өгөгдсөн жишээнүүд нь эдгээр ойлголтуудыг тодруулж, цаашдын судалгаанд бат бөх суурь болно гэж найдаж байна.