Дано:
Объем раствора фосфорной кислоты = 10 мл = 0.01 л
Концентрация фосфорной кислоты = 0.1 М
Объем раствора NaOH = 30 мл = 0.03 л
Концентрация NaOH = 0.1 М
Найти:
Значение pH полученного раствора после слияния растворов фосфорной кислоты и NaOH.
Решение с расчетом:
1. Начнем с уравнения нейтрализации:
H3PO4 + 3NaOH -> Na3PO4 + 3H2O
2. Рассчитаем количество миллимолей H3PO4 и NaOH в образующемся растворе:
n(H3PO4) = C * V = 0.1 * 0.01 = 0.001 моль (миллимоль)
n(NaOH) = C * V = 0.1 * 0.03 = 0.003 моль (миллимоль)
3. Так как NaOH присутствует в тройном избытке, он полностью реагирует с H3PO4. Оставшаяся H3PO4 будет присутствовать в виде H2PO4- и HPO4^2-.
4. Рассчитаем концентрацию ионов в растворе:
Общий объем = 0.01 + 0.03 = 0.04 л
Концентрация H3PO4 = (0.001 - 0.003) / 0.04 = -0.002 / 0.04 = -0.05 М
Концентрация H2PO4- = 0.003 / 0.04 = 0.075 М
Концентрация HPO4^2- = 0.001 / 0.04 = 0.025 М
5. Применим уравнение гидролиза для ионов H2PO4- и HPO4^2-:
H2PO4- + H2O -> H3O+ + HPO4^2-
HPO4^2- + H2O -> OH- + H2PO4-
6. Рассчитаем константу гидролиза для каждого иона:
Kb1 = [H3O+][HPO4^2-] / [H2PO4-] = x^2 / (0.075 - x) (для H2PO4-)
Kb2 = [OH-][H2PO4-] / [HPO4^2-] = x^2 / (0.025 - x) (для HPO4^2-)
7. При условии, что x << 0.075 и x << 0.025, можно принять, что x ≈ 0.
Тогда Kb1 = x^2 / 0.075 и Kb2 = x^2 / 0.025.
8. Рассчитаем значение x:
Kw = Kb1 * Kb2
1.0*10^-14 = (x^2 / 0.075) * (x^2 / 0.025)
x^4 = 1.0*10^-14 * 0.075 * 0.025
x^4 = 1.875*10^-17
x ≈ 4.83*10^-5
9. Рассчитаем значение pH:
pH = -log([H3O+])
[H3O+] = x ≈ 4.83*10^-5
pH = -log(4.83*10^-5)
pH ≈ 4.32
Ответ:
Значение pH раствора, полученного при слиянии 10 мл 0.1 М раствора фосфорной кислоты и 30 мл 0.1 М раствора NaOH, составляет примерно 4.32.