Расчет рН растворов сильных и слабых электролитов

Сильные кислоты и основания (табл.2.1) в растворах диссоциируют пол-

ностью, поэтому концентрация ионов водорода и ионов гидроксила равна

общей концентрации сильного электролита.

Для сильных оснований: [OH^-] = См; для сильных кислот: [H⁺] = См.

Таблица 2.1

Сильные электролиты

Класс	Формулы электролитов
Кислота	HNO3, H2SO4, HCl, HBr, HI, HMnO4, HClO4
Основание	LiOH , KOH, RbOH, CsOH, NaOH, Ba(OH)2, Ca(OH)2, Sr(OH)2
Соль	Растворимые соли

Слабым электролитом принято считать химические соединения, молекулы которых даже в сильно разбавленных растворах не полностью диссоциируют на ионы. Степень диссоциации слабых электролитов для децимолярных растворов (0,1М) меньше 3%. Примеры слабых электролитов: все органические кислоты, некоторые неорганические кислоты (например, H₂S, HCN), большинство гидроксидов (например, Zn(OH)₂, Cu(OH)₂).

Для растворов слабых кислот концентрация ионов водорода [H⁺] в растворе рассчитывается по формуле:

где: Кк – константа диссоциации слабой кислоты; Ск – концентрация кислоты, моль/дм³.

Для растворов слабых оснований концентрация гидроксильных ионов рассчитывается по формуле:

где: Ко – константа диссоциации слабого основания; Сосн. – концентрация основания, моль/дм³.

Таблица 2.2

Константы диссоциации слабых кислот и оснований при 25 оС

Формула	Константа диссоциации, Кд
СH3COOH	1,86 • 10–5
HCN	7,2 • 10-10
HOCl	5,0 • 10-8
HBO2	7,5 • 10-10
HOBr	2,5 • 10-9
HF	6,2 • 10-4
HNO2	5,1 • 10-4
HIO	2,3 • 10-11
HOCN	2,7 • 10-4
NH4OH	1,79 • 10-5
AgOH	5,0 • 10-3

2.2. Примеры решения индивидуального задания

Пример №1.

Условие задания: Определить концентрацию водородных и гидроксильных ионов в растворе, если рН =5,5.

Решение

Концентрация ионов водорода рассчитывается по формуле:

[Н⁺] = 10^-рН

[Н⁺] = 10^-5,5 = 3,16 •10^-6 моль/дм³

Концентрация гидроксильных ионов рассчитывается по формуле:

[OН^-] = 10^-рOН

рОН = 14 – рН = 14 – 5,5 = 8,5

[OН^-] = 10 ^-8,5 = 3 • 10^-9 моль/дм³

Пример № 2.

Условие задания: Вычислить рН 0,001 М раствора HС1.

Решение

Кислота HС1 является сильным электролитом (табл.2.1) и в разбавленных растворах практически полностью диссоциирует на ионы:

HС1⇄ Н⁺ + С1^-

Поэтому концентрация ионов [Н⁺] равна общей концентрации кислоты: [Н⁺] = См = 0,001 М.

[Н⁺] = 0,001= 1·10^-3 моль/дм³

Тогда:

рН = – lg[H⁺] = – lg 1 • 10^-3 = 3

Пример № 3.

Условие задания: Вычислить рН 0,002 М раствора NaOH.

Решение

Основание NaOH является сильным электролитом (табл.2.1) и в разбавленных растворах практически полностью диссоциирует на ионы:

NaOH ⇄Na⁺+OH^-

Поэтому концентрация гидроксильных ионов равна общей концентрации основания: [ОH^-]= См = 0,002 М.

Тогда:

рОН = – lg[ОН^-] = – lgСм = – lg 2 •10^-3 = 2,7

Исходя из формулы: рН + рОН = 14, находим рН раствора:

рН = 14 – 2,7 = 11,3

Пример №4.

Условие задания: Вычислить рН 0,04 М раствора NH₄OH, если константа диссоциации Кд(NH₄OH) = 1,79·10^-5 (табл.2.2).

Решение

Основание NH₄OH является слабым электролитом и в разбавленных растворах очень незначительно диссоциирует на ионы.

Концентрация гидроксильных ионов [ОH^-] в растворе слабого основания рассчитывается по формуле:

моль/дм³

рОН = – lg[ОH^-] = – lg 8,5·10^-2 = 1,1

Исходя из формулы: рН + рОН = 14, находим рН раствора:

рН = 14 – рOН = 14 – 1,1 = 12,9

Пример №5.

