Calculating the pH in acids and bases, Slides of Analytical Chemistry

Download Calculating the pH in acids and bases and more Slides Analytical Chemistry in PDF only on Docsity!

Концентрация на H

O

във

водни разтвори на протолити

Водни разтвори на киселини

[ Н

3

О

] (обща)

= [ Н

3

О

] (1)

+ [ Н

3

О

] ( 2 ) [ Н 3

О

] (обща)

= [A

− ] + [ ОН − ]

(1) Дисоциация на киселината: HA + H

2

О Н

3

О

+ A

(2) Автопротолиза на водата: H

2

О + H

2

О Н

3

О

+ ОН

Когато се изчислява рН (рН = – lg[ Н 3 О

]) на водни разтвори на киселини, е необходимо да се отчете факта, че Н 3 О

се получават в резултат на От (1) следва [ Н 3

О

] = [ А

- ] От (2) следва [ Н 3

О

] = [ ОН

- ]

Задача: Изчислете pH на разтвори на HCl с концентрация : ( а) 0.0 1 M (б) след 2 - кратно разреждане с дестилирана вода (в) 3. − М. Решение: (а) 0.0 1 M pH = − lg [H 3 O

] = − lg C a = − lg 0,01 = − lg(1.

- 2 ) = 2 (б) след 2 - кратно разреждане с дестилирана вода C a

pH = − lg [H 3 O

] = − lg C a = − lg 0,0 05 = − lg( 5.

- 3 ) = 3 − lg( 5 ) = 3 – 0,7 = 2, (в) 3. − М. pH = − lg (3. −

) = 8 − lg 3 = 8 − 0 ,48 = 7,52 > 7 ???

Разтвор на киселина не може да има рН > 7→ при силно разреден р - р на к - на трябва да се вземе предвид и конц. на H 3 O

, които се получават в резултат на автопротолизата на водата (2).

2. Силно разредени силни киселини

(с изходна концентрация C

a

−

M)

HA + H

2

О Н

3

О

+ A

H

2

О + H

2

О Н

3

О

+ ОН

[ Н

3

О

]

(обща)

= [ Н

3

О

]

(1)

+ [ Н

3

О

]

( 2 ) HCl HNO 3 H 2 SO 4 HClO 4 Тъй като [ Н 3

О

] ( 1 ) и [ Н 3

О

] ( 2 ) са съизмерими , за намиране на точната концентрация на [ Н 3

О

], се отчитат и Н 3

О

получени в резултат на автопротолизата на водата.

Задача: Изчислете pH на разтвор на 3. − М HCl. Решение:

C

a

• C a 2
• 4K W

[ Н

3

О

] =

−

• (3. − ) 2

−

−

−

− 16

−

− 16

−

• 20 , 22. −

−

= mol/L

pH = − lg [H 3 O

] = − lg(11,61.

- 8 ) = 8 − lg(11,61) = 8 – 1, 06 = 6 ,94 < 7

3. Слаби киселини (с изходна концентрация C

а

HA + H

2

О Н

3

О

+ A

H

2

О + H

2

О Н

3

О

+ ОН

(2) автопротиза

на водата [ Н 3

О

]. [A

− ]

К

a

[HA]

C

HA

= C

a

= [HA] + [A

− ] [H 3 O

] = K a

. C a

+ K

W K w

=[ Н

3

О

]. [OH

− ]

[ Н

3

О

] (обща)

= [A

− ] + [ ОН − ] HCOOH CH 3 COOH C 6 H 5 COOH HF HNO 2 Тъй като [ Н 3

О

] ( 1 ) и [ Н 3

О

] ( 2 ) са съизмерими , за намиране на точната концентрация на [ Н 3

О

], се отчитат и Н 3

О

получени в резултат на автопротолизата на водата. Слабата киселина във воден разтвор не се дисоциира напълно (равновесие):

4. Полипротонни киселини

H

n

A + H

2

О Н

n−

A

+ H

3

О

K

a(1)

Н

n−

A

+ H

2

О Н

n−

A

+ H

3

О

K

a(2)

Н A

(n−1)−

+ H

2

О A

n −

+ H

3

О

K

a(n)

