Kw, pH, pOH: แนวคิด วิธีคำนวณ แบบฝึกหัด exercise

THE ค่าคงที่ไอออไนซ์ ให้ น้ำ(กิโลวัตต์), อู๋ ศักยภาพของไฮโดรเจน(พีเอช) มันเป็น ศักยภาพของไฮดรอกซิไลโอนิก (พีโอเอช) พวกเขาเป็น มาตรการ สำคัญสำหรับการคำนวณที่เกี่ยวข้องกับ สมดุลเคมี ในสารละลายที่เป็นกรดและด่างตลอดจนในการกำหนดความเข้มข้นของ H ไอออน⁺ และโอ้^- ของโซลูชันที่เป็นปัญหา

Kw คืออะไร?

ผลิตภัณฑ์ไอออนิกของน้ำหรือ Kw (นี้ wหมายถึง น้ำ — น้ำ ในภาษาอังกฤษ) เป็นค่าคงที่ที่ใช้แทน ความสมดุลที่เกิดจากการทำให้น้ำแตกตัวเป็นไอออนในตัวเอง. แม้ในอัตราที่น้อยมาก น้ำแตกตัวเป็นไอออนก็ผลิต H ไอออน⁺ และโอ้^-ตามสมการเคมีต่อไปนี้

สมดุลน้ำอิออน

เมื่อวิเคราะห์สมการแล้ว เราพบว่าเมื่อ ไอออไนซ์ จากโมเลกุลของน้ำบริสุทธิ์จะทำให้เกิดไอออน H⁺ และ OH ไอออน^-, นั่นคือ ความเข้มข้นของไอออนเหล่านี้จะเท่ากันเสมอ. แม้ว่าจะมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นซึ่งทำให้อัตราการแตกตัวเป็นไอออนเพิ่มขึ้น ความเข้มข้นก็ยังคงเท่าเดิม

อ่านด้วย:พลังงานไอออไนซ์

อย่าเพิ่งหยุด... มีมากขึ้นหลังจากโฆษณา ;)

จากการวัดในการทดลอง คำนวณความเข้มข้นของ H ไอออน⁺ และโอ้^- (เกิดจาก self-ionization ของน้ำ) ที่อุณหภูมิ 25°C และค่า 1. 10^-7 นางสาว. นั่นคือ, ของโมเลกุลน้ำทั้งหมด 1 พันล้านโมเลกุล

, เท่านั้น สองได้รับไอออไนซ์. นี่แสดงให้เห็นว่าน้ำบริสุทธิ์มีระดับไอออนไนซ์ต่ำและอธิบายค่าที่ต่ำมาก การนำไฟฟ้า ของน้ำบริสุทธิ์

พิจารณาสิ่งที่แสดงข้างต้น เราสามารถเขียน write การแสดงออก ของค่าคงที่สมดุลของน้ำ:

ค่าคงที่ไอออไนซ์ของน้ำ (K_w).

การใช้ค่าความเข้มข้นของไอออน H⁺ และโอ้^- ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส เราสามารถคำนวณหาค่า K. ได้_w:

ตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้ค่านี้ของ K_w เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นดังแสดงในตารางด้านล่าง:

ที (°ซ)	Kw
10	0,29. 10^-14
20	0,68. 10^-14
25	1,00. 10^-14
30	1,47. 10^-14
40	2,92. 10^-14
60	9,40. 10^-14

หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ โปรดอ่านข้อความของเรา: ผลิตภัณฑ์น้ำอิออน.

pH และ pOH คืออะไร?

pH หรือศักย์ไฮโดรเจนไอออนิก จะกำหนดผ่านมาตราส่วนว่าสารนั้นเป็นกรด เบส หรือเป็นกลาง

ตัวย่อ pH หมายถึง ศักยภาพของไฮโดรเจน และถูกสร้างขึ้นโดยนักชีวเคมีชาวเดนมาร์ก โซเรน โซเรนเซ่น, ในปี พ.ศ. 2452 เพื่ออำนวยความสะดวกในการทำงานกับ ความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน [ห้⁺] ซึ่งมักจะแสดงเป็นเลขฐานสิบ หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับหัวข้อนี้ โปรดอ่านข้อความของเรา: pH คืออะไร?

สัญกรณ์แบบนี้ บ่งชี้เนื้อหา H ไอออน⁺ มีอยู่ในสารละลาย และถูกกำหนดโดยนิพจน์ทางคณิตศาสตร์:

ในทำนองเดียวกัน เราสามารถกำหนด pOH หรือศักย์ไฮดรอกซีไลออนิก ซึ่งบอกเราว่า ปริมาณไอออน OH^- มีอยู่ในสารละลาย. นิพจน์ทางคณิตศาสตร์ของมันคือ:

ในสารละลายที่เป็นน้ำจะมี H ไอออนเสมอ⁺ และโอ้^- (เนื่องจากการไอออไนซ์ที่ได้รับผลกระทบจากน้ำ) ที่จะนำมาใช้เพื่อกำหนดลักษณะของสารละลายใน กรด หรือ ขั้นพื้นฐาน. ไอออน H มากขึ้น⁺ มีอยู่ในสารละลายยิ่งมีความเป็นกรดมากขึ้น ดังนั้นการมีอยู่ของ OH ไอออน^- ในการแก้ปัญหาจะทำให้เป็นพื้นฐานมากขึ้น หากมีความสมดุลในปริมาณของไอออนเหล่านี้ สารละลายจะถูกจำแนกเป็น เป็นกลาง.

