מהו ה- pH של פתרון זה הוא 5.0 × 10-2 M ב H2CO3?

תשובה:

ראה למטה:

אזהרה: תשובה ארוכה!

הסבר:

# H_2CO_3 #, או חומצה פחמנית, היא חומצה חלשה הנוצרת פחמן דו חמצני המגיב עם מים.

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

להיות חומצה חלשה, זה יהיה רק חלקית לנתק במים, ויש לו קבוע דיסוציאציה, # K_a #, of # 4.3 פעמים 10 ^ -7 # לפי טבלה זו. באמת, חומצה פחמנית היא diprotic, כלומר זה יכול לנתק פעמיים, אז יש לנו שנייה # K_a # ערך עבור הדיסוציאציה השנייה: # K_a = 4.8 פעמים 10 ^ -11 #. אשר יתרום גם # pH #. (אם כי במידה קטנה יותר מאשר הדיסוציאציה הראשונה)

מאפשר להגדיר את משוואת הדיסוציאציה עבור # K_a # של הדיסוציאציה הראשונה:

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

עכשיו, בואו לחבר את הערכים שלנו לריכוז של חומצה פחמנית, יחד עם # K_a # ערך.

# 4 פעמים 10 = -7 = (H_3O ^ + פעמים HCO_3 ^ (-)) / (5.0 פעמים 10 ^ -2) # #

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

עכשיו, אנחנו יכולים להניח את זה # H_3O ^ + = HCO_3 ^ (-) # כפי שהם קיימים ביחס של 1: 1 בפתרון. זה מאפשר לקחת את שורש ריבוע מתוך הביטוי # (H_3O ^ + פעמים HCO_3 ^ (-)) # כדי למצוא את הריכוזים בהתאמה:

# #qqrt (2.15 פעמים 10 ^ -8) בערך (1.47 פעמים 10 ^ -4) = H_3O ^ + = HCO_3 ^ (- - #

עכשיו, בדיסוציאציה השנייה, # HCO_3 ^ (-) # יון יפעל כחומצה, ולכן הריכוז של מין זה, אשר מצאנו ב ניתוק הראשון, יהיה הערך של המכנה החדש # K_a # ביטוי:

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

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

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

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

אז ריכוז של אוקסוניום יונים, # H_3O ^ + #, אשר קובעים את # pH #, הוא כ # (1.47 פעמים 10 ^ -4) + (8.39 פעמים 10 ^ -8) בערך 1.47 פעמים 10 ^ -4 #.

במילים אחרות, הניתוק השני היה כל כך קטן, שאפשר היה לראות בו זניח - אבל בואו נהיה יסודיים.

עכשיו, באמצעות המשוואה למצוא # pH # אנו יכולים לחשב את # pH # של פתרון זה.

# pH = -log H_3O ^ + #

# pH = -log 1.47 פעמים 10 ^ -4 #

#pH כ- 3.83 #