21.10: Розрахунок рН кислот і підстав

Last updated
Save as PDF

Page ID: 19422

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Це не рідкість, щоб побачити тропічний акваріум в будинках або на підприємствах. Ці яскраво забарвлені істоти розслабляються, щоб спостерігати, але вимагають певної кількості обслуговування для того, щоб вони вижили. Водопровідна вода зазвичай занадто лужна, коли вона виходить з крана, тому потрібно внести деякі коригування. РН води буде змінюватися з часом, поки вона знаходиться в резервуарі, а це означає, що її потрібно перевіряти так часто. Будь-який доглядач акваріума має шанс бути хіміком для своєї риби!

Розрахунок рН кислот і підстав

Розрахунок рН простий, коли є\(1 \times 10^\text{power}\) проблема. Однак в реальному житті така ситуація трапляється рідко. Якщо коефіцієнт не дорівнює 1, необхідно скористатися калькулятором для пошуку рН. Наприклад, рН розчину з\(\left[ \ce{H^+} \right] = 2.3 \times 10^{-5} \: \text{M}\) можна знайти, як показано нижче.

\[\text{pH} = -\text{log} \left[ 2.3 \times 10^{-5} \right] = 4.64\nonumber \]

Коли відомий рН розчину, можна розрахувати концентрацію іона водню. Зворотний логарифм (або антилог) є\(10^x\) ключем на калькуляторі.

\[\left[ \ce{H^+} \right] = 10^{-\text{pH}}\nonumber \]

Наприклад, припустимо, що у вас розчин з рН 9,14. Для пошуку\(\left[ \ce{H^+} \right]\) використовуйте\(10^x\) ключ.

\[\left[ \ce{H^+} \right] = 10^{-\text{pH}} = 10^{-9.14} = 7.24 \times 10^{-10} \: \text{M}\nonumber \]

Гідроксид концентрація іонів і рН

Як ми бачили раніше, концентрація гідроксид-іонів будь-якого водного розчину пов'язана з концентрацією іонів водню через значення\(K_\text{w}\). Ми можемо використовувати цю залежність для обчислення рН розчину основи.

Приклад\(\PageIndex{1}\)

Гідроксид натрію є міцною основою. Знайдіть рН розчину, приготованого шляхом\(1.0 \: \text{g}\) розчинення\(\ce{NaOH}\) в достатній кількості води, щоб зробити\(1.0 \: \text{L}\) розчин.

Рішення

Крок 1: Перерахуйте відомі значення та плануйте проблему.

Відомий

Маса\(\ce{NaOH} = 1.0 \: \text{g}\)
Молярна маса\(\ce{NaOH} = 40.00 \: \text{g/mol}\)
Об'ємне рішення\(= 1.0 \: \text{L}\)
\(K_\text{w} = 1.0 \times 10^{-14}\)

Невідомий

Спочатку перетворіть масу\(\ce{NaOH}\) в родимки. По-друге, розрахуйте молярність\(\ce{NaOH}\) розчину. Оскільки\(\ce{NaOH}\) є міцною основою і розчинний, то\(\left[ \ce{OH^-} \right]\) буде дорівнює концентрації\(\ce{NaOH}\). По-третє, використовуйте\(K_\text{w}\) для розрахунку\(\left[ \ce{H^+} \right]\) в розчині. В останню чергу обчисліть рН.

Крок 2: Вирішіть.

\[\begin{align*} &1.00 \: \cancel{\text{g} \: \ce{NaOH}} \times \frac{1 \: \text{mol} \: \ce{NaOH}}{40.00 \: \cancel{\text{g} \: \ce{NaOH}}} = 0.025 \: \text{mol} \: \ce{NaOH} \\ &\text{Molarity} = \frac{0.025 \: \text{mol} \: \ce{NaOH}}{1.00 \: \text{L}} = 0.025 \: \text{M} \: \ce{NaOH} = 0.025 \: \text{M} \: \ce{OH^-} \\ &\left[ \ce{H^+} \right] = \frac{K_\text{w}}{\left[ \ce{OH^-} \right]} = \frac{1.0 \times 10^{-14}}{0.025 \: \text{M}} = 4.0 \times 10^{-13} \: \text{M} \\ &\text{pH} = -\text{log} \left[ \ce{H^+} \right] = -\text{log} \left( 4.0 \times 10^{-13} \right) = 12.40 \end{align*}\]

Крок 3: Подумайте про свій результат.

Розчин є основним і тому його рН більше 7. Повідомлений рН округляється до двох знаків після коми, оскільки початкова маса та об'єм мають дві значні цифри.