[H

3

O

] =

−K

a 2

K

a 4 2

• K a

. CH

n

+ A

H 2 S → K a = 9.6 × 10

- 8 K a = 1.3 × 10 - 14 H 2 CO 3 → K a = 4.5 × 10 - 7 K a = 4.7 × 10 - 11 H 3 PO 4 → Ka1 = 7.1 × 10 - 3 Ka2 = 6.3 × 10 - 8 Ka3 = 4.5 × 10 - 13 От стойностите на степенните константи на киселинност се вижда, че протолизата по първата степен протича в значително по - голяма степен, отколкото по втората (за H 2 S → K a 1 е 6 порядъка по - голяма от K a 2 ; за H 2 CO 3 → K a 1 е 4 порядъка по - голяма от K a 2 ; H 3 PO 4 → K a 1 е 5 порядъка по - голяма от K a 2 ). Протолизата по втората степен за H 3 PO 4 → също протича в значително по - голяма степен от протолизата по третата степен (K a 2 е 5 порядъка по - голяма от K a 3 ). Голямата разлика между K a 1 и K a 2 (и K a 3 ) позволява рН да се изчислява със задоволителна точност, като се използва само стойността на K a 1 (т. е. отчита се само протолизата по първата степен). Формулата, която се използва за изчисляване на рН на полипротонни киселини е следната:

I. СИЛНИ ОСНОВИ

1. Умерено разреден воден разтвор на силна основа

(с изходна концентрация C

B

Задача: Изчислете pH на разтвор на 0,08 M KOH. p О H = − lg [OH − ] = − lg C В Тъй като [OH − ] ( 1 )

>> [OH

− ] ( 2 )

пренебрегваме [OH − ] ( 2 ) получени в резултат на автопротолизата на водата Силната основа във воден разтвор се дисоциира напълно: C B

- Обща концентрация на основата NaOH KOH

B + H

2

О B Н

+ OH

!!! Решение: pOH = − lg ( 8. − 2 ) = 2 − lg 8 = 2 − 0 ,9 = 1 , 1 pH = 14 − pOH = 12,

2. Силно разредени силни основи

(с изходна концентрация C

В

−

M)

Задача: Изчислете pH на разтвор на 5. − М KOH. Решение: pOH = − lg (5. −

) = 8 − lg 5 = 8 − 0 ,7 = 7, 3 pH = 14 − 7,3 = 6,7 < 7 ???

B + H

2

О B Н

+ OH

H

2

О + H

2

О Н

3

О

+ ОН

[OH

]

(обща)

= [OH

]

(1)

+ [OH

]

( 2 ) Тъй като OH − и OH − са съизмерими , за намиране на точната концентрация на [OH − ], се отчитат и OH − получени в резултат на автопротолизата на водата. Разтвор на основа не може да има рН < 7 → при силно разреден р - р на основа трябва да се вземе предвид и конц. на OH − , които се получават в резултат на автопротолизата на водата (2).

C

B

• C B 2
• 4K W

[OH

] =

[ О H

− ] = 1,3. − M pOH = − lg (1,3. − ) = 7 − lg 1,3 = 7 − 0,1 = 6, pH = 14 − 6,9 = 7,1 > 7 Задача: Изчислете pH на разтвор на 5. − М KOH.

−

−

2

- 14

3. Слаби основи (с изходна концентрация C

В

B + H

2

О B Н

+ OH

H

2

О + H

2

О Н

3

О

+ ОН

автопротиза на водата C B

= [B] + [HB

] [OH − ] = K b

. C B

+ K

W

[B Н

]. [OH

− ]

К

b

[B]

K

w

=[ Н

3

О

]. [OH

− ]

[OH

− ] (обща) = [B Н

] + [ Н 3

О

] NH 4 OH C 6 H 5 NH 2 CH 3 NH 2 Тъй като [OH − ] ( 1 ) и [OH − ] ( 2 ) са съизмерими , за намиране на точната концентрация на [OH − ], се отчитат и OH − получени в резултат на автопротолизата на водата. Слабата основа във воден разтвор не се дисоциира напълно (равновесие):