Изменение pH при разбавлении растворов кислот и буферной смеси
Как изменится pH, если вдвое разбавить водой: а) 0,2 М раствор HCl; б) 0,2 М раствор CH₃COOH; в) раствор, содержащий 0,1 моль/л CH₃COOH и 0,1 моль/л CH₃COONa?
Дано
а)
`C_(м1)(HCl) = 0.2 text{ моль/л}`
б)
`C_(м1)(CH_3COOH) = 0.2 text{ моль/л}`
в)
`C_(м1)(CH_3COOH) = 0.1 text{ моль/л}`
`C_(м1)(CH_3COONa) = 0.1 text{ моль/л}`
Найти
а)
`ΔpH = text{ ?}`
б)
`ΔpH = text{ ?}`
в)
`ΔpH = text{ ?}`
Решение
а)
HCl — сильная кислота, полностью диссоциирует.
`[H^+]_1 = C_(м1)(HCl) = 0.2 text{ моль/л}`
`pH_1 = -lg([H^+]_1) = -lg(0.2) = 0.699`
При разбавлении вдвое концентрация H⁺ уменьшается в 2 раза:
`C_(м2)(HCl) = (C_(м1)(HCl))/2 = 0.1 text{ моль/л}`
`[H^+]_2 = C_(м2)(HCl) = 0.1 text{ моль/л}`
`pH_2 = -lg([H^+]_2) = -lg(0.1) = 1`
Изменение pH:
`ΔpH = pH_2 - pH_1 = 1 - 0.699 = 0.301`
б)
CH₃COOH — слабая кислота. Для слабой кислоты концентрация H⁺:
`[H^+]_1 = sqrt(K_a * C_(м1)(CH_3COOH)) = sqrt(1.75*10^(-5) * 0.2) = 1.871*10^(-3) text{ моль/л}`
`pH_1 = -lg([H^+]_1) = -lg(1.871*10^(-3)) = 2.728`
После разбавления вдвое:
`C_(м2)(CH_3COOH) = (C_(м1)(CH_3COOH))/2 = 0.1 text{ моль/л}`
`[H^+]_2 = sqrt(1.75*10^(-5) * 0.1) = 1.323*10^(-3) text{ моль/л}`
`pH_2 = -lg(1.323*10^(-3)) = 2.878`
Изменение pH:
`ΔpH = pH_2 - pH_1 = 2.878 - 2.728 = 0.15`
в)
Для буферного раствора:
`[H^+]_1 = K_a * (C_(м1)(CH_3COOH))/(C_(м1)(CH_3COONa)) = 1.75*10^(-5) * (0.1)/(0.1) = 1.75*10^(-5) text{ моль/л}`
`pH_1 = -lg([H^+]_1) = -lg(1.75*10^(-5)) = 4.757`
После разбавления вдвое концентрации кислоты и соли уменьшаются:
`C_(м2)(CH_3COOH) = (C_(м1)(CH_3COOH))/2 = 0.1/2 = 0.05 text{ моль/л}`
`C_(м2)(CH_3COONa) = (C_(м1)(CH_3COONa))/2 = 0.1/2 = 0.05 text{ моль/л}`
`[H^+]_2 = K_a * (0.05)/(0.05) = 1.75*10^(-5) text{ моль/л}`
`pH_2 = 4.757`
Изменение pH:
`ΔpH = pH_2 - pH_1 = 0`
Ответ
а)
`ΔpH = 0.301`
б)
`ΔpH = 0.15`
в)
`ΔpH = 0`