Расчет рН сильных электролитов
Чтобы рассчитать рН сильных оснований (щелочей) и сильных кислот , следует помнить несколько основных положений : - к щелочам относятся основания , образованные металлами семействаs - элементов , кроме Mg и Ве , к сильным кислотам - такие как HCl , HNO3 , H2SO4 , HI , HClO4 , HBr и др. ; - диссоциация сильных электролитов - процесс необратимый : H2SO4 Þ 2H+ + SO4 2- то есть молекулы сильных электролитов практически полностью диссоциируют на ионы ( a = 1) ; - вследствие полной диссоциации сильных электролитов концентрация заряженных частиц в растворе достаточно велика , поэтому в расчетах вместо концентрации используют активность “а”, которая связана с концентрацией соотношением (1) (см. Введение) ; - коэффициент активности ионов gi в разбавленных растворах ( С < 0,1 моль/л ) является функцией ионной силы раствора I, которая равна полусумме произведений концентраций всех видов ионов в растворе на квадрат их заряда I = 1/2 å Ci Zi 2 (6) Зная величину I , можно по справочным таблицам найти коэффициенты активности ионов gi , а затем и их активность : a i = g i Ci .
Пример 5 . Рассчитайте рН 0,02 М раствора Н2SO4 . Решение . Запишем уравнение диссоциации серной кислоты : H2SO4 Þ 2 H+ + SO4 2- . Cогласно уравнению при полном распаде на ионы концентрация ионов SO42- составит 0,02 моль/л, а концентрация ионов Н+ - в 2 раза больше, то есть 0,04 моль/л . Для расчета рН следует определить активность ионов Н+ в данном растворе : а Н+= gH+СH+ . Коэффициент активности найдем по правилу ионной силы из табл. 2.. Ионная сила раствора :I = 1/2 ( 0,02 . 22 + 0,04 . 1 ) = 0,06 . В табл.2 имеются данные для gH+ при I= 0,05 и I= 0,1 . Коэффициент активности для I= 0,06 найдем методом интерполяции , допуская линейную зависимость g от I в данном интервале ( см. график ) . Итак , для I= 0,06 g = 0,872 . Искомое значение рН = - lg a H+ = - lg 0,872 . 0,04 = 1,46 . Ответ : рН = 1,46 .
Пример 6 . Рассчитайте , как изменится рН 0,05 М раствора NaOH при введении в него 0,05 моль/л KCl . Решение . При добавлении к раствору щелочи сильного электролита KСl молярная концентрация ионов ОН- не изменится . Однако резко возрастет ионная сила раствора , что приведет к уменьшению коэффициента активности ионов , снижению активности аOH-и , следовательно , к изменению рН . 1) Рассчитаем сначала рН раствора чистой щелочи . Согласно уравнению диссоциации NaOH Þ Na+ + OH-концентрация ионов ОН- равна 0,05 моль/л . Ионная сила данного раствора : I=1/2 ( 0,05 . 12 + 0,05 . 12 ) = 0,05 .В табл. 2 для однозарядных ионов находим коэффициент активности g = 0,85. Тогда аOH- = gOH-. СOH-= 0,85 . 0,05 = 0,043 и рОН = - lg aOH-= - lg 0,043 = 1,37 . pH =14 — 1,37 = 12,63 . 2) Теперь рассчитаем рН после добавления в раствор NaOH соли KСl. Хлористый калий диссоциирует нацело : KCl Þ K+ + Cl - и дает в раствор 0,05 моль/л ионов К+ и столько же ионов Сl - . Следовательно , ионная сила такого раствора с учетом всех видов ионов станет равной : I = 1/2 å Ci Zi 2 = 1/2 ( COH- . ZOH 2 + CNa+ . ZNa+ 2 + CCl- . ZCl -2 + CK+ . ZK+2 ) = 0,1. При такой ионной силе gOH- = 0,8 (см. табл.2 ) , рОН = - lg 0,8 . 0,05 = 1,4 . pH =14 — 1,4 = 12,6 . Ответ : рНуменьшится с 12,63 до 12,6 . Пример 7 .Рассчитайте концентрацию основания Ва(ОН)2 в растворе с рН=11,3 ; коэффициент активности gOH- = 0,965 . Решение . Ва(ОН)2 - щелочь , сильный электролит , диссоциирует полностью по уравнению : Ва(ОН)2 Þ Ва 2+ + 2 ОН - . 1) Определим сначала рОНраствора и активность ионов ОН - : рОН= 14 — 11,3 = 2,7 , откуда а OH-= 10-2,7 моль/л . · 2) Из соотношения аOH- = gOH-. СOH-находим концентрацию OH- - ионов : С OH- = 10 -2,7/ 0,965 = 0,002 моль/л . 3) Рассчитаем теперь концентрацию щелочи . Поскольку каждая молекула Ва(ОН)2 при диссоциации дает два иона ОН - , то С Ba(OH) = С OH- /2 = 0,002 /2 = 0,001 моль/л .
Таблица 2. ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|