Qual é o pH de uma solução que é 5,0 × 10 2 M em H2CO3?

Qual é o pH de uma solução que é 5,0 × 10 2 M em H2CO3?
Anonim

Responda:

Ver abaixo:

Aviso: Resposta longa!

Explicação:

# H_2CO_3 #ou ácido carbônico, é um ácido fraco formado a partir do dióxido de carbono que reage com a água.

# CO_2 (g) + H_2O (l) espigas direitas H_2CO_3 (aq) #

Sendo um ácido fraco, dissociar-se-á apenas parcialmente na água e terá uma constante de dissociação. # K_a #, do # 4,3 vezes 10 ^ -7 # de acordo com esta tabela. Realmente, o ácido carbônico é diprótico, o que significa que ele pode se dissociar duas vezes, então temos um segundo # K_a # valor para a segunda dissociação: # K_a = 4,8 vezes 10 ^ -11 #. O que também contribuirá para o # pH #. (embora em menor extensão que a primeira dissociação)

Vamos configurar a equação de dissociação para # K_a # da primeira dissociação:

# K_a = (H_3O ^ + vezes HCO_3 ^ (-) / (H_2CO_3) #

Agora, vamos ligar nossos valores para a concentração do ácido carbônico, junto com o # K_a # valor.

# 4,3 vezes 10 ^ -7 = (H_3O ^ + vezes HCO_3 ^ (-)) / (5,0 vezes 10 ^ -2) #

# 2.15 vezes 10 ^ -8 = (H_3O ^ + vezes HCO_3 ^ (-)) #

Agora, podemos supor que # H_3O ^ + = HCO_3 ^ (-) # como eles existem em uma proporção de 1: 1 na solução. Isso permite tirar a raiz quadrada da expressão # (H_3O ^ + vezes HCO_3 ^ (-) # encontrar as respectivas concentrações:

#sqrt (2,15 vezes 10 ^ -8) aproximadamente (1,47 vezes 10 ^ -4) = (H_3O ^ + = HCO_3 ^ (-)) #

Agora, na segunda dissociação, o # HCO_3 ^ (-) # o íon atuará como o ácido e, portanto, a concentração dessa espécie, que encontramos na primeira dissociação, será o valor do denominador na nova # K_a # expressão:

# K_a = (H_3O ^ + vezes CO_3 ^ (2 -) / (HCO_3 ^ -) #

# 4,8 vezes 10 ^ -11 = (H_3O ^ + vezes CO_3 ^ (2 -)) / (1,47 vezes 10 ^ -4) #

#approx 7,04 vezes 10 ^ -15 = H_3O ^ + vezes CO_3 ^ (2 -) #

#sqrt (7,04 vezes 10 ^ -15) aproximadamente 8,39 vezes 10 ^ -8 = H_3O ^ + = CO_3 ^ (2 -) #

Então a concentração de íons Oxônio, # H_3O ^ + #, que determinam a # pH #, é aproximadamente # (1,47 vezes 10 ^ -4) + (8,39 vezes 10 ^ -8) aproximadamente 1,47 vezes 10 ^ -4 #.

Em outras palavras, a segunda dissociação era tão pequena que poderia ser considerada insignificante. Mas vamos ser meticulosos.

Agora, usando a equação para encontrar # pH # podemos calcular o # pH # desta solução.

# pH = -log H_3O ^ + #

# pH = -log 1,47 vezes 10 ^ -4 #

#pH aproximadamente 3.83 #