Условие задания: Вычислить рН 0,17 М раствора уксусной кислоты (CH₃COOH), если константа диссоциации Кд(CH₃COOH) = 1,86 • 10^-5 (табл.2.2).

Решение

Кислота CH₃COOH является слабым электролитом и в разбавленных растворах очень незначительно диссоциирует на ионы.

Концентрация ионов водорода [H⁺] в растворе слабой кислоты рассчитывается по формуле:

Тогда:

моль/дм³

Вычисляем pH раствора по формуле: рН = – lg [H⁺]

pH = – lg 1,78 • 10^-3 = 2,75

2.3. Индивидуальные задания

Условия заданий (табл. 2.3):

Задание № 1. Вычислить концентрацию водородных и гидроксильных ионов в растворе при определенном значении рН (см. пример № 1);

Задание № 2. Вычислить рН раствора сильного электролита (кислоты, основания) при заданной концентрации (см. пример № 2, 3);

Задание № 3. Вычислить рН раствора слабого электролита (кислоты, основания) при заданной концентрации (см. пример № 4, 5).

Таблица 2.3

Состав исследуемой воды

№ задания	Условия заданий:
	Задание № 1	Задание № 2		Задание № 3
	рН	Сильный электролит	Концентрация, См	Слабый электролит	Концентрация, См
1	6,05	НСl	0,033	NH4OH	0,01
2	8,5	HNO3	0,091	HCN	0,09
3	5,5	HI	0,032	HOCl	0,05
4	7,7	NaOH	0,054	HBO2	0,36
5	6,3	HBr	0,076	HOBr	0,22
6	6,5	KOH	0,045	HF	0,63
7	8,9	HClO4	0,027	HNO2	0,55
8	8,5	HMnO4	0,005	HOI	0,03
9	6,5	CsOH	0,008	HOCN	0,19
10	6,1	HNO3	0,004	NH4OH	0,082
11	6,5	HI	0,001	AgOH	0,04
12	6,9	LiOH	0,009	СH3COOH	0,26
13	8,8	HBr	0,005	HCN	0,075
14	6,9	RbOH	0,036	HOCl	0,07
15	7,3	HClO4	0,0022	HBO2	0,15
16	6,3	HMnO4	0,063	HOBr	0,23
17	7,4	KOH	0,055	HF	0,34
18	6,7	HNO3	0,003	HNO2	0,18
19	8,2	HI	0,019	HOI	0,39
20	8,3	HNO3	0,082	HOCN	0,15
21	6,1	CsOH	0,004	NH4OH	0,33
22	6,9	HCl	0,026	AgOH	0,091
23	8,2	HClO4	0,075	HBO2	0,32
24	8,6	HMnO4	0,007	HOBr	0,054
25	8,5	LiOH	0,015	HF	0,076
26	8,2	HNO3	0,0023	HNO2	0,045
27	8,0	HI	0,034	HOI	0,27

Продолжение табл. 2.3

28	7,9	NaOH	0,018	HOCN	0,35
29	7,9	HBr	0,039	NH4OH	0,08
30	8,1	HCl	0,015	AgOH	0,4
31	6,1	HNO3	0,003	NH4OH	0,032
32	6,5	HI	0,002	AgOH	0,02
33	6,9	LiOH	0,008	СH3COOH	0,24
34	8,8	HBr	0,003	HCN	0,073
35	6,9	RbOH	0,033	HOCl	0,072
36	7,3	HClO4	0,0012	HBO2	0,16
37	6,3	HMnO4	0,033	HOBr	0,24
38	7,4	KOH	0,045	HF	0,35
39	6,7	HNO3	0,004	HNO2	0,28
40	8,2	HI	0,029	HOI	0,29
41	8,3	HNO3	0,081	HOCN	0,05
42	6,1	CsOH	0,006	NH4OH	0,033
43	6,9	HCl	0,023	AgOH	0,29
44	8,2	HClO4	0,078	HBO2	0,62
45	8,6	HMnO4	0,006	HOBr	0,024
46	8,5	LiOH	0,012	HF	0,036
47	8,2	HNO3	0,0021	HNO2	0,025
48	8,0	HI	0,037	HOI	0,027
49	7,9	NaOH	0,013	HOCN	0,015
50	7,9	HBr	0,034	NH4OH	0,08