1. Гидрокарбонат натрия (NaHCO3)
Дано (в СИ):
- Концентрация NaHCO3 = 0.1 моль/л
Найти:
1. Концентрацию ионов H+ ([H+])
2. pH раствора
Решение:
1. Гидрокарбонат натрия, NaHCO3, может действовать как амфолит. В водном растворе он диссоциирует следующим образом:
HCO3− + H2O ↔ H2CO3 + OH−
HCO3− ↔ H+ + CO3^2−
2. Для первой диссоциации:
HCO3− + H2O ↔ H2CO3 + OH−
Мы будем рассматривать олигохомическую равновесие, т.е. с учетом основной и кислой диссоциации.
3. Константа диссоциации (Ka для H2CO3):
Ka = 4.3 * 10^(-7) (для первой диссоциации H2CO3)
4. С учетом равновесия:
Пускай [H+] = x. Тогда:
[CO3^2−] = x и [HCO3−] = 0.1 - x.
Тогда:
4.3 * 10^(-7) = (x)(x) / (0.1 - x)
5. При предположении, что x << 0.1:
4.3 * 10^(-7) ≈ (x^2 / 0.1)
x^2 = 4.3 * 10^(-8)
x = √(4.3 * 10^(-8)) ≈ 6.56 * 10^(-4) моль/л.
6. Концентрация ионов H+:
[H+] = 6.56 * 10^(-4) моль/л.
7. Найдем pH:
pH = -log([H+]) = -log(6.56 * 10^(-4)) ≈ 3.18.
Ответ для а):
Концентрация ионов H+ в растворе гидрокарбоната натрия составляет 6.56 * 10^(-4) моль/л, а pH раствора равен примерно 3.18.
---
2. Гидросульфит натрия (NaHSO3)
Дано (в СИ):
- Концентрация NaHSO3 = 0.1 моль/л
Найти:
1. Концентрацию ионов H+ ([H+])
2. pH раствора
Решение:
1. Гидросульфит натрия, NaHSO3, также является амфолитом и может действовать как кислота:
HSO3− + H2O ↔ H2SO3 + OH−
HSO3− ↔ H+ + SO3^2−
2. Для HSO3−:
Ka ≈ 1.2 * 10^(-7) (константа для диссоциации).
3. Подобное равновесие:
Обозначим [H+] = y. Тогда:
[SO3^2−] = y, [HSO3−] = 0.1 - y.
Подставим в уравнение для Ka:
1.2 * 10^(-7) = (y)(y) / (0.1 - y)
4. При предположении, что y << 0.1:
1.2 * 10^(-7) ≈ (y^2 / 0.1)
y^2 = 1.2 * 10^(-8)
y = √(1.2 * 10^(-8)) ≈ 1.095 * 10^(-4) моль/л.
5. Концентрация ионов H+:
[H+] = 1.095 * 10^(-4) моль/л.
6. Найдем pH:
pH = -log([H+]) = -log(1.095 * 10^(-4)) ≈ 3.96.
Ответ для б):
Концентрация ионов H+ в растворе гидросульфита натрия составляет 1.095 * 10^(-4) моль/л, а pH раствора равен примерно 3.96.