Как найти ph водного раствора соли

рН в растворе гидролизующейся соли
определяется природой слабого электролита.
При гидролизе соли, образованной сильным
основанием и слабой кислотой, гидролизуется
анион слабой кислоты. В растворе
появляются ионы ОН^,
поэтому среда щелочная, рН > 7.

,
(2.17)

Если соль, образована слабым основанием
и сильной кислотой, то гидролизуется
катион слабого основания:

,
(2.18)

в растворе появляются ионы Н⁺,
поэтому среда кислая, рН < 7.

Гидролиз является обратимым процессом
и имеет ступенчатый характер.
Термодинамической характеристикой
гидролиза является его константа
равновесия – константа гидролиза.

Константу гидролиза проще всего вычислить
через значение константы диссоциации
слабого электролита по уравнению:

,

(2.19)

Первой константе гидролиза соответствует
последняя константа диссоциации,
последней константе гидролиза – первая
константа диссоциации, в чем нетрудно
убедиться, сравнивая состав (по кислотным
остаткам) реакций диссоциации и гидролиза
для фосфорной кислоты:

Обычно константа гидролиза по второй
ступени во много раз меньше, чем по
первой. По третьей ступени константа
диссоциации еще во столько же раз ниже.
Поэтому при расчетах рН обычно учитывают
только первую ступень гидролиза,
пренебрегая последующими его ступенями.
Ионная сила раствора гидролизующейся
соли в этом случае может быть вычислена
без учета реакции гидролиза по концентрации
соли.

В случае гидролиза по аниону (2.17) константа
равновесия запишется следующим образом:

(2.24)

где
– произведение коэффициентов активности.

Концентрация ионов
вычисляется по уравнению:

,

(2.25)

где С_i– моляльная
концентрация гидролизующегося иона.

При гидролизе по катиону (2.18) константа
равновесия запишется следующим образом:

(2.26)

где
– произведение коэффициентов активности.

Концентрация катионов водорода
вычисляется по уравнению:

.

(2.27)

Пример 14.

Вычислить рН раствора сульфата аммония
концентрацией 3 % при 25°С;
.

Решение. 1. Вычислить моляльную
концентрацию сульфата аммония

2. Вычислить ионную силу раствора,
используя концентрацию соли

3. Составить ионное уравнение гидролиза
сульфата аммония:

4. Составить уравнение константы гидролиза

и.

5. Вычислить константу гидролиза

6. Вычислить концентрацию катионов
водорода

7. Рассчитать коэффициент активности
катионов водорода

8. Вычислить рН раствора

2.3.3. Расчет равновесного ионно-молекулярного состава гидролизующейся соли

Для детального исследования и
математического моделирования гидролиза
необходим расчет равновесного
ионно-молекулярного состава раствора
гидролизующейся соли. Равновесный
состав рассчитывается при решении
системы уравнений, состоящей из уравнений
констант гидролиза по всем ступеням,
уравнений баланса масс, баланса зарядов,
расчета ионной силы раствора и
коэффициентов активности. Для соли,
гидролизующейся по аниону по двум
ступеням состава Me₂Anтакая система уравнений будет выглядеть
следующим образом.

Уравнения гидролиза аниона соли и их
константы:

уравнение баланса масс

уравнение баланса зарядов:

уравнение расчета ионной силы раствора:

уравнения расчета коэффициентов
активности:

,

,

уравнение расчета произведения
коэффициентов активности

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Перейти к содержанию

Как правильно рассчитать рН раствора соли, кислоты и щелочи

Вычисление рН раствора соли CuCl₂

Задача 148.
Вычислить рН, 0,1М раствора CuCl₂ (гидролиз по первой ступени). K1[Cu(OH₂)] = 3,4•10^-7.
Решение:
Гидролиз соли протекает по уравнению: 
Cu²⁺ + HOH  CuOH⁺ + H⁺;
CuCl₂ + H₂O = (CuOH)Cl + HCl.
h = [(3,4•10^-7)/0,1]1/2 = 1,84•10^-3;
[H⁺] = h^.C_M = (1,84•10^-3) • 0,1 = 1,84•10-4 моль/л;
рН = -lg[H⁺] = -lg1,84•10-4 = 4 — 0,26 = 3,74.
 

Вычисление рН раствора КОН

Задача 149.
Рассчитать pН раствора KOH с массовой долей = 0,6%.
Решение:
M(KOH) = 56 г/моль.
1. Рассчитаем массу КОН, получим:

100 —   0,6
1000 —-х
х = (1000 • 0Б)/100 = 6 г.

2. Рассчитаем количество КОН, получим:

n(KOH) = m(KOH)/M(KOH) = 6/56 = 0,107 моль.

3. Рассчитаем концентрацию гидрокид ионов, получим:

[OH^—] = n(KOH) = 0,107 г/моль.
4. Рассчитаем рОН, получим:
pOH = -lg[OH-] = -lg0,107 = 1 — 0,03 = 0,97.

5. Рассчитаем рН, получим:

pOH + pH = 14; 
pH = 14 – pOH = 14 – 0,97 = 13,03. 

Ответ: рН = 13,03.
 

Расчет рН раствора соляной кислоты

Задача 150.
Определите pH 0,05 Н раствора соляной кислоты, с учётом влияния ионной силы раствора.
Решение:
Без учета активности ион Н⁺ рН = -lg0,05 = 2 — lg5,0 = 1,3.

А с учетом активности иона Н⁺, получим:

Для 1–1 валентного электролита HCl

I = 0,5[C(H⁺)•1/2 + C(Cl^–)•12] = 0,05 моль/л.

Активность концентрации иона в растворе электролита пропорциональна его концентрации C_M, моль/л: 

a(H+) = fC_M,

где f — коэффициент активности иона.

Значение коэффициента рассчитаем по формуле Гюнтельберга:

lgf = [-h•Z(+)2•I(1/2)]/[1 + I(1/2)], где

h — константа, зависящая от диэлектрической проницаемости раствора e и температуры Т; Z(+) — заряд катиона; I — ионная сила раствора. Здесь I(1/2) — это корень квадратный из значения ионной силы раствора, I.

Коэффициент пропорциональности h при н.у. равен 0,512.

Тогда

[-0,512•0,05(1/2)]/[1 + 0,05(1/2)] = (-0,512•0,2236)/(1 + 0,2236) = -0,1027;
f = lg-0,1027 = 0,79.

Отсюда

a(H⁺) = fC_M = 0,79 •0,05 = 0,0395 моль/л;
рН = -lg0,0395 = 2 — lg3,95 = 1,6.

Ответ: рН = 1,6, а не 1,3.
 

Расчет рН раствора серной кислоты

Задача 151.
Рассчитайте pH 0,1М раствора H₂SO₄ (Ka₂=1,02•10^-2).
Решение:
Уравнения ступеньчатой диссоциации кислоты:

H₂SO₄  = H⁺ + HSO₄^–;
HSO₄^– = H⁺ + SO₄2^–;
Ка₂ = 1,02·10^—2.

Допустим, что на первой ступени кислота с концентрацией с моль/л образует с моль/л ионов H⁺ и с моль/л HSO₄^–. Ионы HSO₄^– диссоциируя далее, дадут х моль/л ионов водорода и х моль/л ионов SO₄^2–. Учитывая это, получим выражения для концентраций ионов в растворе кислоты:

[H⁺] = (c + х);
[HSO₄^–] = (c — x);
[SO4(2-)] = х.

Тогда

Ка₂ = {[H⁺][SO₄^2–]}/[HSO₄^–]

Следовательно

1,02•10^-2 = (c — x)/[(c + x)x], и при с = 10^-2;
1,02•10^-2(c — x)  = [(c + x)x];
0,0102•0,01 +  0,0102х  = 0,01х + x²;
х² + 0,0202х — 0,000102 = 0. 
х² + 0,0202х — 0,000102 = 0, где
а — 1; b = 0,0202; с = -0,000102;
D = b² — 4ac = (0,0202)₂ — 4•1•(-0,000102) = 0,00040804 + 0,000408 = 0,00081604; 
D > 0. Корень квадратный из 0,00081604 равен 0,0286, значит, решая уравнения, получим два значения х:

x₁ = (-0,0202 + 0,0286)/(2 • 1) = 0,0042;
х₂ = (-0,0202 — 0,0286)/(2 • 1) = -0,0244.

За значение «х» принимаем положительное число, т.е. х = 0,0042.
Следовательно,

[H⁺] = (с + х) = 0,01 + 0,0042 = 0,0142 моль/л.  
pH = -lg[H⁺] = -lg0,0142 = -lg1,42 • 10^-2 = 2 — lg1,42 = 2 — 0,15 = 1,85.

Ответ: рН = 1,85.