Расчет рН растворов сильных кислот и оснований

Расчет рН растворов кислот и оснований

Кислотно-основные реакции - частный случай равновесия в гомогенной системе, поэтому расчеты равновесных концентраций компонентов реакции основаны на использовании закона действующих масс и условия материального баланса.

При вычислении рН следует помнить, что характеристика логарифма не является значащей цифрой и указывает лишь на порядок логарифмируемого числа; количество значащих цифр мантиссы должно быть равно количеству цифр исходного числа. Например, для раствора, содержащего 3.5·10^{-2 М ионов водорода, рН = - lg 3.5·10-2} = 1.46.

Обычно значение рН округляют не менее чем до второго знака после запятой. Большей точности в большинстве случаев нельзя достигнуть, поскольку величины констант диссоциации кислот и оснований, как правило, имеют погрешность во втором знаке после запятой. Поэтому для раствора, содержащего 5.34·10^{-6 М ионов водорода, рН = - Ig5.34·10-6} = 5.27 (а не 5.272).

Запишем реакцию диссоциации сильной кислоты

НА + SH ↔ SH₂⁺ + А^-

Для того, чтобы расчетные формулы не были громоздкими, будем везде (кроме уравнений реакций) вместо SH₂⁺ (или Н₃О⁺ в водных растворах) писать Н⁺, помня, что в растворе протон существует в сольватированном состоянии. Здесь и в дальнейших расчетах для простоты полагаем коэффициенты активности равными единице. Поэтому в растворе сильной кислоты

а(Н⁺) ≈ [Н+] = С_НА и рН = -lgC_HA (2-2)

ПРИМЕР 3. Рассчитайте рН 0.001 М раствора соляной кислоты.

Решение. Для раствора сильной кислоты

[Н⁺] = С_НА = 0.001М

рН = 3.00

По аналогии с раствором сильной кислоты для раствора сильного основания В

(2-3)

ПРИМЕР 4. Рассчитайте рН 0.001 М раствора гидроксида натрия.

Решение. Поскольку имеем раствор сильного основания, то

[ОН^-] = С_NaOH = 0.001 М

Подобные расчеты можно проводить лишь в том случае, если в растворе нет других источников протонов или ими можно пренебречь. Так, в достаточно концентрированных растворах кислот (с > 1·10^{-5 М) протонами, образующимися при диссоциации воды, можно пренебречь, в менее же концентрированных растворах диссоциацию воды следует учитывать.}

При вычислении рН диссоциацию растворителя учитывают с помощью уравнения электронейтральности.

ПРИМЕР 5. Рассчитайте рН 1.0·10^{-8 М раствора соляной кислоты.}

Решение. Запишем уравнение электронейтральности

[Н⁺] = [Сl^-] + [ОН^-]

где концентрация протонов Н⁺ - это сумма протонов, образующихся при диссоциации соляной кислоты и при диссоциации воды, что и выражается первым и вторым слагаемым в правой части.

Соляная кислота - сильная кислота, поэтому [С1^-] = C_HCl

K_w = [H⁺][OH^-] = [H⁺][H⁺ - C_HCl]

[H⁺]² – C_HCl[H⁺] – K_w = 0

[H⁺]² – 1.0·10^-8[H⁺] – 1.0·10^-14 = 0

Без учета диссоциации воды получили бы ошибочный результат рН = 8.00.

Дата добавления: 2015-01-03