рН на разтвори на соли

Целта ни е да намерим рН на различни разтвори на соли и ще започнем с разтвор на натриев ацетат. В разтвора ще имаме натриеви йони, Na+, и ацетатни аниони, CH3COO-, и натриевите катиони няма да реагират с водата, но ацетатните ще реагират. Ацетатният анион е спрегната основа на оцетната киселина. Ацетатният анион ще реагира с водата и ще действа като основа: той ще отнеме протон от водата. Ако съберем Н+ и СН3СОО–, ще получим СН3СООН. Ако отнемем протон от водата, ако отнемем Н+ от Н2О, ще получим ОН– или хидроксиден йон. Нека да напишем началните концентрации. Целта ни е да изчислим рН на разтвора. Започваме с концентрация 0,25 мол/л натриев ацетат. Същата е концентрацията и на ацетатния анион, затова ще запиша: 0,25 мол/л начална концентрация на ацетатния анион. И ако допуснем, че още нищо не е реагирало, ще имаме нулева концентрация за двата продукта. Нулева концентрация за двата продукта. Сега да видим каква е промяната. CH3COO-, ацетатният анион, когато реагира, ще се превърне в CH3COOН или оцетна киселина. С колкото намалее концентрацията на ацетатния анион, с толкова ще се увеличи оцетната киселина. Ако означим концентрацията на ацетатния анион с Х... Х ще реагира. Ако реагира Х, концентрацията ще намалее с Х, а тук ще се увеличи с Х, нали? Същото важи и за хидроксида. Концентрацията на хидроксида ще се увеличи с Х. В равновесно състояние концентрацията на ацетата ще бъде 0,25 – Х, приемаме, че процесът тук е в равновесие. Концентрацията на оцетната киселина ще бъде Х. Концентрацията на хидроксида ще бъде също Х. Сега ще запишем равенството за равновесното състояние, и понеже ацетатът действа като основа, тук ще запишем Kb, което е равно на концентрацията на продуктите върху концентрацията на изходните вещества. Значи концентрацията на СН3СООН по концентрацията на ОН–, по концентрацията на ОН–, върху концентрацията на изходните вещества, и отново пренебрегваме водата. Така че ни интересува само концентрацията на ацетата. В знаменателя е концентрацията на ацетата. Добре. Да помислим за концентрацията на оцетната киселина при равновесие. При равновесие концентрацията е Х. Тук горе ще напиша Х. Същото е за хидроксида, нали? При равновесие концентрацията на хидроксида също е Х, така че слагам Х тук. И после, концентрацията на ацетата при равновесие е 0,25 – Х. Така, 0,25 – Х. Сега трябва да разгледаме стойността на Kb за тази реакция. Kb вероятно няма да намериш в нито една таблица, но можеш да намериш Ка за оцетната киселина. Оцетната киселина и ацетата са двойка спрегнати киселина и основа, и стойността на Ка за оцетната киселина може да се намери във всеки учебник, Ка е равно на 1,8 по 10^(–5). Търсим Кb. Какво е Kb за спрегнатата основа? Сега, знаем, че за спрегната двойка киселина - основа, Ка по Kb е равно на Kw, константата на йонизация на водата. Значи можем да заместим: 1,8 по 10^(–5) е равно на, знаем, че това е 1,0 по 10^(–14). И сега просто трябва да намерим Kb. Взимам калкулатора и въвеждам 1,0 по 10^(–14), което ще разделя на 1,8 по 10^(–5) и получавам 5,6 по 10^(–10). Ще си направя място тук и ще го запиша. Kb е равно на 5,6 по 10^(–10). И това е равно на Х на квадрат, равно е на Х^2 върху 0,25 – Х. Сега, за да опростим изчисленията, ще приемем, че концентрацията Х е много, много по-малка от 0,25, и ако това е така, ако това е изключително малко число, ще приемем, че то много близко до нула, тогава 0,25 – Х е приблизително равно на 0,25. Правим това предположение, повтарям отново, за да опростим сметките. Значи това е 5,6 по 10^(–10) = Х^2 върху 0,25. Сега можем да намерим Х. Ще умножим 5,6 по 10^(–10) по 0,25.. И получаваме 1,4 по 10^(–10). Сега намираме квадратен корен от това число и получаваме, че Х е равно на: Х е равно на 1,2 по 10^(–5). Нека да го запиша. Х е равно на 1,2 по 10^(–5). А какво представлява Х? С всички тези сметки тук може да сме забравили какво е Х. Х е концентрацията на хидроксидните йони. Значи Х е концентрацията на хидроксидните йони. Нека да го