Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki

Do elektrolitówelektrolitelektrolitów mocnych zalicza się m.in. niektóre kwasy i zasady. Poniżej przedstawiono ogólną procedurę obliczania stężenia molowego ich roztworów na podstawie znajomości pHpHpH tych roztworów.

bg‑pink

Obliczanie stężenia molowego roztworu mocnego kwasu na podstawie znajomości pH roztworu

bg‑gray1

Kwasy jednoprotonowe

Do mocnych kwasów jednoprotonowych należą np. HClHBr, HI, HMnO 4 , HNO 3 , HClO 3 , HClO 4 .

1
Krok 1. Zapisanie równania dysocjacji elektrolitycznej.

Mocny kwas jednoprotonowy dysocjuje całkowicie (lub prawie całkowicie), a  ogólne równanie dysocjacji tego kwasu ma postać:

HA+H2OH3O++A-

gdzie:

  • HA – wzór ogólny kwasu jednoprotonowego;

  • H3O+kation oksoniowyjon oksoniowy (hydroniowy)kation oksoniowy;

  • A- – anion reszty kwasowej.

Krok 2. Wykorzystanie wzoru na pH roztworu.

Wzór na pH przekształcamy tak, aby obliczyć stężenie kationów hydroniowych (oksoniowych) w roztworze.

Skoro pH można obliczyć ze wzoru:

pH=-log10H3O+,

to:

H3O+=10-pH

Korzystamy z tablic logarytmicznych, które znajdują się np. w zestawie „Wybrane wzory i stałe fizykochemiczne na egzamin maturalny z biologii, chemii i fizyki” lub obliczamy pH, korzystając z kalkulatora zawierającego funkcję obliczania logarytmów.

x

logx

x

logx

x

logx

x

logx

0,01

-2,000

0,26

-0,585

0,51

-0,292

0,76

-0,119

0,02

-1,699

0,27

-0,569

0,52

-0,284

0,77

-0,114

0,03

-1,523

0,28

-0,553

0,53

-0,276

0,78

-0,108

0,04

-1,398

0,29

-0,538

0,54

-0,268

0,79

-0,102

0,05

-1,301

0,30

-0,523

0,55

-0,260

0,80

-0,097

0,06

-1,222

0,31

-0,509

0,56

-0,252

0,81

-0,092

0,07

-1,155

0,32

-0,495

0,57

-0,244

0,82

-0,086

0,08

-1,097

0,33

-0,481

0,58

-0,237

0,83

-0,081

0,09

-1,046

0,34

-0,469

0,59

-0,229

0,84

-0,076

0,10

-1,000

0,35

-0,456

0,60

-0,222

0,85

-0,071

0,11

-0,959

0,36

-0,444

0,61

-0,215

0,86

-0,066

0,12

-0,921

0,37

-0,432

0,62

-0,208

0,87

-0,060

0,13

-0,886

0,38

-0,420

0,63

-0,201

0,88

-0,056

0,14

-0,854

0,39

-0,409

0,64

-0,194

0,89

-0,051

0,15

-0,824

0,40

-0,398

0,65

-0,187

0,90

-0,046

0,16

-0,796

0,41

-0,387

0,66

-0,180

0,91

-0,041

0,17

-0,770

0,42

-0,377

0,67

-0,174

0,92

-0,036

0,18

-0,745

0,43

-0,367

0,68

-0,167

0,93

-0,032

0,19

-0,721

0,44

-0,357

0,69

-0,161

0,94

-0,027

0,20

-0,699

0,45

-0,347

0,70

-0,155

0,95

-0,022

0,21

-0,678

0,46

-0,337

0,71

-0,149

0,96

-0,018

0,22

-0,658

0,47

-0,328

0,72

-0,143

0,97

-0,013

0,23

-0,638

0,48

-0,319

0,73

-0,137

0,98

-0,009

0,24

-0,620

0,49

-0,310

0,74

-0,131

0,99

-0,004

0,25

-0,602

0,50

-0,301

0,75

-0,125

1,00

0,000

Indeks górny Wybrane wzory i stałe fizykochemiczne na egzamin maturalny z biologii, chemii i fizyki, Centralna Komisja Egzaminacyjna, Warszawa 2015. Indeks górny koniec

Przykład 1

Aby obliczyć stężenie kationów oksoniowych (hydroniowych) w roztworze HCl, którego pH wynosi 3,35, zapisujemy:

[H3O+]=10-3,35=10-3·10-0,35

Z tablic odczytujemy, że wartość logx najbliższa do -0,35 jest to logx=-0,347 i odpowiada ona wartości x=-0,45.
Podstawiamy zatem tę wartość do wcześniej zapisanego wzoru:

[H3O+]=10-3·10-0,35=10-3·0,45=0,45·10-3=4,5·10-4
Krok 3. Wyznaczenie stężenia kwasu na podstawie stechiometrii reakcji dysocjacji elektrolitycznej.

