Как найти концентрацию ионов водорода кислоты

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

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #

  10.02.20161.72 Mб14referat_turbaza.docx

• #
• #
• #
• #
• #
• #

Как правильно рассчитать концентрацию ионов водорода и рН в растворе серной кислоты

Задача 101. 
Вычислите [Н⁺] и рН 0,01 М и 0,05 Н растворов Н₂SO₄. 
Решение:
C_M(Н₂SO₄) = 0,01 М;
C_H(Н₂SO₄) = 0,05 М;
a) Вычисление [Н⁺] и рН 0,01 М раствора Н₂SO₄

Так как Н₂SO₄ двухосновная кислота и является сильным электролитом, то концентрация ионов водорода будет равна удвоенному значению ее молярности.

[Н⁺] = 2С_М(Н₂SO₄) = (2 · 0,01) = 2 · 10^-2 моль/дм³;
рН = -lg[Н⁺] = -lg2 · 10^-2 = 2 —  lg2 = 2 — 0,30 = 1,70.

б) Вычисление [Н⁺] и рН 0,05 Н раствора Н₂SO₄

Так как Н₂SO₄ двухосновная кислота и является сильным электролитом, то концентрация ионов водорода будет равна ее нормальности.

[Н⁺] = С_Н(Н₂SO₄) = (1 · 0,05) = 5 · 10^-2 моль/дм³;
рН = -lg[Н⁺] = -lg5 · 10^-2 = 2 —  lg5 = 2 — 0,70 = 1,30.

Ответ: а) [Н⁺] = 2 · 10^–2 моль/дм³; рН = 1,70; б) [Н+] = 5 · 10^–2 моль/дм³; рН = 1,30. 
 

---

Задача 102. 
Вычислите [Н⁺] и рН раствора Н₂SO₄ с массовой долей кислоты 0,5% (р = 1,00 г/см³). 
Решение:
М(Н₂SO₄) = 98 г/моль;
w% = 0,5% или 0,005;
р = 1,00 г/см³.

1. Рассчитаем молярность раствора кислоты

C_M(Н₂SO₄) = (w% · p · 1000)/М(Н₂SO₄) = (0,005 · 1,00 г/см³ · 1000 cм³)/98 г/моль = 0,05 M.

Так как Н₂SO₄ двухосновная кислота и является сильным электролитом, то концентрация ионов водорода будет равна удвоенному значению ее молярности.

[Н⁺] = 2С_М(Н₂SO₄) = (2 · 0,05) = 1 · 10^-1 моль/дм3;
рН = -lg[Н⁺] = -lg1 · 10^-1 = 1 —  lg2 = 1 — 0,00 = 1,00.

Ответ: [Н⁺] = 0,1 моль/дм³;рН =  1,00. 

---

Задача 103. 
Вычислите [Н⁺] и рН 0,5 М раствора гидроксида аммония. 
Решение:
К_D(NH₄OH) =  1,76 · 10^–5;
C_M(NH₄OH) =  0,5 М.

Схема диссоциации NH₄OH: 

NH₄OH ⇔ NН₄⁺ + OH^–  

Поскольку К_D(NH₄OH) << C_M(NH₄OH) так как (1,76 · 10_–5) << 0,5, то можно считать, что равновесная концентрация недиссоциированного основания равна его общей концентрации:  С_М(NH₄OH) = 0,5 моль/дм³. 

Для слабых оснований [H⁺] вычисляют по формуле:

рН = -lg[Н⁺] = -lg3,37 · 10^-12 = 12 —  lg3,37 = 12 — 0,53 = 11,47.

Ответ:  [Н⁺] = 3,37 · 10^–12 моль/дм³;рН = 11,47. 

---

Hydrogen ion concentration tells us how acidic or basic any given solution is. More hydrogen ions? More acidic. Fewer hydrogen ions? More basic. Pretty simple, right? Let’s take a look at how to define and calculate hydrogen ion concentration. First, you’ll see how you get hydrogen ions and hydroxide ions in water.

