16.6
حساب الرقم الهيدروجيني لحلول المعايرة: حمض قوي / قاعدة قوية
يتم إجراء معايرة لـ 25.00 مل من 0.100 مول HCl (حمض قوي) مع 0.100 مول من NaOH قاعدة قوية.…
عند معايرة حمض قوي مع قاعدة ضعيفة أو العكس،يمكن حساب قيمة pH أثناء المعايرة،بتحديد تركيز أيونات الهيدرونيوم والهيدروكسيد المتبقية. على سبيل المثال،50 مللتر من حمض الهيدروكلوريك بتركيز 0.10 مولار تتفكك إلى 0.10 مولار من أيونات الهيدرونيوم والكلوريد بدرجة pH أولية مقدارها 1. إذا أضيف 25 مللتر من هيدروكسيد الصوديوم بتركيز 0.10 مولار،يمكن حساب التركيز الجديد لأيونات الهيدرونيوم بطرح العدد الإجمالي لمولات أيونات الهيدروكسيد من العدد الإجمالي لمولات أيونات الهيدرونيوم وقسمة الناتج على الكمية الإجمالية 75 مللتر أو 0.075 لتر.
تحتوي 50 مللتر من حمض الهيدروكلوريك بتركيز 0.10 مولار على 0.0050 مول هيدرونيوم،بينما تحتوي 25 مللتر من هيدروكسيد الصوديوم بتركيز 0.10 مولار على 0.0025 مول من أيونات الهيدروكسيد. باستبدال هذه القيم في المعادلة،فإن تركيز أيونات الهيدرونيوم يساوي 0.033 مولار. وبهذا تكون قيمة pH للمحلول قد ارتفعت إلى 1.48.
إذا استمرت إضافت هيدروكسيد الصوديوم لتصل كميته إلى 50 مللتر،فإن جميع أيونات الهيدرونيوم من حمض الهيدروكلوريك سيتم تحييدها،ونصل إلى نقطة التكافؤ عندما ترتفع قيمة pH إلى 7. فيما فوق نقطة التكافؤ،تُحدد قيمة pH للمحلول بواسطة أيونات الهيدروكسيد،لأن حمض الهيدروكلوريك قد جرى تحييده بالكامل. إذا أضيفت 70 مللتر من محلول هيدروكسيد الصوديوم التي تحتوي على 0.0070 مول من أيونات الهيدروكسيد إلى المحلول،يمكن تحديد التركيز النهائي لأيونات الهيدروكسيد بطرح العدد الأولي لمولات أيونات الهيدرونيوم من العدد الإجمالي لأيونات الهيدروكسيد وقسمة الناتج على كمية المحلول الإجمالية.
يكون تركيز أيونات الهيدروكسيد النهائي 0.017 مولار،وقيمة pOH و pH للمحلول تساوي 1.78 و 12.22 على التوالي.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: How do you calculate pH before any base is added to a strong acid?
For a strong acid like hydrochloric acid, complete ionization occurs, so the hydronium ion concentration equals the acid's molarity. For example, 0.10 M HCl produces 0.10 M hydronium ions, giving a pH of 1.0. Simply use pH = -log[H+] to find the initial pH of the solution.
Q2: What happens to pH when you add base before reaching the equivalence point?
Before the equivalence point, excess acid remains in solution. Calculate the moles of hydronium ions remaining by subtracting moles of added hydroxide from initial moles of hydronium, then divide by total volume. For instance, adding 25 mL of 0.10 M NaOH to 50 mL of 0.10 M HCl leaves 0.0025 moles of hydronium in 75 mL, yielding pH 1.48.
Q3: What is the pH at the equivalence point for a strong acid-strong base titration?
At the equivalence point, all hydronium ions from the acid are neutralized by hydroxide ions from the base, producing only water and salt. Neither the cation nor anion undergoes acid-base ionization, so only water autoprotolysis generates hydronium ions. The pH equals 7.0, making the solution neutral.
Q4: How do you determine pH after adding excess base past the equivalence point?
Beyond the equivalence point, all acid is consumed and pH is determined by excess hydroxide ions. Calculate the moles of hydroxide remaining by subtracting initial moles of hydronium from total moles of hydroxide, then divide by total volume. Use pOH = -log[OH-] and pH = 14 - pOH to find the final pH.
Q5: Why does pH change more dramatically near the equivalence point in strong acid-strong base titrations?
Near the equivalence point, small additions of base cause large changes in hydronium ion concentration because the buffer capacity is minimal. Before the equivalence point, excess acid resists pH change, but as the equivalence point approaches, nearly all acid is consumed, making the solution sensitive to small base additions.
Q6: What is the relationship between moles of acid and moles of base at the equivalence point?
At the equivalence point, the moles of hydronium ions from the acid equal the moles of hydroxide ions from the base. For monoprotic strong acid and strong base, this means the moles of acid and base are equal. Using the equation moles = molarity × volume, you can determine the volume of titrant needed to reach equivalence.
Q7: How does the volume of titrant added affect the total volume used in pH calculations?
The total volume in pH calculations includes both the initial acid solution and all added base titrant. For example, adding 25 mL of base to 50 mL of acid gives a total volume of 75 mL. This dilution effect is critical because it reduces the concentration of remaining hydronium or excess hydroxide ions, directly affecting the calculated pH.