Дано (в СИ):
- Концентрация KH2PO4 = 0.2 моль/л
- Концентрация Na2HPO4 = 0.1 моль/л
- pKa для H2PO4- (диссоциация H2PO4- → H+ + HPO4^2-) ≈ 7.2
Найти:
1. pH раствора с учетом ионной силы.
2. pH раствора без учета ионной силы.
Решение:
1. Расчет без учета ионной силы:
Используем уравнение буфера:
pH = pKa + log([A-]/[HA])
где:
- [A-] = [HPO4^2-] = 0.1 моль/л (из Na2HPO4)
- [HA] = [H2PO4^-] = 0.2 моль/л (из KH2PO4)
Подставим значения:
pH = 7.2 + log(0.1/0.2)
Вычисляем:
log(0.1/0.2) = log(0.5) ≈ -0.301
pH = 7.2 - 0.301 = 6.899
Ответ без учета ионной силы:
pH раствора составляет примерно 6.90.
---
2. Расчет с учетом ионной силы:
Чтобы учесть ионную силу, сначала рассчитаем ионную силу (I) раствора:
I = 0.5 * Σci * zi^2,
где:
- ci – концентрация каждого иона,
- zi – заряды ионов.
В нашем случае:
- Ионы из KH2PO4: K+ (заряд +1) и H2PO4- (заряд -1)
- Ионы из Na2HPO4: Na+ (заряд +1) и HPO4^2- (заряд -2)
Концентрации ионов:
- K+ = 0.2 моль/л
- H2PO4- = 0.2 моль/л
- Na+ = 0.1 моль/л
- HPO4^2- = 0.1 моль/л
Ионная сила I:
I = 0.5 * (0.2 * 1^2 + 0.2 * 1^2 + 0.1 * 1^2 + 0.1 * 2^2)
I = 0.5 * (0.2 + 0.2 + 0.1 + 0.4)
I = 0.5 * 0.9 = 0.45 моль/л
Теперь учитываем, что с увеличением ионной силы pKa уменьшается. Для этого можно использовать корректирующие таблицы или графики, показывающие зависимость pKa от ионной силы. При I ≈ 0.45, pKa уменьшается приблизительно на 0.1 (примерно), поэтому:
pKa (с учетом ионной силы) ≈ 7.1.
Теперь пересчитаем pH с учетом новой pKa:
pH = 7.1 + log(0.1/0.2)
pH = 7.1 - 0.301 ≈ 6.799.
Ответ с учетом ионной силы:
pH раствора составляет примерно 6.80.
Итоговые ответы:
- pH без учета ионной силы ≈ 6.90
- pH с учетом ионной силы ≈ 6.80