запиша. Х е равно на... това са молове за литър, това е концентрацията на хидорксидните йони, и знаем, че от тях можем да получим рН. Което се търси в задачата: изчисли рН на разтвора. Оттук можем да намерим рОН. Знаем, че рОН е отрицателен десетичен логаритъм от концентрацията на хидроксидните йони. Значи намирам отрицателния десетичен логаритъм, значи отрицателен log от 1,2 по 10^(–5). И това ще ни даде рОН. Нека да го сметна. Значи –log от 1,2 по 10^(–5). Това дава рОН = 4,92. Нека го запиша: рОН = 4,92. И накрая, за да намерим рН, трябва да използваме формулата: рН + рОН = 14 Замествам рОН и го изваждам от 14. Значи рН е равно на 14 – 4,92 и получавам 9,08. Значи рН = 9,08. Следователно имаме основен разтвор на тази сол. Хайде да решим още един пример. Трябва да определим рН на 0,050 моларен разтвор на амониев хлорид. За амониевия холрид имаме NH4+ и Cl–. Хлоридните йони няма да реагират забележимо с водата, но амониевите ще реагират. Нека да напиша реакцията. Значи NH4+ ще действа като киселина и ще отдаде протон на водата. Ако Н2О приеме протон, се превръща в Н3О+. Когато NН4+ отдаде протон, оставаме с NH3. Нека да напиша първоначалните концентрации. Търсим рН на разтвора, и започваме с 0,050 мол/л разтвор на амониев хлорид. Това е и концентрацията на амониевите йони, нали? Значи тук е 0,050 мол/л. Ако приемем, че реакцията не е протекла още, концентрацията на продуктите е нула. Нека да помислим за промяната, и понеже NH4+ се превръща в NH3, понижението на NH4+ e равно на увеличението на NH3. Ако намалението на амониевия йон е Х, ако реагира определено количество Х от NH4+, получаваме увеличение с Х за NН3. Следователно имаме същото увеличение на количеството от Н3О+. При равновесие, концентрацията на амониевите йони е 0,050 – Х, за Н3О+ ще бъде Х, и за амоняка ще бъде също Х. Тук NH4+ действа като киселина. И сега да запишем израза за равновесието. Ще използваме Ка. Ка е равно на: концентрацията на продуктите върху реагентите, значи това ще бъде концентрацията на: Н3О+ по NH3 цялото върху концентрацията на NH4+, защото пренебрегваме водата, така че върху концентрацията на NH4+. Концентрацията на Н3О+ при равновесие е Х, замествам тук с Х. Същото се отнася за концентрацията на NH3. Тя е Х, записвам го. И цялото това върху концентрацията на NH4+, която е 0,050 – Х. Значи тук пиша 0,050 – Х. Сега да видим стойността на Ка. Стойността на Ка обикновено не може да се намери в таблиците, дадени в учебиниците. Но ние знаем, че имаме спрегната двойка киселина-основа. NH4+ и NH3 са спрегната двойка киселина-основа. Тъсим Ка за NH4+. И понеже тя обикновено не е включена в учебниците, можем да използваме Kb за амоняка. Тя е 1,8 по 10^(–5). За една спрегната двойка киселина-основа, Ка по Kb е равно на Kw. Ние търсим Ка. Знаем Kb, която е 1,8 по 10^(–5). Това е равно на 1,0 по 10^(–14). И сега ще сметна Ка с калкулатора. Значи, 1,0 по 10^(–14)... делено на 1,8 по 10^(–5). И получаваме, че Ка = 5,6 по 10^(–10). Ще си направя място тук, значи Ка = 5,6 по 10^(–10). Това е равно на Х на квадрат върху... Тук отново ще приемем, че Х е много, много по-малко от 0,050. Тъй като Х е изключително малко число, 0,050 – Х ще е почти равно на 0,050. Затова тук заместваме 0,050. И сега да намерим Х. Вземам калкулатора, 5,6 по 10^(–10) умножавам по 0,05 и после намирам корен квадратен от резултата, и получавам нашето Х. Х е равно на 5,3 по 10^(–6). Така: Х = 5,3 по 10^(–6). Х е концентрацията на хидрониевиете йони, значи това е концентрация, нали? Това е концентрацията на Н3О+, и за да намерим рН просто трябва да намерим отрицателен десетичен логаритъм от тази стойност. Значи рН е равно на отрицателен десетичен логаритъм от концентрацията на Н3О+. Просто замествам: 5,3 по 10^(–6), намирам – log 5,3 по 10^(–6). И получавам 5,28, ако го закръгля. Ще си направя още малко място. Значи ще го закръгля на 5,28 за рН. Така че рН = 5,28. Получихме киселинен разтвор, което можеше да се очаква, като имаме предвид солите, които бяха дадени в задачата.