Расчеты pH с использованием слабых кислот

Нужна помощь в подготовке к разделу «Общая химия» экзамена MCAT? Эксперт MedSchoolCoach Кен Тао научит вас всему, что нужно знать о расчёте pH слабых кислот. Посмотрите это видео, чтобы получить все советы по подготовке к MCAT, необходимые для успешной сдачи этого раздела экзамена!

Слабые кислоты — это слабые электролиты, лишь частично диссоциирующие в водном растворе. Зная это, мы не можем предполагать, что концентрация слабой кислоты равна концентрации иона гидроксония в кислом растворе. Расчёт pH слабокислых растворов сложнее, чем расчёт pH сильных кислот, и требует интерпретации кислотно-основных равновесий.

Слабые кислоты

Слабые кислоты диссоциируют в разной степени в зависимости от природы слабой кислоты. Чтобы дать вам представление о силе кислоты, MCAT предоставит вам Ka или pKa кислоты. Зная концентрацию слабой кислоты и Ka кислоты, мы можем использовать таблицу ICE для составления уравнения равновесия и решения для определения концентрации иона гидроксония. Дано: раствор уксусной кислоты концентрацией 5 x 10⁻⁶ M, имеющий Ka 1,8 x 10⁻⁶. Каков pH этого раствора?

Таблица ICE содержит начальные и конечные концентрации соединений, участвующих в кислотно-основной реакции. Чтобы настроить таблицу ICE, необходимо создать столбец для каждого реагента и каждого продукта, а также три строки, в которых будут отслеживаться концентрации соединений от начала до конца реакции. Учитывая равновесия между уксусной кислотой и ацетатом, мы можем начать строить горизонтальные и вертикальные метки таблицы ICE. Далее нам нужно указать концентрации соединений в начале и в конце реакции. На данный момент нам известна только концентрация уксусной кислоты, поэтому мы можем записать начальную концентрацию уксусной кислоты как [CH₂COOH] – известное значение. Исходя из нашей реакции, на каждый моль ионизующейся уксусной кислоты образуется один моль ацетата и один моль иона водорода. В нашей таблице ICE мы можем представить это утверждение в строке «изменение», которая представляет собой изменение концентрации соединений от начала до конца реакции. Поскольку изменение концентрации уксусной кислоты равно и противоположно изменению концентрации ацетата и иона водорода, мы можем сказать, что на каждые «X» моль разложившейся уксусной кислоты образуется «X» моль ацетата и иона водорода. Строка равновесия показывает концентрацию соединений после достижения равновесия. В данном случае реакция началась с ацетата с концентрацией [CH₂COOH], поэтому конечная концентрация уксусной кислоты будет равна «[CH₂COOH] – X». Поскольку разлагается X моль уксусной кислоты, образуется X моль ацетата и иона водорода. Все эти значения записаны в таблице ICE ниже.

Строка «равновесие» в таблице ICE обозначает концентрации продуктов и реагентов в равновесных состояниях реакции. Напомним, что соотношение продуктов и реагентов равно Ka реакции, которое нам было предоставлено. Следовательно, мы можем установить Ka реакции равным отношению продуктов к реагентам для данной реакции и подставить концентрации каждого соединения, указанные в строке равновесия таблицы ICE. Поскольку нас интересует pH раствора, нас интересует концентрация ионов водорода в состоянии равновесия, определяемая как X. Зная это, мы можем решить наше уравнение относительно X. При этом мы замечаем, что X можно выразить через известные величины Ka и [CH3COOH]. Подставляя эти значения, мы получаем, что X = 3 x 10⁻⁴, что соответствует концентрации ионов водорода в растворе.

Чтобы найти pH раствора, мы можем взять отрицательный логарифм концентрации ионов водорода. Однако, учитывая сложность ручного вычисления -log[3 x 10-4], мы можем оценить значение pH как значение между -log[1 x 10-4], что равно 3, и -log[10 x 10-4], что равно 4. Таким образом, pH можно выразить как 3 меньше, чем pH меньше 4.

Существует упрощённый способ расчёта pH слабокислого или основного раствора. Все шаги расчёта pH этого слабокислого раствора можно упростить до одного выражения ниже. Если вам известны Ka и начальная концентрация слабой кислоты, можно использовать упрощённое уравнение. Все шаги расчёта pH слабокислого раствора аналогичны шагам расчёта pOH слабоосновного раствора. Следовательно, тот же упрощённый способ можно использовать для нахождения pOH основного раствора, хотя и со значениями Kb и концентрации слабого основания.

MEDSCHOOLCOACH

Чтобы посмотреть больше подобных видеоуроков по MCAT и получить доступ к планированию занятий, отслеживанию прогресса, карточкам и банку вопросов, скачайте MCAT Prep от MedSchoolCoach.

Ссылка на iOS: https://play.google.com/store/apps/de...

Ссылка на Apple: https://apps.apple.com/us/app/mcat-pr...

#medschoolcoach #MCATprep #MCATstudytools