Stężenie kwasu obliczamy biorąc pod uwagę stechiometrię reakcji dysocjacji, z której wynika, że z 1 mola kwasu otrzymujemy 1 mol jonów hydroniowych.

Stężenie kwasu równa się stężeniu jonów hydroniowych powstałych w procesie dysocjacji elektrolitycznej:

HA=H3O+
bg‑gray1

Kwasy wieloprotonowe

Do mocnych kwasów wieloprotonowych należy np. H 2 SO 4 .

Ważne!

Mocne kwasy wieloprotonowe dysocjujądysocjacja elektrolitycznadysocjują wieloetapowo. Aby obliczyć stężenie jonów oksoniowych należy uwzględnić wartość stałej dysocjacji.

1
Krok 1. Zapisanie równania dysocjacji elektrolitycznej.

Pierwszy etap dysocjacji elektrolitycznej mocnego wieloprotonowego kwasu przebiega całkowicie, a jego ogólne równanie przyjmuje postać:

HnA+H2OHn-1A-+H3O+

Gdzie:

  • HnA – wzór ogólny kwasu wieloprotonowego, gdzie n oznacza liczbę protonów w kwasie,

  • H3O+ – kation hydroniowy,

  • A- – anion reszty kwasowej.

Przykładem może być pierwszy etap dysocjacji kwasu siarkowego(VI):

H2SO4+H2OHSO4-+H3O+

Kolejne etapy dysocjacji kwasów wieloprotonowych przebiegają niecałkowicie. Np. dla kwasu siarkowego(VI) dysocjacja będzie zachodzić dwuetapowo. Równanie drugiego etapu dysocjacji tego kwasu przedstawia równanie:

HSO4-+H2OSO42-+H3O+

W tych etapach ustala się równowaga pomiędzy formą zdysocjowaną a niezdysocjowaną, dlatego w równaniach stosuje się strzałki skierowane w przeciwnych kierunkach .

Krok 2. Wykorzystanie wzoru na pH roztworu.

Wzór na pH przekształcamy, tak aby obliczyć stężenie kationów oksoniowych (hydroniowych) w roztworze. Skoro pH można obliczyć ze wzoru:

pH=-log10H3O+

to:

H3O+=10-pH

Korzystamy z tablic logarytmicznych znajdujących się np. w zestawie „Wybrane wzory i stałe fizykochemiczne na egzamin maturalny z biologii, chemii i fizyki” lub obliczamy pH korzystając z kalkulatora zawierającego funkcję obliczania logarytmów.

