Quin és el pH d'una solució que és de 5,0 × 10 2 M en H2CO3?

Resposta:

Mirar abaix:

Avís: resposta llarga!

Explicació:

# H_2CO_3 #, o àcid carbònic, és un àcid feble format per diòxid de carboni que reacciona amb l'aigua.

# CO_2 (g) + H_2O (l) rightleftharpoons H_2CO_3 (aq) #

Sent un àcid feble, només es dissocirà parcialment a l’aigua i té una constant de dissociació, # K_a #, de # 4.3 vegades 10 ^ -7 # segons aquesta taula. En realitat, l'àcid carbònic és dipròtic, de manera que es pot dissociar dues vegades, de manera que tenim un segon # K_a # valor per a la segona dissociació: # K_a = 4,8 vegades 10 ^ -11 #. La qual cosa contribuirà també a la # pH #. (encara que en menor mesura que la primera dissociació)

Configura l’equació de dissociació per a # K_a # de la primera dissociació:

# K_a = (H_3O ^ + vegades HCO_3 ^ (-)) / (H_2CO_3) #

Ara, introduïm els nostres valors per a la concentració d’acid carbònic, juntament amb l’enllaç # K_a # valor.

# 4.3 vegades 10 ^ -7 = (H_3O ^ + vegades HCO_3 ^ (-)) / (5,0 vegades 10 ^ -2) #

# 2.15 vegades 10 ^ -8 = (H_3O ^ + vegades HCO_3 ^ (-)) #

Ara, podem suposar això # H_3O ^ + = HCO_3 ^ (-) # ja que existeixen en una proporció d'1: 1 a la solució. Això permet treure l’arrel quadrada de l’expressió # (H_3O ^ + vegades HCO_3 ^ (-)) # per trobar les concentracions respectives:

#sqrt (2,15 vegades 10 ^ -8) aproximadament (1,47 vegades 10 ^ -4) = (H_3O ^ + = HCO_3 ^ (-)) #

Ara, en la segona dissociació, la # HCO_3 ^ (-) # l'ió actuarà com a àcid i, per tant, la concentració d'aquesta espècie, que trobem a la primera dissociació, serà el valor del denominador a la nova # K_a # expressió:

# K_a = (H_3O ^ + vegades CO_3 ^ (2 -)) / (HCO_3 ^ -) #

# 4,8 vegades 10 ^ -11 = (H_3O ^ + vegades CO_3 ^ (2 -)) / (1,47 vegades 10 ^ -4) #

#approx 7.04 vegades 10 ^ -15 = H_3O ^ + vegades CO_3 ^ (2 -) #

#sqrt (7.04 vegades 10 ^ -15) aproximadament 8.39 vegades 10 ^ -8 = H_3O ^ + = CO_3 ^ (2 -) #

Per tant, la concentració de ions Oxonium, # H_3O ^ + #, que determinen la # pH #, és aproximadament # (1,47 vegades 10 ^ -4) + (8,39 vegades 10 ^ -8) aproximadament 1,47 vegades 10 ^ -4 #.

En altres paraules, la segona dissociació era tan petita que es podia haver considerat insignificant. Però siguem exhaustius.

Ara, utilitzant l’equació per trobar # pH # podem calcular el # pH # d’aquesta solució.

# pH = -log H_3O ^ + #

# pH = -log 1,47 vegades 10 ^ -4 #

#pH aprox. 3,83 #