JAK ODRÓŻNIĆ pH OD PECHA?

dr inż. Łukasz Górski

Zadanie 1.

Oblicz stężenie jonów wodorowych w czystej chemicznie wodzie oraz jej pH, znając stałą autodysocjacji wody K = 1,8 • 10^-16.

Rozwiązanie:

Obliczamy stężenie molowe wody w wodzie:

M_H2O = 18 g/mol

d_H2O = 1 g/cm³

V = 1 dm³ = 1000 cm³

m = 1000 cm³ • 1 g/cm³ = 1000 g

n = 1000 g / 18 g/mol = 55,56 mola

Cm = 55,56 mol / 1 dm³ = 55,56 mol/dm³

K = [H⁺] • [OH^-] / [H₂O] = 1,8 • 10^-16

K • [H₂O] = [H⁺] • [OH^-]

K • [H₂O] = 1,8 • 10^-16 • 55,56 mol/dm³ = 10^-14 mol/dm³ = [H⁺] • [OH^-]

Z równania autodysocjacji wody:

H₂O → H⁺ + OH^-

wynika, że [H⁺] = [OH^-], stąd:

[H⁺] • [OH^-] = [H⁺]² = 10^-14mol/dm³

[H⁺] = 10^-7mol/dm³

Z uproszczonej definicji pH:

pH = -logc_H+ = -log 10^-7 = 7

Zadanie 2.

Oblicz pH roztworu kwasu solnego o stężeniu 10^-8 mol/dm³.

Rozwiązanie:

Stężenie jonów wodorowych z autodysocjacji wody: 10^-7 mol/dm³.

Stężenie jonów wodorowych z dysocjacji kwasu solnego (kwas mocny, dysocjacja zachodzi całkowicie): 10^-8 mol/dm³.

Całkowite stężenie jonów wodorowych: 10^-7 mol/dm³ + 10^-8 mol/dm³ = 0,00000011 mol/dm³.

Z uproszczonej definicji pH:

pH = -log c_H+ = -log 0,00000011 = 6,95

Zadanie 3.

Sprawdź możliwość zastosowania naparu z czarnej herbaty jako wskaźnika kwasowo-zasadowego.

Wykonanie:

Przygotować niezbyt mocny napar z czarnej herbaty, ostudzić go. Przelać do dwu zlewek lub przeźroczystych szklanek. Do jednej z nich dodać niewielką ilość dowolnego kwasu (może być sok z cytryny), obserwować rozjaśnianie się barwy naparu. Do drugiej zlewki dolać substancji o charakterze zasadowym (może być soda oczyszczona) i obserwować ciemniejszą barwę naparu.

Wniosek:

napar z czarnej herbaty może być zastosowany jako wskaźnik kwasowo-zasadowy.

Zadanie 4.

Oblicz stężenie molowe kwasu ortofosforowego(V) w napoju typu Cola, jeżeli na zmiareczkowanie próbki o objętości 10 cm³ wobec tymoloftaleiny jako wskaźnika zużyto 4,2 cm³ roztworu NaOH o stężeniu 0,1000 mol/dm³.

Rozwiązanie:

Przy zastosowaniu tymoloftaleiny jako wskaźnika, reakcja przebiega według równania:

H₃PO₄ + 2NaOH → Na₂HPO₄ + 2H₂O

Obliczamy ilość zużytego wodorotlenku sodu:

V = 4,3 cm³ = 0,0043 dm³

Cm = 0,1 mol/dm³

n = 0,0043 dm³ • 0,1 mol/dm³ = 0,00043 mol

Na podstawie równania reakcji, ilość moli kwasu fosforowego jest dwukrotnie mniejsza:

n _H3PO4 = 0,000215 mola

Ta ilość kwasu znajduje się w 10 cm³ (0,01 dm³) Coli, stąd stężenie:

Cm = 0,000215 mola / 0,01 dm³ = 0,0215 mol/dm³

Zadanie 5.

Zaproponuj skład roztworu, który będzie miał prawie stałe pH, nawet po dodaniu niewielkich ilości mocnego kwasu lub zasady (roztwór buforowy). Na podstawie odpowiednich równań reakcji wyjaśnij zasadę utrzymywanie pH przez taki roztwór.

Rozwiązanie:

Roztwory buforowe to roztwory słabych kwasów i ich soli lub słabych zasad i ich soli. Często stosowany jest np. bufor octanowy, będący roztworem kwasu octowego i octanu sodu. Zasada działania:

CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O

Dodana do roztworu buforowego zasada jest zobojętniana przez kwas octowy.

CH₃COONa + HCl → CH₃COOH + NaCl

Dodany do roztworu kwas wypiera z soli słaby kwas octowy, a więc jony wodorowe są wiązane przez anion octanowy.

SŁOWNIK

pH - ujemny logarytm aktywności jonów wodorowych w badanym roztworze.

kwas (wg Arrheniusa) - substancja odszczepiająca jony wodorowe w roztworach wodnych.

zasada - (wg Arrheniusa) - substancja odszczepiająca jony wodorotlenowe w roztworach wodnych.

chemia analityczna - dział chemii zajmujący się ilościowym i jakościowym określaniem składu próbek.

miareczkowanie - technika analityczna polegająca na stopniowym dodawaniu roztworu reagenta (titranta) z biurety do badanej próbki. Ilość oznaczanej substancji jest określana na podstawie ilości i stężenia titranta zużytego w reakcji.

pH-metr - urządzenie służące do pomiaru pH próbek. Jest to zazwyczaj czuły miliwoltomierz, mierzący potencjał elektrody czułej na pH (np. elektrody szklanej).

Zeszyt ćwiczeń

Projekt współfinansowany z Europejskiego Funduszu Społecznego w ramach Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki

3

Projekt współfinansowany z Europejskiego Funduszu Społecznego w ramach Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki

---