Расчет рН сильных кислот и оснований

При расчете рН сильных кислот и оснований необходимо учитывать ионную силу раствора, а вместо концентраций использовать значения активностей.

Пример 7. Рассчитать рН и кажущуюся степень диссоциации в 0,1 М растворе соляной кислоты.

Решение: HCl → H⁺ + Cl^–

Рассчитаем ионную силу раствора:

Для данной ионной силы по таблице найдем значение коэффициента активности для ионов Н⁺ (или рассчитаем ):

, тогда , а

Кажущаяся степень диссоциации кислоты составит:

.

Пример 8. Рассчитать рН и кажущуюся степень диссоциации основания в водном растворе 0,05 моль/л NaOH.

Решение: NaOH → Na⁺ + OH^-

Так как NaOH является сильным электролитом, при расчете рН необходимо учитывать ионную силу раствора:

Коэффициент активности иона OH^– при данной ионной силе раствора равен

, тогда , а

.

Кажущаяся степень диссоциации NaOH .

Расчет рН слабых бинарных кислот и оснований

Слабые кислоты и основания в водных растворах диссоциируют частично, поэтому расчеты равновесных концентраций проводят на основе закона действия масс. При этом используют следующие формулы.

Для растворов слабых одноосновных кислот:

.

Для растворов слабых однокислотных оснований:

,

В случае слабых электролитов концентрация ионов в растворе незначительна, коэффициенты активности стремятся к единице, поэтому расчеты можно проводить без учета влияния ионной силы раствора.

Пример 9. Рассчитать равновесные концентрации, рН и степень диссоциации 0,1 М водного раствора CH₃COOH.

Решение:

CH₃COOH ⇄ CH₃COO^– + H⁺

Обозначим [H⁺] через х, тогда, согласно уравнению электролитической диссоциации [CH₃COO^–] = х; [CH₃COOН] = 0,1 – х

,

Предполагая, что x<<0,1 , имеем [CH₃COOН] ≈ 0,1 ;

Окончательно получим:

,

,

Пример 10. Рассчитать равновесные концентрации, рН и степень диссоциации 0,1 М водного раствора NH₄OH.

Решение: Обозначим [OH^–] через х, тогда, согласно уравнению электролитической диссоциации [NH₄⁺] = х; [NH₄OH ] = 0,1 – х

NH₄OH ⇄ NH₄⁺ + OH^–

,

Учитываем, что x<<0,1, тогда

Влияние сильных электролитов и одноименных ионов на ионные равновесия в слабых электролитах

При расчете равновесных концентраций и рН слабых электролитов в присутствии сильного электролита необходимо учитывать влияние ионной силы раствора. Ионная сила в таких системах определяется только ионами сильного электролита. Сильные электролиты повышают степень дисоциации слабого электролита, при условии, что сильный - не содержит одноименных ионов.

В присутствии сильного электролита, содержащего одноименные ионы, необходимо учитывать как влияние ионной силы раствора, так и влияние концентрации одноименных ионов. Одноименные ионы понижают степень диссоциации слабого электролита.

Пример 11. Рассчитать равновесные концентрации, рН и степень диссоциации 0,1 М водного раствора CH₃COOH в присутствии 0,1 М KCl.

Решение. Ионная сила раствора определяется ионами сильного электролита:

KCl → K⁺ + Cl^-

Для данной ионной силы по таблице найдем значение коэффициента активности для ионов Н⁺ и CH₃COO^–:

,

(коэффициенты активности недиссоциированных молекул обычно принимают равными единице)

Уравнение диссоциации слабого электролита:

CH₃COOH ⇄ CH₃COO^– + H⁺

Обозначим [H⁺] через х, тогда, согласно уравнению электролитической диссоциации [CH₃COO^–] = х; [CH₃COOН] = 0,1 – х.

Определим активности ионов в растворе :

; ; ;

Подставляя значения активностей в закон действия масс, получаем:

;

Учитываем, что x<<0,1 , тогда:

,

Пример 12. Рассчитать рН и степень диссоциации 0,1 М CH₃COOH в присутствии 0,1 М HCl.

Решение. Ионная сила раствора определяется ионами сильного электролита:

HCl → H⁺ + Cl^–

Для данной ионной силы по таблице найдем значение коэффициента активности для ионов Н⁺ и CH₃COO^–:

,

Уравнение диссоциации CH₃COOH:

CH₃COOH ⇄ CH₃COO^– + H⁺

Определяем концентрации и активности ионов в растворе после добавления НCl :

[CH₃COOH] = 0,1 – x ; [CH₃COO^–] = x ; [H⁺] = 0,1+x

; ;

;

Учитываем, что x<<0,1 , упростив выражение, окончательно получаем:

,

В данном случае рН раствора определяется ионами водорода, образовавшимися в результате диссоциации сильной кислоты. Влияние ионов H⁺, образовавшихся в результате диссоциации слабой кислоты, незначительно, и их вкладом можно пренебречь.

Пример 13. Рассчитать равновесные концентрации, рН и степень диссоциации 0,1 М NH₄OH в присутствии 0,05 М K₂SO₄.

Решение.

K₂SO₄ → 2K⁺ + SO₄^2-

В соответствие с табл.1(Справочные материалы) коэффициенты активности ионов при данной ионной силе равны:

NH₄OH ⇄ NH₄⁺ + OH^–

; ; ;

Пример 14. Рассчитать равновесные концентрации, рН и степень диссоциации водного раствора, содержащего 0,1 моль/л NH₄OH и 0,05 М Ba(OH)₂.

Решении.

Ba(OH)₂ → Ba²⁺ + 2OH^–

Ионная сила раствора:

Коэффициенты активности ионов при данной ионной силе равны (данные таблицы):

NH₄OH ⇄ NH₄⁺ + OH^–

Активности ионов определяем как:

; ; ;