Hoe de pH van een zwak zuur te berekenen

Het berekenen van de pH van een zwak zuur is iets ingewikkelder dan het bepalen van de pH van een sterk zuur, omdat zwakke zuren niet volledig dissociëren in water. Gelukkig is de formule voor het berekenen van de pH eenvoudig. Dit is wat je doet.

Belangrijkste afhaalrestaurants: pH van een zwak zuur

• Het vinden van de pH van een zwak zuur is iets ingewikkelder dan het vinden van de pH van een sterk zuur omdat het zuur niet volledig dissocieert in zijn ionen.
• De pH-vergelijking is nog steeds hetzelfde (pH = -log [H⁺]), maar u moet de zure dissociatieconstante gebruiken (K_een) om [H⁺].
• Er zijn twee hoofdmethoden om de waterstofionenconcentratie op te lossen. Eén betreft de kwadratische vergelijking. De andere veronderstelt dat het zwakke zuur nauwelijks dissocieert in water en de pH benadert. Welke u kiest, hangt af van hoe nauwkeurig u het antwoord nodig hebt. Gebruik de kwadratische vergelijking voor huiswerk. Gebruik de benadering voor een snelle schatting in het lab.

pH van een zwak zuurprobleem

Wat is de pH van een benzoëzuuroplossing van 0,01 M?

Gegeven: benzoëzuur K_een= 6,5 x 10^-5

Oplossing

Benzoëzuur dissocieert in water als:

C₆H₅COOH → H⁺ + C₆H₅COO^-

De formule voor K_een is:

K_een = [H⁺] [B^-] / [HB]

waar:
[H⁺] = concentratie van H⁺ ionen
[B^-] = concentratie van geconjugeerde base-ionen
[HB] = concentratie van niet-gedissocieerde zuurmoleculen
voor een reactie HB → H⁺ + B^-

Benzoëzuur dissocieert één H⁺ ion voor elke C₆H₅COO^- ion, dus [H⁺] = [C₆H₅COO^-].

Laat x de concentratie van H vertegenwoordigen⁺ dat dissocieert van HB, vervolgens [HB] = C - x waarbij C de initiële concentratie is.

Voer deze waarden in de K in_een vergelijking:

K_een = x · x / (C -x)
K_een = x² / (C - x)
(C - x) K_een = x²
x² = CK_een - xK_een
x² + K_eenx - CK_een = 0

Los voor x op met behulp van de kwadratische vergelijking:

x = [-b ± (b² - 4ac)^½] / 2a

x = [-K_een + (K_een² + 4CK_een)^½] / 2

** Opmerking ** Technisch gezien zijn er twee oplossingen voor x. Aangezien x een concentratie van ionen in oplossing vertegenwoordigt, kan de waarde voor x niet negatief zijn.

Voer waarden in voor K_een en C:

K_een = 6,5 x 10^-5
C = 0,01 M

x = -6,5 x 10^-5 + [(6,5 x 10^-5) ² + 4 (0,01) (6,5 x 10^-5)]^½ / 2
x = (-6,5 x 10^-5 + 1,6 x 10^-3) / 2
x = (1,5 x 10^-3) / 2
x = 7,7 x 10^-4

Vind pH:

pH = -log [H⁺]

pH = -log (x)
pH = -log (7,7 x 10^-4)
pH = - (- 3.11)
pH = 3,11

Antwoord

De pH van een 0,01 M benzoëzuuroplossing is 3,11.

Oplossing: snelle en vuile methode om de pH van een zwak zuur te vinden

De meeste zwakke zuren dissociëren nauwelijks in oplossing. In deze oplossing vonden we het zuur alleen gedissocieerd door 7,7 x 10^-4 M. De oorspronkelijke concentratie was 1 x 10^-2 of 770 keer sterker dan de gedissocieerde ionconcentratie.

Waarden voor C - x zouden dan heel dicht bij C liggen en ongewijzigd lijken. Als we C vervangen door (C - x) in de K_een vergelijking,

K_een = x² / (C - x)
K_een = x² / C

Hiermee is het niet nodig om de kwadratische vergelijking op te lossen voor x:

x² = K_een· C

x² = (6,5 x 10^-5) (0.01)
x² = 6,5 x 10^-7
x = 8,06 x 10^-4

Vind pH

pH = -log [H⁺]

pH = -log (x)
pH = -log (8,06 x 10^-4)
pH = - (- 3.09)
pH = 3,09

Merk op dat de twee antwoorden bijna identiek zijn met slechts 0,02 verschil. Merk ook op dat het verschil tussen de x van de eerste methode en de x van de tweede methode slechts 0,000036 M is. Voor de meeste laboratoriumsituaties is de tweede methode "goed genoeg" en veel eenvoudiger.

Controleer uw werk voordat u een waarde rapporteert. De pH van een zwak zuur moet lager zijn dan 7 (niet neutraal) en is meestal lager dan de waarde voor een sterk zuur. Let op: er zijn uitzonderingen. De pH van zoutzuur is bijvoorbeeld 3,01 voor een 1 mM-oplossing, terwijl de pH van waterstoffluoride ook laag is, met een waarde van 3,27 voor een 1 mM-oplossing.

bronnen

• Bates, Roger G. (1973). Bepaling van de pH: theorie en praktijk. Wiley.
• Covington, A.K .; Bates, R. G .; Durst, R. A. (1985). "Definities van pH-schalen, standaardreferentiewaarden, pH-meting en gerelateerde terminologie". Pure Appl. Chem. 57 (3): 531-542. doi: 10,1351 / pac198557030531
• Housecroft, C. E .; Sharpe, A. G. (2004). Anorganische scheikunde (2e editie). Prentice Hall. ISBN 978-0130399137.
• Myers, Rollie J. (2010). "Honderd jaar pH". Journal of Chemical Education. 87 (1): 30-32. doi: 10,1021 / ed800002c
• Miessler G. L .; Tarr D .A. (1998). Anorganische scheikunde (2e editie). Prentice-Hall. ISBN 0-13-841891-8.