bg‑gold

Obliczanie stężenia molowego roztworu mocnego kwasu na podstawie znajomości pH roztworu

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 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+

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‑gold

Obliczanie stężenia molowego mocnych wodorotlenków na podstawie znajomości pH roztworu

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-

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
Polecenie 1

Zapoznaj się z filmem, a dowiesz się, w jaki sposób obliczyć stężenie elektrolitu mocnego w roztworze, znając jedynie pH tego roztworu.

R16wUOFIMqOHl1
Film nawiązujący do treści materiału dotyczącej obliczania stężenia mocnego elektrolitu na podstawie znajomości pH.
Ćwiczenie 1

Oblicz stężenie molowe roztworu kwasu azotowego(V) o pH równym 4.

RoYwNduOJsQR1
(Uzupełnij) Odpowiedz: (Uzupełnij).
RGdBbq0v8CklZ
(Uzupełnij).
1
Ćwiczenie 2

Oblicz stężenie molowe wodnego roztworu chlorowodoru, o pH równym 2,5. Wynik zaokrąglij do trzeciego miejsca po przecinku.

RRFyT89mhUqPg
(Uzupełnij) Odpowiedz: (Uzupełnij).
Ru0pBjq9hy3n4
(Uzupełnij).
Ćwiczenie 3

Oblicz stężenie molowe roztworu wodorotlenku litu o pH równym 10.

R14tktY4R7L5K
(Uzupełnij) Odpowiedz: (Uzupełnij).
RCkQ2BPcejaBu
(Uzupełnij).
Ćwiczenie 4

Oblicz stężenie molowe roztworu wodorotlenku baru, o pH równym 13.

RcZsj4ASVTsxQ
(Uzupełnij) Odpowiedz: (Uzupełnij).
R93BWIDHeMNGn
(Uzupełnij).
bg‑blue

Notatnik

R17TY7A3VUjRk
(Uzupełnij).
Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
dysocjacja elektrolityczna
dysocjacja elektrolityczna

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