29967 skanuj0074 (13)

144

5. KA»lumuglJonowe w rozdttkzonych roztworach wodnych

S.3. Koiłwory kwasów wkjoprotonowydi

145

I

5.3. Roztwory kwasów widoprotonowycli

Bilans ładunków. Zgodnie z równaniem (1):

i

i

i

i

Przykład 6

Obliczyć stężenie jonów oksoniowych i siarczkowych w roztworze kwasu siarkowodorowego (H₂S) o stężeniu c ■ 0,1 mol/dm³. Stałe piotolizy kwasu

rM

K*i -1,2*10% Kd ■ 1,3*10 , iloczyn jonowy wody Kw= 1,0*10 MODEL STECHTOMETRYCZNY

Kwas siarkowodorowy jest słabym kwasem dwuprotonowym. Proces protołizy zachodzi dwustopniowo. W roztworze ustalają się następujące równo* wagi:

H₂S + H₂O^HS'+H_JO^f    (6.1>1

HS“+HjO ^ S^a"+HjO*

2H₂0 = 0tr+Hj0*    (63)i

Składniki roztworu: jony łfcO*, HS", S²", OH", cząsteczki niezdysocjowanego kwasu H2S i H2O.

c«s-⁺²^^+coh-"V    ⁽⁶⁸⁾

Ocena kompletności modelu matematycznego. W pięciu niezależnych liniowo równaniach (6.4) - (6.8) występuje pięć niewiadomych: stężenia c_HjQ., c_|js.,

c^i c_HjS. Wartości K,j, K^, K_w i stężenie formalne kwasu c podano treści zadania. Stężenie wody jest stałe i wynosi c_Hj0 = 55,34 mol/dm³. Model matematyczny jest kompletny.

UPROSZCZONY MODEL MATEMATYCZNY

Rozwiązanie analityczne modelu (6.4) - (6.8) ze względu na c_Hj0.

prowadzi do równania czwartego stopnia (6.9). Model można jednak uprościć.

Cs

w

K *c*c

MODEL MATEMATYCZNY Opis równowagi

Równowagę reakcji pierwszego stopnia protołizy kwasu siarkowodorowego (6.1) opisuje stała protołizy K«i:

V - ^ChS~ ^C)h°*

- ,    -+JŁl

^C^0* ^+C||jO*^+K»i'^K»2 ^ch,o* ^{+c + K}uK.i ^cH>o*

Uproszczenie modelu

W równaniu bilansu ładunków można pominąć te jony, których stężenie jest wyraźnie mniejsze od pozostałych. Kwas siarkowodorowy jest kwasem słabym. Ponieważ wartość stałej Ku * 1,2-10% należy spodziewać się, że w roztworze (c - 0,1 mel/dm³) stężenie cząstek niezdysocjowanych będzie więksge od stężenia jonów HS‘ i S²".

HjO*

(6.9)

(6.4)

°iw^>cwV

(6-10)

'HjS

Ponieważ:

Równowagę reakcji (6.2) - stała K&:

K.Z-

(6.5)

można przyjąć, że

k.,»k.₂

HS“

Równowagę autodysocjacji wody - iloczyn jonowy wody K«:

^Kw " V ^coir

Bilans materiałowy. Kwas siarkowodorowy występuje w roztworze w postaci jonów HS", S²" oraz cząsteczek niczdysocjowanych H2S. Stężenie formalne (analityczne) kwasu (c) jest więc sumą stężeń wszystkich cząstek: ^c"^c.«r ^+ch*

(6.6)

(6.7)

^cm,s^>chs-^>V

(6.11)

(6.12)

Z nierówności (6.11) wynika również, że o odczynie roztworu decydaje reakcja (6.1). Stężenie jonów HjO* jest nieznacznie większe od stężenia wodorosiarczków. Źródłem jonów OH" jest reakcja (63), której równowaga jest przesunięta w lewo (roztwór kwaśny). Stąd:

^CW^>V^iCHT^>>C0H-'V

W roztworze najmniej będzie jonów wodorotlenkowych i siarczków. Można więc przyjąć, żc: