PH ของสารละลายคือ 5.0 × 10 2 M ใน H2CO3 คืออะไร

ตอบ:

ดูด้านล่าง:

คำเตือน: คำตอบยาว!

คำอธิบาย:

# H_2CO_3 #หรือกรดคาร์บอนิกเป็นกรดอ่อนที่เกิดจากคาร์บอนไดออกไซด์ทำปฏิกิริยากับน้ำ

# CO_2 (g) + H_2O (l) rightleftharpoons H_2CO_3 (aq) #

การเป็นกรดอ่อนจะแยกตัวออกจากน้ำบางส่วนและมีค่าคงที่การแตกตัว # K_a #ของ # 4.3 ครั้ง 10 ^ -7 # ตามตารางนี้ จริง ๆ แล้วกรดคาร์บอนิกนั้นเป็นแบบดิพปิคซึ่งหมายความว่ามันสามารถแยกตัวได้สองครั้งดังนั้นเราจึงมีวินาที # K_a # ค่าสำหรับความร้าวฉานที่สอง: # K_a = 4.8 ครั้ง 10 ^ -11 #. ซึ่งก็จะมีส่วนช่วยในการ # # ค่า pH. (แม้ว่าจะมีขนาดเล็กกว่าความร้าวฉานแรก)

ให้ตั้งค่าสมการการแยกส่วนสำหรับ # K_a # ของการแยกตัวครั้งแรก:

# K_a = (H_3O ^ + ครั้ง HCO_3 ^ (-)) / (H_2CO_3) #

ทีนี้มาดูค่าของเราสำหรับความเข้มข้นของกรดคาร์บอนิกพร้อมกับ # K_a # ราคา.

# 4.3 ครั้ง 10 ^ -7 = (H_3O ^ + ครั้ง HCO_3 ^ (-)) / (5.0 ครั้ง 10 ^ -2) #

# 2.15 ครั้ง 10 ^ -8 = (H_3O ^ + ครั้ง HCO_3 ^ (-)) #

ทีนี้เราสามารถสรุปได้ว่า # H_3O ^ + = HCO_3 ^ (-) # ตามที่มีอยู่ในอัตราส่วน 1: 1 ในโซลูชัน สิ่งนี้ทำให้สามารถนำสแควร์รูทออกจากนิพจน์ # (H_3O ^ + ครั้ง HCO_3 ^ (-)) # เพื่อค้นหาความเข้มข้นที่เกี่ยวข้อง:

#sqrt (2.15 ครั้ง 10 ^ -8) ประมาณ (1.47 ครั้ง 10 ^ -4) = (H_3O ^ + = HCO_3 ^ (-)) #

ในการแยกตัวครั้งที่สอง # HCO_3 ^ (-) # ไอออนจะทำหน้าที่เป็นกรดและดังนั้นความเข้มข้นของสปีชีส์นี้ซึ่งเราพบในการแยกตัวครั้งแรกจะเป็นค่าของตัวส่วนในใหม่ # K_a # การแสดงออก:

# K_a = (H_3O ^ + ครั้ง CO_3 ^ (2 -)) / (HCO_3 ^ -) #

# 4.8 ครั้ง 10 ^ -11 = (H_3O ^ + ครั้ง CO_3 ^ (2 -)) / (1.47 ครั้ง 10 ^ -4) #

#approx 7.04 ครั้ง 10 ^ -15 = H_3O ^ + ครั้ง CO_3 ^ (2 -) #

#sqrt (7.04 ครั้ง 10 ^ -15) ประมาณ 8.39 ครั้ง 10 ^ -8 = H_3O ^ + = CO_3 ^ (2 -) #

ดังนั้นความเข้มข้นของออกซีเนียมไอออน # H_3O ^ + #ซึ่งเป็นตัวกำหนด # # ค่า pHประมาณ # (1.47 คูณ 10 ^ -4) + (8.39 คูณ 10 ^ -8) ประมาณ 1.47 คูณ 10 ^ -4 #.

กล่าวอีกนัยหนึ่งการแยกส่วนที่สองมีขนาดเล็กมากจนถือว่าไม่สำคัญ - แต่ขอให้ละเอียด

ตอนนี้ใช้สมการเพื่อหา # # ค่า pH เราสามารถคำนวณ # # ค่า pH ของการแก้ปัญหานี้

# ค่า pH = -log H_3O ^ + #

# pH = -log 1.47 คูณ 10 ^ -4 #

#pH ประมาณ 3.83 #