Изчисляване на pH за познаване на киселинността и основността на разтвора

pH = – log [H ₃ O ⁺ ]

За силна киселина, като солна киселина (HCl), с моларност 0,02 M или mol/L, концентрацията на хидрониеви йони ще бъде същата като тази на киселината, тъй като тя е напълно йонизирана, както е показано в следното уравнение.

HCl -> H ₃ O ⁺ + Cl ^–

Следователно pH може да се изчисли:

pH = – log [H ₃ O ⁺ ] = – log [0,02] = 1,69

За слаба киселина, като оцетна киселина (CH3COOH ₎ и повечето органични киселини, концентрацията на киселината не съвпада с тази на хидрониеви йони, тъй като киселината е частично дисоциирана, което дава равновесие. Следователно е необходимо да се знае както концентрацията на киселината, така и степента на дисоциация, за да се знае рН на разтвора.

Така, например, за слаба киселина, като оцетната, с концентрация 0,02 М и степен на дисоциация 5%, концентрацията на хидрониеви йони и следователно рН може да се изчисли, както следва:

pH = – log [H ₃ O ⁺ ] = – log [ C алфа ] = – log (0,02 (5/100)) = 3

Изчисляване на концентрацията на хидрониеви йони от pH

Концентрацията на хидрониеви йони може да се изчисли от рН, като се направи математическа операция, обратна на тази, използвана за изчисляване на рН:

pH = – log [H ₃ O ⁺ ]

[H ₃ O ⁺ ] = 10  ^–pH

Ето защо, за pH = 6,3; концентрацията на хидрониеви йони ще бъде:

6.3 = – log [H ₃ O ⁺ ]

– 6,3 = log [H ₃ O ⁺ ]

[H ₃ O ⁺ ] = 10 ^{– 6,3} = 5 011,10 ^-7

pOH изчисляване

За да се знае pOH , тоест степента на основност на воден разтвор , е необходимо да се знае концентрацията на хидроксидни йони в разтвор на силна основа или концентрацията на слаба основа заедно със степента й на дисоциация. Следвайки като пример това, което беше направено с концентрацията на хидрониеви аниони, за силна основа като натриев хидроксид (NaOH) с концентрация 0,02 М може да се каже, че:

pOH = – log [OH ^– ]

pOH = –log [0,02] = 1,69

Съотношението на pOH към pH е равно на:

pH + pOH = 14

pH + 1,69 = 14

pH = 14 – 1,69 = 12,21

Възможно е също така да се изчисли концентрацията на хидроксидните йони от стойността на рОН, като например за стойност на рОН от 2,56:

2,56 = – log [OH ^– ]

– 2,56 = log [OH ^– ]

[OH ^– ] = 10 ^-2,56 = 2,75,10 ^-3 М

Практически примери

Пример 1 . Изчислете рН за разтвор, чиято концентрация на хидрониеви аниони е [H ₃ O ⁺ ] = 1.4.10  ^-5  М.

Решение

pH = -log [H ₃ O ⁺ ]
pH = -log [1.4.10  ^-5 ]
pH = 4,85

Пример 2 . Изчислете концентрацията на [H ₃ O ⁺ ] от pH 8,5.

Решение

[H ₃ O ⁺ ] = 10  ^-pH
[H ₃ O ⁺ ] = 10  ^-8,5
[H ₃ O ⁺ ] = 3.2.10  ^-9  M

Пример 3 . Изчислете pH на разтвор, ако концентрацията на H ₃ O ⁺ е 0,0001 мола на литър.

Решение

pH = –log(0,0001) = 4

Пример 4 . Намерете рН на 0,03 М разтвор на солна киселина, HCl.

Солната киселина е силна киселина, която се разпада в моларно съотношение 1:1 на хидрониеви йони и хлоридни аниони. Следователно концентрацията на хидрониеви йони е точно същата като концентрацията на киселинния разтвор.

Отговор

[H3O ₊ ] = 0.03 ^М

pH = – log (0,03)
pH = 1,5

Когато извършвате изчисления за изчисляване на pH, винаги трябва да проверявате дали вашите отговори имат смисъл. Една киселина трябва да има рН много по-ниско от 7 (обикновено 1-3), докато основата има висока стойност на рН (обикновено около 11-13). Въпреки че на теория е възможно да се изчисли отрицателно рН, на практика стойностите на рН трябва да са между 0 и 14. Това означава, че рН, по-голямо от 14, показва, че трябва да е възникнала някаква грешка.

Източници

• Изчисляване_pH и pOH. (2021 г.). Извлечено на 17 март 2021 г. от https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Equilibrium/Calculating_pHandpOH.htm