Self-Ionization of Water

Water self-ionizes to a small extent:

This is a simplification, as free hydrogen ions don’t actually exist in solution. This is what it actually looks like:

Through hydrogen bonding, the hydrogen ion associates with a water molecule to create H₃O⁺, or hydronium. Thus when you calculate the hydrogen ion concentration, you are also calculating the hydronium ion concentration.

For water, the water ion product or K_w tells us the concentration of H⁺ or H₃O⁺ and the concentration of OH^— or hydroxide ions.

At 25 degrees Celsius, the experimentally determined value of K_W is 1.0 x 10^-14 M².

Let’s take a look at how you can use your knowledge of dissociation and K_W to calculate the hydrogen ion concentration for either strong acids or bases.

Calculating the Hydrogen Ion Concentration From Molarity of a Strong Acid

A strong acid increases the hydrogen ion concentration over hydroxide ions present.

An example is HCl:

Since HCl is a strong acid, it dissociates completely in water. So, let’s say that you have a 1.5M HCl solution. What is the hydrogen ion concentration?

Well, this is pretty simple and doesn’t even require any math! Since the acid dissociates completely the hydrogen ion concentration is the same as the molarity of the solution. In this case that means the concentration of hydrogen ions, or [H⁺], is 1.5M.

A strong base, on the other hand, has more hydroxide ions than hydrogen ions. Let’s say that you have a 0.1M solution of NaOH. What is the concentration of H⁺ in this case? Now, you’re going to need to use your knowledge of K_W.

You know that since this strong base dissociates completely, the hydroxide, or OH-, concentration is equal to the molarity of the solution. [OH-] = 0.1 M.

So,

Solving for [H+] you get:

This makes sense! Since it is a basic solution there are way more hydroxide ions than there are hydrogen ions.

Calculating the Hydrogen Ion Concentration From pH

Now, dealing with scientific notation all the time to discuss hydrogen ion concentration is a little cumbersome. Instead, scientists use the pH scale.

Here is the definition of pH:

pH is the negative log of the hydrogen concentration. The letter p literally means negative log.

So, given a pH value of 5.5 you can find the hydrogen ion concentration:

Diving by negative one and taking the inverse log gives you:

Solving, you get:

The hydrogen ion concentration of a solution with pH = 5.5 is 3.2*10^-6M. See, this is why talking about a pH is much easier than the whole long number you got for an answer! A pH of 5.5 tells you about acidity, and you can calculate the molarity if you need it.

What Do pKa Values Mean?

While calculating the concentration of hydrogen ions of strong acids is easy enough since they dissociate completely in solution, calculating the concentration of hydrogen ions in weak acids is just a little trickier. These acids do not completely ionize in water. Each acid has a tendency to lose a hydrogen ion in an aqueous solution. A stronger acid is more likely to lose its hydrogen ion than a weak acid.

Equilibrium constants for ionization reactions are calls acid dissociation constants (K_a). Stronger acids have a higher K_a while weaker acids have a lower K_a. Now, just as with hydrogen ion concentration, where you made the switch to pH instead of just H, scientists use pK_a to indicate how strong or weak an acid is. With a higher tendency to lose a proton, the acid is stronger, and so the pK_a is smaller.

pH раствора 4,4. Определить концентрацию ионов водорода в этом растворе.

Решение задачи

Перед решением данной задачи хочу напомнить, водородный показатель (pH) раствора численно равен десятичному логарифму концентрации ионов водорода в этом растворе.

Пусть искомая концентрация . Тогда, учитывая, что pH раствора 4,4, найдем концентрацию ионов водорода в этом растворе:

Таким образом,концентрация ионов водорода в растворе равна 4 ∙ 10^-5 моль/л.

Ответ: концентрация ионов водорода = 4 ∙ 10^-5 моль/л.