x

logx

x

logx

x

logx

x

logx

0,01

-2,000

0,26

-0,585

0,51

-0,292

0,76

-0,119

0,02

-1,699

0,27

-0,569

0,52

-0,284

0,77

-0,114

0,03

-1,523

0,28

-0,553

0,53

-0,276

0,78

-0,108

0,04

-1,398

0,29

-0,538

0,54

-0,268

0,79

-0,102

0,05

-1,301

0,30

-0,523

0,55

-0,260

0,80

-0,097

0,06

-1,222

0,31

-0,509

0,56

-0,252

0,81

-0,092

0,07

-1,155

0,32

-0,495

0,57

-0,244

0,82

-0,086

0,08

-1,097

0,33

-0,481

0,58

-0,237

0,83

-0,081

0,09

-1,046

0,34

-0,469

0,59

-0,229

0,84

-0,076

0,10

-1,000

0,35

-0,456

0,60

-0,222

0,85

-0,071

0,11

-0,959

0,36

-0,444

0,61

-0,215

0,86

-0,066

0,12

-0,921

0,37

-0,432

0,62

-0,208

0,87

-0,060

0,13

-0,886

0,38

-0,420

0,63

-0,201

0,88

-0,056

0,14

-0,854

0,39

-0,409

0,64

-0,194

0,89

-0,051

0,15

-0,824

0,40

-0,398

0,65

-0,187

0,90

-0,046

0,16

-0,796

0,41

-0,387

0,66

-0,180

0,91

-0,041

0,17

-0,770

0,42

-0,377

0,67

-0,174

0,92

-0,036

0,18

-0,745

0,43

-0,367

0,68

-0,167

0,93

-0,032

0,19

-0,721

0,44

-0,357

0,69

-0,161

0,94

-0,027

0,20

-0,699

0,45

-0,347

0,70

-0,155

0,95

-0,022

0,21

-0,678

0,46

-0,337

0,71

-0,149

0,96

-0,018

0,22

-0,658

0,47

-0,328

0,72

-0,143

0,97

-0,013

0,23

-0,638

0,48

-0,319

0,73

-0,137

0,98

-0,009

0,24

-0,620

0,49

-0,310

0,74

-0,131

0,99

-0,004

0,25

-0,602

0,50

-0,301

0,75

-0,125

1,00

0,000

Indeks górny Wybrane wzory i stałe fizykochemiczne na egzamin maturalny z biologii, chemii i fizyki, Centralna Komisja Egzaminacyjna, Warszawa 2015. Indeks górny koniec

Krok 3. Wyznaczenie stężenia kwasu na podstawie stechiometrii reakcji dysocjacji elektrolitycznej.

W przypadku tego typu kwasów obliczenie stężenia roztworu wymaga zastosowania obliczeń związanych ze stałą dysocjacji drugiego etapu dysocjacji tego kwasu. Jest to więc znacznie trudniejsze, niż w przypadku mocnych kwasów jednoprotonowych. Sposób obliczenia stężenia roztworu takiego kwasu poznasz w toku dalszej nauki.

bg‑pink

Obliczanie stężenia molowego mocnych wodorotlenków na podstawie znajomości pH roztworu

bg‑gray1

Mocne wodorotlenki, w których na jeden kation metalu przypada jeden anion wodorotlenkowy

Do mocnych wodorotlenków, w których na jeden kation metalu przypada jeden anion wodorotlenkowy należą np. KOH, NaOH  i pozostałe wodorotlenki litowców.

1
Krok 1. Zapisanie równania dysocjacji elektrolitycznej.

Mocny wodorotlenek, w którym na jeden kation metalu przypada jeden anion wodorotlenkowy dysocjuje całkowicie, co można przedstawić równaniem:

MeOHH2OMe++OH- 

Gdzie:

  • Me – symbol metalu,

  • OH- – anion wodorotlenkowy.

Krok 2. Wykorzystanie iloczynu jonowego wody do wyznaczenia pOH roztworu.

Miarą odczynu roztworu jest pH i to właśnie ten parametr jest zazwyczaj używany w odniesieniu do elektrolitów. Aby określić stężenie wodorotlenku, należy wyznaczyć stężenie jonów wodorotlenkowych. W tym celu szukamy pOH roztworu.

Jeżeli znamy pH, pOH określamy ze wzoru:

pH+pOH =14    (T=25°C)

Po przekształceniu wzoru otrzymujemy:

pOH=14-pH
Krok 3. Wykorzystanie wzoru na pOH roztworu do obliczenia stężenia jonów wodorotlenkowych.

Wzór na pOH przekształcamy, tak aby obliczyć stężenie anionów wodorotlenkowych w roztworze.

Skoro pOH można obliczyć ze wzoru:

pOH=-logOH-

to:

OH-=10-pOH

Następnie, podobnie jak w przypadku kwasów, korzystamy z tablic logarytmicznych znajdujących się np. w zestawie „Wybrane wzory i stałe fizykochemiczne na egzamin maturalny z biologii, chemii i fizyki” lub obliczamy pH korzystając z kalkulatora zawierającego funkcję obliczania logarytmów.

