Calcularea pH-ului după reacția acid tare cu bază tare

Calcularea pH-ului unei soluții după amestecarea AT cu BT

Calculați pH-ul soluției obținute la amestecarea a 1 litru soluție HCl de 4% (ρ_sol.=1,02 g/cm³) cu 1 litru soluție NaOH 5% (ρ_sol.=1,054 g/cm³). Densitatea soluției finale este de 1,019 g/cm³.

Se dă: Vsol.(HCl) = 1 L=1000 cm3 ω(HCl) = 4% =0,04 ρsol.(HCl) = 1,02 g/cm3 Vsol.(NaOH) = 1 L =1000 cm3 ω(NaOH)=5%=0,05 ρsol.(NaOH) = 1,054 g/cm3  ρsol.fin. = 1,019 g/cm3	Rezolvare: Pentru a calcula pH-ul unei soluții utilizăm formula: pH = ─ lg[H+], unde prin [H+] se notează concentrația molară a ionilor de hidrogen. La amestecarea soluțiilor de HCl și NaOH are loc reacția: HCl+NaOH=NaCl+H2O. În soluție are loc reacția ionică: H+ + OH─= H2O Astfel, pentru determinarea pH-ul soluției finale trebuie să calculăm concentrația ionilor H+.
pH = ?

  

1.      Calculăm m_sol.(HCl)= ρ_sol.·V_sol.= 1,02 g/cm³·1000 cm³=1020 g

2.      Calculăm m(HCl)= ω_.·m_sol.= 0,04·1020 g= 40,8 g

3.      Calculăm cantitatea de HCl dizolvată:  υ(HCl) = m:M = 40,8 g: 36,4609 g/mol = 1,1190 mol

4.      Din ecuația de disociere a lui HCl:

 HCl → H⁺+ Cl^─

^{1 mol         1 mol}

se observă că υ(HCl) = υ(H⁺)=1,1190 mol, deoarece raportul molar în ecuație este 1:1.

5.      Calculăm m_sol.(NaOH)= ρ_sol.·V_sol.= 1,054 g/cm³·1000 cm³=1054 g

6.      Calculăm m(HCl)= ω_.·m_sol.= 0,05·1054 g= 52,7000 g

7.      Calculăm cantitatea de NaOH dizolvată:  υ(NaOH=m:M = 52,7000 g: 39,9959 g/mol= =1,3176 mol

8.      Din ecuația de disociere a lui NaOH:

NaOH → Na⁺+ OH^─

  ^{1 mol                             1 mol}

se observă că υ(NaOH) = υ(OH^─)=1,3176 mol, deoarece raportul molar în ecuație este 1:1.            

9.      Determinăm ionii în exces, conform ecuației:

H⁺ + OH^─= H₂O

 Deoarece raportul molar în ecuație este 1:1 , se observă că υ(H⁺)< υ(OH^─); 1,1190 mol<1,3176 mol. 
După reacție, în soluție există exces de ioni OH^─ . 

10.  Calculăm cantitatea de ioni  în soluția finală (excesul) :

υ(OH^─)_reacționat= υ(H⁺)=1,1190 mol, deoarece raportul molar în ecuație este 1:1.

υ(OH^─)_exces= υ(OH^─)_inițial–υ(OH^─)_reacționat=1,3176 mol–1,1190 mol=0,1986 mol

11.  Calculăm masa soluției finale: 

      m_sol.fin. = m_sol.(HCl)+ m_sol.(NaOH)=1020 g+1054 g = 2074 g

12.  Calculăm volumul soluției finale: 

      V_sol.fin.= m_sol.fin.:ρ_sol.fin.=2074 g: 1,019 g/cm³=2035,33 cm³₌ 2,0353 L

13.  Calculăm concentrația de  ioni hidroxil în soluția finală:

  C_M(OH^─) =υ(OH^─)_exces: V_sol.fin. = 0,1986 mol: 2,0353L=9,7578·10^─2 mol/L.

Deoarece valoarea concentrației ionilor OH^─  _>>10^─7 mol/L, vom neglija ionii OH^─ formați din disocierea apei.

14.  Calculăm [H⁺] utilizând relația [H⁺]·[OH^─] = 10^─14

[H⁺]=10^─14:[OH^─] =10^─14:9,7578· 10^─2 = 1,0248· 10^─13 mol/L

15.  Calculăm pH-ul soluției:

pH = ─ lg[H⁺] = ─lg1,0248· 10^─13= ─ lg1,0248 ─ lg10^─13= ─0,0106 +13 = 12,9894

                                                                                                   Răspuns: pH = 12,9894