Сколько будет pH полученного раствора после добавления 60 мл 0,01 м раствора гидроксида натрия к 30 мл 0,15 м раствора

Илья

38

Для начала, давайте рассчитаем количество вещества гидроксида натрия и уксусной кислоты, добавленных в реакцию.

Количество вещества гидроксида натрия (NaOH) можно рассчитать, умножив объем раствора на его молярность. В данном случае, объем раствора гидроксида натрия составляет 60 мл, а его молярность равна 0,01 М. Следовательно, количество вещества NaOH равно:

\[n_{NaOH} = V_{NaOH} \times C_{NaOH}\]
\[n_{NaOH} = 0.06 \, \text{л} \times 0.01 \, \text{М}\]
\[n_{NaOH} = 0.0006 \, \text{моль}\]

Аналогично, для уксусной кислоты (CH3COOH):

\[n_{CH3COOH} = V_{CH3COOH} \times C_{CH3COOH}\]
\[n_{CH3COOH} = 0.03 \, \text{л} \times 0.15 \, \text{М}\]
\[n_{CH3COOH} = 0.0045 \, \text{моль}\]

Далее, определим соотношение между CH3COOH и CH3COO-. Это происходит в результате диссоциации уксусной кислоты:

\[CH3COOH \rightleftharpoons CH3COO^- + H^+\]

Уксусная кислота (CH3COOH) проявляет себя как слабая кислота, а ее константа диссоциации Ka равна 1,8 * 10^(-5). Следовательно, можно сказать, что почти все молекулы уксусной кислоты не диссоциировали, и количество CH3COOH остается неизменным.

Теперь посмотрим на гидроксид натрия (NaOH). Он полностью диссоциировал в растворе, поэтому его количество вещества станет равным количеству OH- и Na+ и будет участвовать в реакции:

\[NaOH \rightleftharpoons Na^+ + OH^-\]

Из реакции видно, что количество OH- равно количеству NaOH, а молярность OH- будет равна:

\[C_{OH-} = \frac{{n_{NaOH}}}{{V_{r}}} = \frac{{0.0006 \, \text{моль}}}{{0.06 \, \text{л} + 0.03 \, \text{л}}} = \frac{{0.0006 \, \text{моль}}}{{0.09 \, \text{л}}} \approx 0.0067 \, \text{М}\]

Таким образом, после добавления 60 мл 0,01 М раствора гидроксида натрия к 30 мл 0,15 М раствора уксусной кислоты, полученный раствор будет иметь pH, определенный концентрацией OH-.

Теперь перейдем к изучению изменения pH при добавлении 5 мл 0,1 М раствора гидроксида натрия к этому буферному раствору.

Количество вещества гидроксида натрия (NaOH) во вновь добавленном объеме можно рассчитать аналогично:

\[n_{NaOH_{new}} = V_{NaOH_{new}} \times C_{NaOH_{new}}\]
\[n_{NaOH_{new}} = 0.005 \, \text{л} \times 0.1 \, \text{М}\]
\[n_{NaOH_{new}} = 0.0005 \, \text{моль}\]

Общее количество NaOH в растворе будет равно сумме количества NaOH от первоначального объема и от добавленного объема:

\[n_{NaOH_{total}} = n_{NaOH} + n_{NaOH_{new}} = 0.0006 \, \text{моль} + 0.0005 \, \text{моль}\]
\[n_{NaOH_{total}} = 0.0011 \, \text{моль}\]

Общий объем раствора также увеличивается на 5 мл:

\[V_{r_{total}} = V_r + V_{NaOH_{new}} = 0.09 \, \text{л} + 0.005 \, \text{л}\]
\[V_{r_{total}} = 0.095 \, \text{л}\]

Теперь мы можем рассчитать новую молярность OH-:

\[C_{OH-_{new}} = \frac{{n_{NaOH_{total}}}}{{V_{r_{total}}}} = \frac{{0.0011 \, \text{моль}}}{{0.095 \, \text{л}}} \approx 0.0116 \, \text{М}\]

Таким образом, pH буферного раствора изменится в результате изменения концентрации OH-. Чем выше концентрация OH-, тем ниже значений pH. Поскольку мы добавляем гидроксид натрия, который является основанием и повышает концентрацию OH-, pH буферного раствора снизится.

На основании полученных данных и рассчитанной концентрации OH- можно рассчитать новое значение pH с помощью формулы:

\[pOH = -\log{[OH^-]}\]
\[pOH_{new} = -\log{0.0116}\]
\[pOH_{new} \approx 1.94\]

Так как pH + pOH = 14, можно рассчитать новое значение pH:

\[pH_{new} = 14 - pOH_{new}\]
\[pH_{new} = 14 - 1.94\]
\[pH_{new} \approx 12.06\]

Таким образом, после добавления 5 мл 0.1 М раствора гидроксида натрия к данному буферному раствору, новое значение pH составит примерно 12.06.