Каков будет pH раствора, в котором содержится 4,6 г муравьиной кислоты и 8,4 г формиата калия в 1 литре? Как изменится

Paryaschaya_Feya

30

Хорошо, давайте решим эту задачу поэтапно.

Шаг 1: Найдем количество молей муравьиной кислоты (HCOOH) и формиата калия (HCOOK) в данном растворе.

Для этого мы воспользуемся формулой:

\[
\text{количество молей} = \frac{\text{масса вещества}}{\text{молярная масса}}
\]

Молярная масса муравьиной кислоты (HCOOH) равна 46 г/моль, а молярная масса формиата калия (HCOOK) равна 86 г/моль.

Для муравьиной кислоты:
\[
\text{количество молей HCOOH} = \frac{4.6\text{ г}}{46\text{ г/моль}} = 0.1\text{ моль}
\]

Для формиата калия:
\[
\text{количество молей HCOOK} = \frac{8.4\text{ г}}{86\text{ г/моль}} \approx 0.098\text{ моль} \quad \text{(округляем до трех знаков после запятой)}
\]

Шаг 2: Определим соотношение между муравьиной кислотой и ее конъюгированной основой (формиатом калия).

Формиат калия является солевым формиатом и диссоциирует в растворе на ионы формата (HCOO-) и калия (K+). Диссоциация происходит по следующему уравнению:

\[
\text{HCOOK} \rightarrow \text{HCOO-} + \text{K+}
\]

Таким образом, соотношение между муравьиной кислотой (HCOOH) и формиатом калия (HCOOK) в растворе равно 1:1.

Шаг 3: Расчитаем общий объем раствора для полученных веществ.

Мы знаем, что объем раствора составляет 1 литр.

Шаг 4: Рассчитаем молярность муравьиной кислоты и формиата калия в растворе.

Молярность вычисляется по формуле:

\[
\text{молярность} = \frac{\text{количество молей}}{\text{объем раствора в литрах}}
\]

Для муравьиной кислоты:

\[
\text{молярность HCOOH} = \frac{0.1 \text{ моль}}{1 \text{ л}} = 0.1 \text{ М}
\]

Для формиата калия:

\[
\text{молярность HCOOK} = \frac{0.098 \text{ моль}}{1 \text{ л}} = 0.098 \text{ М}
\]

Шаг 5: Рассчитаем pH раствора, содержащего муравьиную кислоту и формиат калия.

Здесь нам понадобится знание константы диссоциации кислоты (Ka) и формулы для расчета pH буферного раствора:

\[
\text{pH} = \text{pKa} + \log\left(\frac{\text{концентрация основы}}{\text{концентрация кислоты}}\right)
\]

Для муравьиной кислоты pKa равен около 3.75.

Заметим, что при добавлении солевого формиата калия, муравьиная кислота и ее конъюгированная основа находятся в слабобазовом равновесии, создавая буферный раствор, который способен устойчиво поддерживать pH.

Подставим значения:

\[
\text{pH} = 3.75 + \log\left(\frac{0.098}{0.1}\right)
\]

\[
\text{pH} = 3.75 + \log(0.98)
\]

\[
\text{pH} \approx 3.75 - 0.0086 \approx 3.74 \quad \text{(округляем до двух знаков после запятой)}
\]

Таким образом, pH раствора будет около 3.74.

Шаг 6: Рассмотрим изменение pH буферного раствора формиата калия при добавлении растворов HCl и NaOH.

1) При добавлении 1 мл 1 М HCl.

Добавление раствора сильной кислоты (HCl) приведет к реакции нейтрализации с формиатом калия в буферном растворе. Количество предоставленного раствора HCl равно 1 мл, что соответствует 0.001 литрам.

Зная концентрацию раствора HCl, мы можем рассчитать количество молей кислоты, добавленной в раствор:

\[
\text{количество молей HCl} = \text{концентрация}\times\text{объем} = 1\text{ М}\times0.001\text{ л} = 0.001\text{ моль}
\]

Так как муравьиная кислота и формиат калия находятся в соотношении 1:1, количество молей формиата калия уменьшится на 0.001 моль.

Теперь мы можем пересчитать концентрацию муравьиной кислоты и формиата калия после добавления HCl.

Для муравьиной кислоты:

\[
\text{количество молей HCOOH} = 0.1\text{ моль} - 0.001\text{ моль} = 0.099\text{ моль}
\]

\[
\text{молярность HCOOH} = \frac{0.099\text{ моль}}{1\text{ л}} = 0.099\text{ М}
\]

Для формиата калия:

\[
\text{количество молей HCOOK} = 0.098\text{ моль} - 0.001\text{ моль} = 0.097\text{ моль}
\]

\[
\text{молярность HCOOK} = \frac{0.097\text{ моль}}{1\text{ л}} = 0.097\text{ М}
\]

Теперь мы можем повторить шаг 5 и рассчитать новый pH раствора после добавления HCl. Подставив новые значения в уравнение, мы получим новое значение pH.

2) При добавлении 1 г NaOH в 1 литр.

Добавление раствора сильной основы (NaOH) также приведет к реакции нейтрализации с муравьиной кислотой в буферном растворе. Здесь добавленное количество NaOH составляет 1 г, что соответствует 0.001 моль.

Так как муравьиная кислота и формиат калия находятся в соотношении 1:1, количество молей муравьиной кислоты уменьшится на 0.001 моль.

Теперь мы можем пересчитать концентрацию муравьиной кислоты и формиата калия после добавления NaOH.

Для муравьиной кислоты:

\[
\text{количество молей HCOOH} = 0.099\text{ моль} - 0.001\text{ моль} = 0.098\text{ моль}
\]

\[
\text{молярность HCOOH} = \frac{0.098\text{ моль}}{1\text{ л}} = 0.098\text{ М}
\]

Для формиата калия:

\[
\text{количество молей HCOOK} = 0.097\text{ моль} - 0.001\text{ моль} = 0.096\text{ моль}
\]

\[
\text{молярность HCOOK} = \frac{0.096\text{ моль}}{1\text{ л}} = 0.096\text{ М}
\]

Аналогично, мы можем повторить шаг 5 и рассчитать новый pH раствора после добавления NaOH.

Пожалуйста, обратите внимание, что концентрации и pH раствора могут незначительно различаться из-за упрощенных округлений в процессе вычислений.

Надеюсь, эта информация поможет вам понять данную задачу!