Hvad er pH for en opløsning, der er 5,0 × 10-2 M i H2CO3?

Hvad er pH for en opløsning, der er 5,0 × 10-2 M i H2CO3?
Anonim

Svar:

Se nedenunder:

Advarsel: Langt svar!

Forklaring:

# H_2CO_3 #, eller kulsyre, er en svag syre dannet ud fra kuldioxid, der reagerer med vand.

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

At være en svag syre, vil den kun delvis dissociere i vand og har en dissociationskonstant, # K_a #, af # 4,3 gange 10 ^ -7 # ifølge denne tabel. Virkelig er kulsyre diprotisk, hvilket betyder, at det kan dissociere to gange, så vi har et sekund # K_a # værdi for anden dissociation: # K_a = 4,8 gange 10 ^ -11 #. Hvilket vil også bidrage til # PH #. (omend i mindre grad end den første dissociation)

Lad os oprette dissociationsækningen for # K_a # af den første dissociation:

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

Lad os nu stikke vores værdier for koncentrationen af kulsyre sammen med # K_a # værdi.

# 4,3 gange 10 ^ -7 = (H_3O ^ + gange HCO_3 ^ (-)) / (5,0 gange 10 ^ -2) #

# 2,15 gange 10 ^ -8 = (H_3O ^ + gange HCO_3 ^ (-)) #

Nu kan vi antage det # H_3O ^ + = HCO_3 ^ (-) # som de eksisterer i et 1: 1-forhold i opløsningen. Dette gør det muligt at tage kvadratroten ud af udtrykket # (H_3O ^ + gange HCO_3 ^ (-)) # for at finde de respektive koncentrationer:

#sqrt (2,15 gange 10 ^ -8) ca. (1,47 gange 10 ^ -4) = (H_3O ^ + = HCO_3 ^ (-)) #

Nu i den anden dissociation, den # HCO_3 ^ (-) # ion vil fungere som syre, og derfor er koncentrationen af denne art, som vi fandt i den første dissociation, værdien af nævneren i den nye # K_a # ekspression:

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

# 4,8 gange 10 ^ -11 = (H_3O ^ + gange CO_3 ^ (2 -)) / (1,47 gange 10 ^ -4) #

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

#sqrt (7,04 gange 10 ^ -15) ca. 8,39 gange 10 ^ -8 = H_3O ^ + = CO_3 ^ (2 -) #

Så koncentrationen af oxoniumioner, # H_3O ^ + #, som bestemmer # PH #, er ca. # (1,47 gange 10 ^ -4) + (8,39 gange 10 ^ -8) ca. 1,47 gange 10 ^ -4 #.

Med andre ord var den anden dissociation så lille, at det kunne være blevet betragtet som ubetydelig - men lad os være grundige.

Brug nu ligningen til at finde # PH # vi kan beregne # PH # af denne løsning.

# PH = -log H_3O ^ + #

# pH = -log 1,47 gange 10 ^ -4 #

#pH ca 3.83 #