Расчет рН, рОН растворов слабых кислот и оснований

В растворах слабых электролитов (кислот, оснований) процесс диссоциации протекает неполностью, обратимо и характеризуется константой диссоциации. Так, для процесса диссоциации слабой кислоты HCN

HCN↔ H⁺ + CN^-

константа диссоциации К_дис равна:

(24)

[H⁺],[CN^-],[HCN] – равновесные концентрации катионов, анионов и молекул кислоты в растворе, моль/л.

К_дис и степень диссоциации (α) разбавленных растворов слабых электролитов связаны соотношением (закон разбавления Оствальда):

К_дис= с∙α² (25)

Концентрация Н⁺- ионов в растворе слабой кислоты определяется по формуле (18):

[H⁺]= c(B)∙α∙N_H⁺, где

c(B) – молярная концентрация кислоты, моль/л;

α – степень диссоциации, определяемая с учетом К_дис по формуле (25).

N_H⁺- число ионов Н⁺, образующихся при диссоциации кислоты по первой ступени.

Кислотность среды водного раствора кислоты характеризуют водородным показателем рН, который рассчитывают по формуле (19):

pH= -lg[H⁺]

Концентрация ОН^- ионов в растворах слабых оснований определяется по формуле (21):

[OH^-]= c(B)∙α∙N_OH^-, где

c(B) – молярная концентрация основания, моль/л;

α – степень диссоциации слабого основания, определяемая с учетом К_дис по формуле (25).

N_OH^- - число ионов ОН^-, образующихся при диссоциации основания по первой ступени.

Щелочную реакцию среды водного раствора основания характеризуют гидроксильным показателем рОН, определяемым по формуле (22):

рОН= -lg[OH^-]

Пример 19. В 3л раствора содержится 12г СН₃СООН.

. Определите α(СН₃СООН), концентрацию [Н⁺] и pH раствора.

Решение. СН₃СООН – слабый электролит. При ее диссоциации устанавливается равновесие:

СН₃СООН Н⁺ + СН₃СОО^-, N_H⁺=1.

1. Определим с(CH₃COOH):

моль/л;

2.Определим α:

;

3. Определим концентрацию [H⁺] по формуле (18):

[H⁺] = с∙α∙N_H⁺ = моль/л;

4. рН = -lg[H⁺] =

Пример 20. Определите концентрацию гидроксид-ионов и рОН в 0,1М растворе Н₂СО₃, К_дI(H₂CO₃)=

Решение. Н₂СО₃ – слабая многоосновная кислота. Концентрация ионов Н⁺ в растворе определяется процессом диссоциации кислоты по первой ступени:

I ступень: Н₂СО_{3 ;} N_H⁺=1;

1. Определим a:

2. Определим [H⁺]

моль/л

3. Определим концентрацию [OH^–] по формуле (17):

моль/л;

4.

Пример 22. Определите α(NH₄OH), концентрацию [H⁺], pH и pOH 0,01М раствора NH₄OH, К_Д(NH₄OH)=1,77 .

Решение. NH₄OH – слабый электролит, уравнение диссоциации: ; N_OH^_ =1.

1. Рассчитаем a:

;

2. Рассчитаем концентрацию [OH^-]:

моль/л;

3. Рассчитаем концентрацию [H⁺] по формуле (17):

моль/л;

4. ;

5. .