Obliczenia miareczkowania: słaby kwas – mocna zasada

pH na różnych etapach miareczkowania słabym kwasem lub zasadą oblicza się przy użyciu różnych metod w różnych punktach miareczkowania.

Jeżeli głównym wyznacznikiem pH jest słaby kwas lub zasada, stosuje _{się Ka a} lub K_b i tabelę ICE lub równanie Hendersona-Hasselbalcha. Jeżeli po reakcji neutralizacji obecny jest mocny kwas lub zasada, do obliczenia pH wykorzystuje się stężenie pozostałych jonów hydroniowych lub wodorotlenkowych.

Początkowe pH 50 ml 0,10 M roztworu kwasu octowego wynosi 2,87 i oblicza się je przy użyciu K_a i tabeli ICE, ponieważ głównym czynnikiem jest kwas octowy.

Jeśli ten roztwór zawierający 0,0050 moli octanu jest miareczkowany 0,10 M wodorotlenkiem sodu, jony wodorotlenkowe reagują z kwasem octowym, tworząc octan, w wyniku czego powstaje bufor.

Dlatego po dodaniu 10 ml wodorotlenku sodu zawierającego 0,0010 moli jonów wodorotlenkowych powstaje 0,0010 mola octanu i pozostaje 0,0040 mola kwasu octowego. pH buforu można obliczyć, podstawiając te wartości do równania Hendersona-Hasselbalcha i wynosi ono 4,14.

Po dodaniu 25 ml wodorotlenku sodu połowa początkowych moli kwasu octowego przekształca się w octan. W tym momencie pH jest równe pK_a, ponieważ ilość kwasu octowego i jonu octanowego jest równa.

Dalsze dodawanie wodorotlenku sodu do 50 ml przekształca wszystkie cząsteczki kwasu octowego w octan i osiągany jest punkt równoważnikowy. Ponieważ jony octanowe są zasadowe, punkt równoważności leży w obszarze zasadowym.

Stężenie jonu octanowego oblicza się, dzieląc liczbę moli przez całkowitą objętość roztworu.

pH określa się za pomocą K_b dla jonów octanowych i tabeli ICE, ponieważ jon octanowy jest głównym czynnikiem przyczyniającym się do pH w punkcie równoważnikowym.

K_b dla octanu oblicza się według wzoru K_w = K_a × K_b i wynosi 5,6 × 10⁻¹⁰.

Podstawienie stężeń równowagowych w wyrażeniu na K_b daje stężenie wodorotlenku 5,3 × 10⁻⁶ M. pH i pH roztworu wynoszą odpowiednio 5,28 i 8,72.

Dalsze dodawanie wodorotlenku sodu do roztworu powoduje powstanie mieszaniny jonów octanowych i wodorotlenku sodu. Jednak końcowe stężenie wodorotlenku sodu decyduje o pH roztworu, ponieważ jest to silniejsza zasada niż octan.

Dlatego, jeśli do roztworu doda się 70 ml wodorotlenku sodu, końcowe stężenie jonów wodorotlenkowych można obliczyć, odejmując całkowitą liczbę moli kwasu octowego 0,0050 moli od całkowitej liczby moli dodanych jonów wodorotlenkowych 0,0070 moli i dzieląc je przez całkowitą objętość roztworu, 120 ml lub 0,12 l.

Ponieważ stężenie jonów wodorotlenkowych wynosi 0,017 M, oblicza się, że pOH i pH roztworu wynoszą odpowiednio 1,78 i 12,22.