Question

Se amesteca 500 g solutie H₂SO₄ 0,001 M cu 500 g solutie NaOH 0,001 M. Calculati pH-ul solutiei finale.

Answer 1

Răspuns: Părerea mea este!

Etapele de calcul sunt:

1) calculăm numărul de moli aduși în reacție, numărul de moli consumați și dacă rămân și de la cine, moli de reactant în plus, față de raportul de combinare.

n moli = Concentrația molară (CM) mol/L. Volum soluție(Vs), L

***Considerăm densitatea soluțiilor =1 g/mL, fiindcă au concentrații molare foarte mici.

Deci: ms=Vs; Vs=500 mL=0,5L/ din fiecare soluție

Proces           n moli NaOH                          n moli H₂SO₄

intră                0,5.0,001=5.10⁻⁴                       0,5.0,001=5.10⁻⁴

⇒nu se respectă raportul de combinare: 2 mol NaOH: 1 mol H₂SO₄              

consumat:        5.10⁻⁴  .....................................5.10⁻⁴/2=2,5.10⁻⁴

rămas:                0                                         ( 5-2,5).10⁻⁴=2,5.10⁻⁴

⇒ Este în exces H₂SO₄ cu 2,5.10⁻⁴ moli, care se vor găsi în soluția finală și vor da un pH acid soluției finale (vezi explicațiile), în urma ionizării lui, în mediul apos din soluția finală.

2. Calculăm concentrația molară la H₂SO₄ nereacționat (excesul) în soluția finală, cu ajutorul relației matematice cunoscute:

Vs final=Vs NaOH + Vs H₂SO₄=0,500 L +0,500L = 1L

C M H₂SO₄ exces=2,5.10⁻⁴ moli /1L= 2,5 .10⁻⁴ M

3. Fiindcă H₂SO₄ ionizează total în prima treaptă, și ionul acid HSO₄⁻ este un acid slab, nu vom scrie că:

pH-ul soluției =-lg C H₂SO₄, fiindcă este greșit!!! Rezultatul este eronat, față de măsurarea instrumentală a pH-ului.

Vom calcula pe rând C M de ioni de H⁺ din fiecare treaptă de ionizare, ținând cont și de Ka2, le vom aduna și obținem CM total de H(+) din soluție:

C M total H⁺ soluția finală= C M H⁺/ din H₂SO₄ + CM H⁺/ din HSO₄⁻ + C M H⁺/ apă (pe care o neglijăm).

3a. CM H⁺/ disociere H₂SO₄ în soluția finală apoasă, care este totală, ireversibilă:

H₂SO₄aq →  H⁺  aq + HSO₄⁻

1mol............1mol...........1mol   =     Raportul de disociere

Rezultă că: 1 L soluție finală cu 2,5.10⁻⁴ M H₂SO₄ formează prin disociere acidului, conform raportului de combinare, concentrații molare egale de:

2,5 .10⁻⁴M H⁺ și 2,5.10⁻⁴ M HSO₄⁻

3.b Calculăm CM de H⁺ format din disocierea ionului acid HSO₄⁻, cu ajutorul bilanțului de moli, Ka2 și rezolvare unei ecuații de gradul 2.

HSO₄⁻ aq  = H⁺aq + SO₄⁻² aq, reacție reversibilă, Ka2=1,2.10⁻²

1mol...............1mol.......1mol  / Raport de formare specii chimice din disociere

tabel variația  C M:

proces.CM           HSO₄⁻                   H⁺                          SO₄⁻²

intră                       2,5.10⁻⁴................2,5.10⁻⁴.......................0

consumat/format:  - X........................+X................................+X

la echilibru chimic:  2,5.10⁻⁴-X..........2,5.10⁻⁴+X..................X

Ka2= CM H⁺.CM SO₄⁻²/ CM HSO₄⁻    / sunt CM la echilibrul chimic

Înlocuim cu valorile din tabel și rezolvăm ecuația de gradul 2:

1,2.10⁻² = X (2,5.10⁻⁴+X) / 2,5.10⁻⁴-X

1,2.10⁻²(2,5.10⁻⁴-X) = X²+2,5.10⁻⁴X

X²+ 2,5.10⁻⁴X+1,2.10⁻²X-3.10⁻⁶=0

X²+1,225.10⁻²X-3.10⁻⁶=0

X1,2 = (-1,225.10⁻² ± √1,225².10⁻⁴ +12.10⁻⁶ )/2

X1,2=(-1,225.10⁻²± √1,6206.10⁻⁴)2=(-1,225.10⁻²± 1,2730.10⁻²)2

Soluția bună este: X1=(-1,225.10⁻²+1,2730.10⁻²)2=0,0240.10⁻² M

C M H⁺/ din HSO₄⁻=0,0240.10⁻²M

4. C M  H(+)total=?

Este suma:

C M H(+) total= 0,00025 M+0,00024M + 10⁻⁷ (din apă)=0,00049 M

5) pH= -lg 0,00049=3,3

R: 3,3 Explicația valorii este prin concentrații molare foarte mici ale acidului, ca atare numărul de moli de ioni H+ din ionizarea unui număr de moli foarte mic de acid, va fi mic.

Verificați calculele, vă rog!

     

Explicație:

pH-ul soluției finale este pH-ul, soluției după reacția chimică dintre H₂SO₄ cu o cantitate stoechiometrică de NaOH:

2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2 H₂O

2moli NaOH.....1mol H₂SO₄

***Nu vom spune, pH-ul final=7, ceea ce corespunde la titrarea unui acid tare cu o bază tare, fiindcă nu știm dacă numărul de moli de H₂SO₄, respectiv NaOH introduși în reacție respectă raportul stoechiometric de combinare:

2 moli NaOH cu 1 mol de H₂SO₄

***Deci, trebuie să verificăm acest raport; substanța care este în exces va da pH-ul soluției finale, fiindcă ionizarea Na₂SO₄ și a apei, nu influențează pH-ul final (vezi observațiile de la hidroliza sărurilor).

*Un alt aspect, de care trebuie să ținem cont, dacă H₂SO₄ este în plus, față de raportul de combinare, este faptul că H₂SO₄ este un acid diprotic tare în prima treaptă de ionizare; în a doua treaptă de ionizare este un acid slab, Ka2=1,2.10⁻².

pH-ul = -lg C M totală a ionilor de  H⁺/ soluția finală.