Дано:
- Растворы хлороводородной кислоты (HCl) и азотистой кислоты (HNO2) имеют одинаковую молярную концентрацию.
Найти:
- Какой из растворов имеет более высокое значение рН и почему.
Решение:
1. Рассмотрим диссоциацию обоих кислот в водном растворе.
- Хлороводородная кислота (HCl) является сильной кислотой и полностью диссоциирует в воде:
HCl → H+ + Cl-
Это означает, что при концентрации C моль/л HCl, концентрация ионов водорода [H+] будет равна C.
- Азотистая кислота (HNO2) является слабой кислотой и диссоциирует частично:
HNO2 ⇌ H+ + NO2-
Для слабой кислоты можно использовать константу диссоциации (Ka). Константа диссоциации для HNO2 составляет примерно 4,5 * 10^-4.
При равновесии для слабой кислоты мы можем использовать уравнение:
Ka = [H+][NO2-]/[HNO2]
2. В равновесии при той же начальной концентрации C, можно сделать приближенную оценку. Обозначим x как степень диссоциации, тогда:
[H+] ≈ x
[NO2-] ≈ x
[HNO2] ≈ C - x
Подставляя в уравнение Ka:
Ka ≈ x^2 / (C - x)
Для небольших значений x относительно C можно предположить, что C - x ≈ C, следовательно:
Ka ≈ x^2 / C
x ≈ sqrt(Ka * C)
Таким образом, концентрация ионов водорода [H+] для HNO2 будет меньше, чем у HCl.
3. Поскольку pH определяется по формуле:
pH = -log[H+],
поскольку [H+] в растворе HCl больше, чем в растворе HNO2, это приводит к более низкому значению pH для HCl.
Ответ:
Раствор хлороводородной кислоты (HCl) будет иметь более низкое значение pH, чем раствор азотистой кислоты (HNO2), так как HCl является сильной кислотой и полностью диссоциирует, в то время как HNO2 диссоциирует частично.