มาตราส่วน pH

มาตราส่วน pH จะแสดงด้วยค่าตั้งแต่ 0 ถึง 14 (ค่าที่วัดที่ 25°C) ดูมาตราส่วน pH ในภาพด้านล่าง:

ยิ่ง pH ต่ำของสารละลายความเป็นกรดของมันยิ่งใหญ่กว่า และยิ่งใกล้จุดสิ้นสุดของมาตราส่วน นั่นคือ ยิ่งเข้าใกล้ 14 อักขระพื้นฐานก็จะยิ่งมากขึ้น ตัวอย่างเช่น น้ำมะนาวมีค่า pH 2 ในขณะที่สารฟอกขาวมีค่า pH 12

วิธีการคำนวณค่า pH และ pOH

รู้จัก ความเข้มข้นของไอออน, เราทำได้ คำนวณค่า ของ pH และ pOH ของสารละลาย และเมื่อทราบค่าที่เป็นไปได้ เราจะคำนวณ calculate ความเข้มข้นของไอออนในสารละลาย. เพื่อจุดประสงค์นี้จะใช้นิพจน์ต่อไปนี้:

ไปที่ตัวอย่าง:

ตัวอย่าง 1

หากเราต้องการทราบค่า pH ของสารละลายด้วย [H⁺] = 0.001 mol/L เพียงใช้สูตรที่นำเสนอก่อนหน้านี้:

ตัวอย่าง 2

ทีนี้มาดูว่าความเข้มข้นของ OH. คืออะไร^- ของสารละลายที่มี pOH = 5 เพียงแทนที่ค่าในสูตรต่อไปนี้:

ถ้าเราใช้มาตราส่วนศักย์เดียวกันสำหรับความสมดุลของไอออนิกของน้ำ เราจะมี:

ตามที่ระบุไว้ ที่ 25 องศาเซลเซียส Kw = 10^-14. ดังนั้น:

ด้วยวิธีนี้ เราสามารถคำนวณ pOH ของสารละลายตามค่า pH ของมันได้ ถ้าเรามีสารละลายที่มีค่า pH 3 แล้ว pOH ของมันจะเป็น 11

เรียนรู้เพิ่มเติม: สื่อกลาง กรด และเบส

แบบฝึกหัดแก้ไข

คำถามที่ 1 (UEFS-BA) ความเข้มข้นของไอออน OH^–_{(ที่นี่)} ในสารละลายแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ที่กำหนด ที่อุณหภูมิ 25 °C เท่ากับ 1.10^–3 นางสาว. pOH ของโซลูชันนี้คือ:

ก) 0

ข) 1

ค) 3

ง) 11

จ) 13

ความละเอียด: จดหมาย C. ถ้าเรามี [OH^–] = 10^–3 mol/L ดังนั้น pOH ของคุณจะเท่ากับ 3

ดู:

คำถามที่ 2 (UEA-AM) พิจารณาข้อมูลต่อไปนี้ ซึ่งได้จากฉลากน้ำแร่ในเมือง Porto Seguro (BA):

ไนเตรต 1.45 มก./ลิตร
pH ที่ 25°C 4.51

น้ำแร่นี้คือ

ก) เป็นกรดและมี [H⁺] < [OH^–].

b) เป็นกรดและมี [H⁺] > [OH^–].

c) เป็นกลางและมี [H⁺] = [OH^–].

d) พื้นฐานและมี [H⁺] > [OH^–].

จ) พื้นฐานและมี [H⁺] < [OH^–].

ความละเอียด: จดหมายข. เนื่องจากค่า pH ของน้ำแร่ที่แจ้งบนฉลากมีค่าน้อยกว่า 7 เราจึงสามารถพูดได้ว่ามันเป็นสารละลายที่เป็นกรด ดังนั้นความเข้มข้นของไอออน H⁺ ใหญ่กว่า OH's^-.

คำถามที่ 3 (UEA-AM) วิธีหนึ่งในการผลิตก๊าซไฮโดรเจนอย่างรวดเร็วในห้องปฏิบัติการคือทำปฏิกิริยากับสังกะสีที่เป็นผงกับกรดไฮโดรคลอริก (HCl) ที่ความเข้มข้น 1.0 โมลต่อลิตร:

สังกะสี (s) + 2 HCl (aq) _→ ZnCl₂ (aq) + H₂ (ช)

เมื่อพิจารณาว่ากรดไฮโดรคลอริกนั้นแตกตัวเป็นไอออน 100% และสารละลายอยู่ที่ 25°C ถูกต้องที่จะระบุว่า pH ของสารละลายกรดไฮโดรคลอริกที่กล่าวถึงในข้อความคือ

1. 0
2. 1
3. 3
4. 13
5. 14

ความละเอียด:จดหมาย. เราสามารถคำนวณค่า pH ของสารละลายโดยใช้ความเข้มข้นของ HCl ที่แจ้งในข้อความ เนื่องจากความเข้มข้นของ [H⁺] จะเหมือนกันเพราะสำหรับโมเลกุล HCl ที่แตกตัวเป็นไอออนแต่ละโมเลกุล H ไอออนหนึ่งตัว⁺ จะถูกสร้างขึ้น ดังนั้น:

โดย Victor Ferreira Ferr
ครูสอนเคมี