Для характеристики кислотности (щелочности) среды введен специальный параметр водородный показатель или рН

Ответ: рН = 5,12.
3. Найдите водородный показатель раствора сильного электролита, содержащего 0,205 М соляной кислоты HCl в 1000 мл воды.
Решение: В растворах сильных электролитов рН определяется как отрицательный десятичный логарифм активности ионов водорода: рН = -ℓgа(Н⁺). В свою очередь, активность рассчитывается как произведение коэффициента активности на моляльную концентрацию ионов водорода при условии полной диссоциации сильной кислоты: HCl = H⁺ + Cl^–;а(Н⁺) = f(Н⁺)·С_m(Н⁺).
Сначала рассчитаем моляльную концентрацию Н⁺ в растворе:
C_m(H⁺) = C_m(HCl) = n(HCl)/(m(H₂O)·10^-3) = 0,205/(1000·10^-3) = 0,205 моль/кг.
Для определения коэффициента активности f(Н⁺) необходимо рассчитать ионную силу раствора, принимая во внимание то, что C_m(H⁺) = C_m(Cl^–):
I = ½(С_m(H⁺)·(+1)² + C_m(Cl^–)·(-1)²) = ½(0,205 + 0,205) = 0,205 моль/кг.
В таблице Приложения находим, что значению I = 0,205 моль/кг соответствует значение коэффициентов активностей для однозарядных ионов, в том числе и для Н⁺, равное 0,83.
Теперь рассчитаем активность ионов водорода в растворе и его рН:
а(Н⁺) = (0,83)·(0,205) = 0,170 моль/кг; рН = -ℓg(0,17) = 0,77.
Ответ: рН = 0,77.
4. Определите активность ионов Н⁺ и ОН^– в некотором растворе при 293 К, если его рН = 4,6.
1. Рассчитайте водородный показатель раствора с концентрацией ионов ОН^–, равной 4,92·10^-3 моль/л.
Решение. Ионное произведение воды определяется как произведение молярных концентраций ионов Н⁺ и ОН^- в конкретном растворе:
K_W = [Н⁺]∙[ОН^–] =1,1·10^-14, где[Н⁺] = С_μ(Н⁺), [ОН^–] = С_μ(ОН^–).
Следовательно, С_μ(Н⁺) = k_W/С_μ(ОН^–) = 1,1·10^-14 / 4,92·10^-3 = 2,24·10^-10 (моль/л).
Водородный показатель раствора рН равен отрицательному логарифму по основанию 10 молярной концентрации ионов водорода Н⁺ в растворе. Следовательно,
рН = - ℓgC_μ(H⁺) = - ℓg(2,24·10^-10) = 10 - ℓg(2,24) = 10 – 0,35 = 9,65.
Ответ: рН = 9,65.
2. Определите значение рН 0,1 М раствора борной кислоты Н₃ВО₃, если её константа диссоциации по первой ступени равна 5,83·10^-10.
Решение. Борная кислота является слабым электролитом и диссоциирует по первой ступени согласно уравнению:
Н₃ВО₃ <=> Н⁺ + Н₂ВО₃^–.
Для определения молярной концентрации ионов водорода в таком растворе необходимо знать степень диссоциации слабого электролита. Она вычисляется по закону Оствальда k_d = (α²·C_μ)/(1-α). Поскольку электролит очень слабый (об этом свидетельствует низкое значение k_d), уравнение можно упростить, пренебрегая в знаменателе α в сравнении с 1 (α << 1): k_d = α²·C_μ.
Решим его относительно степени диссоциации и получим:
α = √k_d/C_μ = √(5,83·10^-10)/0,1 = 7,63·10^-5.
Теперь рассчитаем молярную концентрацию ионов водорода в растворе и его водородный показатель:
C_μ(H⁺) = α·C_μ = (7,63·10^-5)·0,1 = 7,63·10^-6;
рН = - ℓgC_μ(H⁺) = - ℓg(7,63·10^-6) = 6 - ℓg(7,63) = 6 – 0,88 = 5,12.