x

logx

x

logx

x

logx

x

logx

0,01

-2,000

0,26

-0,585

0,51

-0,292

0,76

-0,119

0,02

-1,699

0,27

-0,569

0,52

-0,284

0,77

-0,114

0,03

-1,523

0,28

-0,553

0,53

-0,276

0,78

-0,108

0,04

-1,398

0,29

-0,538

0,54

-0,268

0,79

-0,102

0,05

-1,301

0,30

-0,523

0,55

-0,260

0,80

-0,097

0,06

-1,222

0,31

-0,509

0,56

-0,252

0,81

-0,092

0,07

-1,155

0,32

-0,495

0,57

-0,244

0,82

-0,086

0,08

-1,097

0,33

-0,481

0,58

-0,237

0,83

-0,081

0,09

-1,046

0,34

-0,469

0,59

-0,229

0,84

-0,076

0,10

-1,000

0,35

-0,456

0,60

-0,222

0,85

-0,071

0,11

-0,959

0,36

-0,444

0,61

-0,215

0,86

-0,066

0,12

-0,921

0,37

-0,432

0,62

-0,208

0,87

-0,060

0,13

-0,886

0,38

-0,420

0,63

-0,201

0,88

-0,056

0,14

-0,854

0,39

-0,409

0,64

-0,194

0,89

-0,051

0,15

-0,824

0,40

-0,398

0,65

-0,187

0,90

-0,046

0,16

-0,796

0,41

-0,387

0,66

-0,180

0,91

-0,041

0,17

-0,770

0,42

-0,377

0,67

-0,174

0,92

-0,036

0,18

-0,745

0,43

-0,367

0,68

-0,167

0,93

-0,032

0,19

-0,721

0,44

-0,357

0,69

-0,161

0,94

-0,027

0,20

-0,699

0,45

-0,347

0,70

-0,155

0,95

-0,022

0,21

-0,678

0,46

-0,337

0,71

-0,149

0,96

-0,018

0,22

-0,658

0,47

-0,328

0,72

-0,143

0,97

-0,013

0,23

-0,638

0,48

-0,319

0,73

-0,137

0,98

-0,009

0,24

-0,620

0,49

-0,310

0,74

-0,131

0,99

-0,004

0,25

-0,602

0,50

-0,301

0,75

-0,125

1,00

0,000

Indeks górny Wybrane wzory i stałe fizykochemiczne na egzamin maturalny z biologii, chemii i fizyki, Centralna Komisja Egzaminacyjna, Warszawa 2015. Indeks górny koniec

Krok 4. Wyznaczenie stężenia wodorotlenku na podstawie stechiometrii reakcji dysocjacji elektrolitycznej.

Z równania wynika, że z 1 mola wodorotlenku uwalnia się 1 mol anionów wodorotlenkowych. Zatem stężenie wodorotlenku równa się stężeniu anionów wodorotlenkowych powstałych w procesie dysocjacji elektrolitycznej:

[Me OH]=OH-
bg‑gray1

Mocne wodorotlenki, w których na jeden kation metalu przypadają dwa lub więcej anionów wodorotlenkowych

Do mocnych wodorotlenków, w których na jeden kation metalu przypadają dwa lub więcej anionów wodorotlenkowych, zaliczamy wszystkie wodorotlenki berylowców, z wyjątkiem wodorotlenku berylu.

1
Krok 1. Zapisanie równania dysocjacji elektrolitycznej.

Zapisując równania dysocjacji mocnych wodorotlenków, które zawierają dwa jony wodorotlenkowe, możemy zastosować dwa podejścia. Możliwe jest zapisanie dysocjacji w ujęciu etapowym, pamiętając, że oba etapy zachodzą praktycznie całkowicie (jedna strzałka).

I etap dysocjacji:

MeOH2H2OMe(OH)++OH-

II etap dysocjacji:

Me(OH)+H2OMe2++OH-

Możemy też zapisać równanie sumaryczne, a więc oddysocjować od razu oba aniony wodorotlenkowe. Równanie sumaryczne ma postać:

MeOH2H2OMe2++2OH-

gdzie:

  • Me – symbol metalu;

  • OH- – anion wodorotlenkowy;

  • 2 – wartościowość metalu równa liczbie anionów wodorotlenkowych.

W obliczeniach wygodniejsze jest posłużenie się zapisem sumarycznym.

Krok 2. Wykorzystanie iloczynu jonowego wody do wyznaczenia pOH roztworu.

Podobnie jak w przypadku wodorotlenków mocnych, w których na jeden kation metalu przypada jeden anion wodorotlenkowy, również w tym przypadku w pierwszej kolejności należy wyznaczyć stężenie jonów wodorotlenkowych. W tym celu szukamy pOH roztworu.

Jeżeli znamy pH, pOH określamy ze wzoru:

pH+pOH =14    (T=25°C)

Po przekształceniu wzoru, otrzymujemy:

pOH=14-pH
Krok 3. Wykorzystanie wzoru na pOH roztworu do obliczenia stężenia jonów wodorotlenkowych.

Wzór na pOH przekształcamy tak, aby obliczyć stężenie jonów wodorotlenkowych w roztworze.

