Растворы слабой кислоты

Слабая кислота, такая как синильная кислота, является кислотой Бренстеда, поскольку она отдает протон молекуле воды и образует ион гидроксония. Слабая кислота частично диссоциирует в воде в соответствии с ее константой кислотной диссоциации Ka, которая составляет 4, 9 10⁻¹⁰ для синильной кислоты. Для синильной кислоты Ka равен концентрации гидроксония, умноженной на концентрацию цианид-ионов, деленную на концентрацию синильной кислоты.

Константа кислотной диссоциации Ka может использоваться для определения концентрации иона гидроксония в слабом кислотном растворе и, следовательно, pH раствора. Концентрация ионов гидроксония и значение pH 0, 15 М раствора синильной кислоты могут быть рассчитаны с использованием его выражения равновесия и данных таблицы концентраций. Концентрации синильной кислоты, гидроксония и цианида в исходном состоянии и в состоянии равновесия могут быть выражены в таблице, которая показывает начальную, изменяющуюся и равновесную концентрации каждой из молекул.

Для достижения равновесия начальная концентрация исходных веществ уменьшается по мере того, как начальная концентрация продуктов увеличивается в соответствии с их молярными соотношениями. Это изменение концентрации исходных веществ и продуктов обозначается x. Подстановка равновесных концентраций в выражение для Ka дает x, умноженное на x, деленное на 0, 15 минус x.

Во многих слабых кислотах x, степень диссоциации, вероятно, будет очень маленькой по сравнению с начальной концентрацией 0, 15 моль на литр. 0, 15 минус x можно принять равным приблизительно 0, 15. При решении уравнения получаем x равно 8, 6 10⁻⁶ моль.

Приближение 0, 15 минус x, равное 0, 15, допустимо только в том случае, если x меньше 5%от 0, 15 моль. Здесь x составляет 0, 0057%от 0, 15 моль, и, следовательно, это приближение справедливо. Следовательно, концентрация гидроксония составляет 8, 6 10⁻⁶ моль.

Чтобы определить pH, возьмите отрицательный логарифм концентрации иона гидроксония. Решение этой проблемы показывает, что значение pH 0, 15 М раствора синильной кислоты составляет 5, 07. pH раствора можно использовать для определения Ka слабой кислоты.

Например, уксусная кислота частично диссоциирует на ионы гидроксония и ионы ацетата при растворении в воде. Ка для уксусной кислоты может быть выражено как концентрация иона гидроксония, умноженная на концентрацию ацетат-иона, деленная на концентрацию уксусной кислоты. Если pH у 0, 20 М раствора уксусной кислоты составляет 2, 72, можно вычислить его концентрацию гидроксония, которая составляет 1, 9 10⁻³ моль.

Таблица концентраций может быть построена на основе начальной и равновесной концентраций уксусной кислоты, ионов гидроксония и ацетат-ионов. Используя значащие цифры, 0, 20 минус 1, 9 10⁻³ по существу равно 0, 20. Подставляя значения равновесия в выражение Ka, получаем Ka равняется 1, 8 10⁻⁵.