Ako vypočítať pH slabej kyseliny

Vypočítanie pH slabej kyseliny je trochu komplikovanejšie ako stanovenie pH a silná kyselina pretože slabé kyseliny sa vo vode úplne neoddelia. Našťastie vzorec na výpočet pH je jednoduché. Tu je to, čo robíte.

Kľúčové cesty: pH slabej kyseliny

  • Zistenie pH slabej kyseliny je trochu komplikovanejšie ako zistenie pH silnej kyseliny, pretože kyselina sa úplne nerozpadne na svoje ióny.
  • Rovnica pH je stále rovnaká (pH = -log [H+]), ale musíte použiť kyslú disociačnú konštantu (K) nájsť [H+].
  • Existujú dva hlavné spôsoby riešenia koncentrácie vodíkových iónov. Jeden zahŕňa kvadratickú rovnicu. Druhý predpokladá, že slabá kyselina sa sotva disociuje vo vode a približuje sa pH. Ktorý z nich si vyberiete, záleží na tom, ako presne potrebujete odpoveď. Pre domáce úlohy použite kvadratickú rovnicu. Na rýchly odhad v laboratóriu použite aproximáciu.

pH slabej kyseliny

Aká je hodnota pH 0,01 M roztoku kyseliny benzoovej?

Vzhľadom na to: kyselina benzoová K= 6,5 x 10-5

Riešenie

Kyselina benzoová sa disociuje vo vode ako:

instagram viewer

C6H5COOH → H+ + C6H5COO-

Vzorec pre K je:

K = [H+] [B-] / [P]

kde:
[H+] = koncentrácia H+ ióny
[B-] = koncentrácia iónov konjugovanej bázy
[HB] = koncentrácia nedisociovaných molekúl kyseliny
pre reakciu HB → H+ + B-

Kyselina benzoová disociuje jeden H+ ión pre každý C6H5COO- ión, takže [H+] = [C6H5COO-].

Nech x predstavuje koncentráciu H+ ktorá disociuje od HB, potom [HB] = C - x, kde C je počiatočná koncentrácia.

Tieto hodnoty zadajte do K rovnice:

K = x · x / (C-x)
K = x² / (C - x)
(C - x) K = x²
x² = CK - xK
x² + Kx - CK = 0

Vyriešiť pre x pomocou kvadratickej rovnice:

x = [-b ± (b² - 4ac)½] / 2a

x = [-K + (K² + 4CK)½]/2

** Poznámka ** Technicky existujú dve riešenia pre x. Pretože x predstavuje koncentráciu iónov v roztoku, hodnota pre x nemôže byť záporná.

Zadajte hodnoty pre K a C:

K = 6,5 x 10-5
C = 0,01 M

x = {-6,5 x 10-5 + [(6,5 x 10-5) + 4 (0,01) (6,5 x 10)-5)]½}/2
x = (-6,5 x 10)-5 + 1,6 x 10-3)/2
x = (1,5 x 10-3)/2
x = 7,7 x 10-4

Nájsť pH:

pH = -log [H+]

pH = -log (x)
pH = -log (7,7 x 10)-4)
pH = - (- 3,11)
pH = 3,11

odpoveď

PH 0,01 M roztoku kyseliny benzoovej je 3,11.

Riešenie: Rýchla a špinavá metóda na zistenie slabého pH kyseliny

väčšina slabé kyseliny sotva sa disociujú v roztoku. V tomto roztoku sme našli iba kyselinu degradovaná o 7,7 x 10-4 M. Pôvodná koncentrácia bola 1 x 10-2 alebo 770 krát silnejšia ako disociovaná koncentrácia iónov.

Hodnoty pre C - x by potom boli veľmi blízko k C, aby sa zdali nezmenené. Ak v K nahradíme C (C - x) rovnice,

K = x² / (C - x)
K = x2 / C

S týmto nie je potrebné používať kvadratická rovnica vyriešiť pre x:

x² = K· C

x² = (6,5 x 10-5)(0.01)
x² = 6,5 x 10-7
x = 8,06 x 10-4

Nájdite pH

pH = -log [H+]

pH = -log (x)
pH = -log (8,06 x 10)-4)
pH = - (- 3,09)
pH = 3,09

Všimnite si, že dve odpovede sú takmer totožné s rozdielom iba 0,02. Všimnite si tiež, že rozdiel medzi prvou metódou x a druhou metódou x je iba 0,000036 M. Pre väčšinu laboratórnych situácií je druhá metóda „dosť dobrá“ a oveľa jednoduchšia.

Pred nahlásením hodnoty skontrolujte svoju prácu. PH slabej kyseliny by malo byť menšie ako 7 (nie neutrálne) a zvyčajne je nižšie ako hodnota silnej kyseliny. Upozorňujeme, že existujú výnimky. Napríklad pH kyseliny chlorovodíkovej je 3,01 pre 1 mM roztok, zatiaľ čo pH kyseliny fluorovodíkovej je tiež nízka, s hodnotou 3,27 pre 1 mM roztok.

zdroje

  • Bates, Roger G. (1973). Stanovenie pH: teória a prax. Wiley.
  • Covington, A. K.; Bates, R. G.; Durst, R. A. (1985). "Definície stupníc pH, štandardných referenčných hodnôt, merania pH a súvisiacej terminológie". Pure Appl. Chem. 57 (3): 531–542. doi:10,1351 / pac198557030531
  • Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2004). Anorganická chémia (2. vydanie). Prentice Hall. ISBN 978-0130399137.
  • Myers, Rollie J. (2010). „Sto rokov pH“. Journal of Chemical Education. 87 (1): 30–32. doi:10,1021 / ed800002c
  • Miessler G. L.; Tarr D.A. (1998). Anorganická chémia (2. vydanie). Prentice Hall. ISBN 0-13-841891-8.