Skoro pOH można obliczyć ze wzoru:

pOH=-logOH-

to:

OH-=10-pOH

Następnie, podobnie jak w przypadku wodorotlenków litowców, korzystamy z tablic logarytmicznych, znajdujących się np. w zestawie „Wybrane wzory i stałe fizykochemiczne na egzamin maturalny z biologii, chemii i fizyki”, lub obliczamy pH, korzystając z kalkulatora, który posiada funkcję obliczania logarytmów.

x

logx

x

logx

x

logx

x

logx

0,01

-2,000

0,26

-0,585

0,51

-0,292

0,76

-0,119

0,02

-1,699

0,27

-0,569

0,52

-0,284

0,77

-0,114

0,03

-1,523

0,28

-0,553

0,53

-0,276

0,78

-0,108

0,04

-1,398

0,29

-0,538

0,54

-0,268

0,79

-0,102

0,05

-1,301

0,30

-0,523

0,55

-0,260

0,80

-0,097

0,06

-1,222

0,31

-0,509

0,56

-0,252

0,81

-0,092

0,07

-1,155

0,32

-0,495

0,57

-0,244

0,82

-0,086

0,08

-1,097

0,33

-0,481

0,58

-0,237

0,83

-0,081

0,09

-1,046

0,34

-0,469

0,59

-0,229

0,84

-0,076

0,10

-1,000

0,35

-0,456

0,60

-0,222

0,85

-0,071

0,11

-0,959

0,36

-0,444

0,61

-0,215

0,86

-0,066

0,12

-0,921

0,37

-0,432

0,62

-0,208

0,87

-0,060

0,13

-0,886

0,38

-0,420

0,63

-0,201

0,88

-0,056

0,14

-0,854

0,39

-0,409

0,64

-0,194

0,89

-0,051

0,15

-0,824

0,40

-0,398

0,65

-0,187

0,90

-0,046

0,16

-0,796

0,41

-0,387

0,66

-0,180

0,91

-0,041

0,17

-0,770

0,42

-0,377

0,67

-0,174

0,92

-0,036

0,18

-0,745

0,43

-0,367

0,68

-0,167

0,93

-0,032

0,19

-0,721

0,44

-0,357

0,69

-0,161

0,94

-0,027

0,20

-0,699

0,45

-0,347

0,70

-0,155

0,95

-0,022

0,21

-0,678

0,46

-0,337

0,71

-0,149

0,96

-0,018

0,22

-0,658

0,47

-0,328

0,72

-0,143

0,97

-0,013

0,23

-0,638

0,48

-0,319

0,73

-0,137

0,98

-0,009

0,24

-0,620

0,49

-0,310

0,74

-0,131

0,99

-0,004

0,25

-0,602

0,50

-0,301

0,75

-0,125

1,00

0,000

Indeks górny Wybrane wzory i stałe fizykochemiczne na egzamin maturalny z biologii, chemii i fizyki, Centralna Komisja Egzaminacyjna, Warszawa 2015. Indeks górny koniec

Krok 4. Wyznaczenie stężenia wodorotlenku na podstawie stechiometrii reakcji dysocjacji elektrolitycznej.

Z równania dysocjacji wynika, że z jednego mola wodorotlenku uwalniane są dwa mole anionów wodorotlenkowych. Zatem stężenie wodorotlenku jest dwa razy mniejsze niż stężenie jonów wodorotlenkowych, powstałych w procesie dysocjacji elektrolitycznej i wynosi:

Me(OH)2=OH-2

Słownik

elektrolit
elektrolit

(gr. ḗlektron „bursztyn”, lytós „rozpuszczalny”) związek chemiczny, który ulega procesowi rozpadu na jony pod wpływem wody i jest zdolny do przewodzenia prądu elektrycznego; gdy jest całkowicie zdysocjowany, mówimy o elektrolicie mocnym

dysocjacja elektrolityczna
dysocjacja elektrolityczna

(łac. dissociātiō „rozdzielenie”) samorzutny proces rozpadu cząsteczek elektrolitów (kwasów, zasad, soli) w roztworach, na dodatnio i ujemnie naładowane cząstki, tj. jony pod wpływem działania rozpuszczalnika

jon oksoniowy (hydroniowy)
jon oksoniowy (hydroniowy)

H 3 O +  jednododatni jon, powstający w wyniku dołączenia się do cząsteczki wody jonu wodorowego

pH
pH

ujemny logarytm dziesiętny ze stężenia jonów oksoniowych, wskaźnik odczynu roztworu

pH=-log10H3O+

Bibliografia

Kocjan R., Chemia analityczna. Podręcznik dla studentów, Tom II, Warszawa 2000.

Minczewski J., Marczewski Z., Chemia analityczna, tom III, Analiza instrumentalna, Warszawa 2011.