弱酸のpHを計算する方法|化学

弱酸は水中で完全に解離しないため、弱酸の pH の計算は強酸の pH の決定よりも少し複雑です。幸いなことに、pH の計算式は単純です。

重要ポイント:弱酸の pH

弱酸の pH を求めるのは、強酸の pH を求めるよりも少し複雑です。酸は完全にイオンに解離しないためです。
pH 方程式は同じ (pH =-log[H]) ですが、酸解離定数 (Ka) を使用する必要があります。 ) [H] を検索します。
水素イオン濃度を求めるには、主に 2 つの方法があります。 1つは二次方程式を含みます。もう 1 つは、弱酸が水中でほとんど解離せず、pH に近似していると仮定しています。どちらを選択するかは、答えをどれだけ正確にする必要があるかによって異なります。宿題には二次方程式を使います。ラボで簡単に見積もるには、概算を使用してください。

弱酸性の問題の pH

0.01 M 安息香酸溶液の pH は?

所与:安息香酸 Ka =6.5×10

ソリューション

安息香酸は水中で次のように解離します:

C₆ H₅ COOH → H + C₆ H₅ COO

Ka の式です:

カ_ア =[H][B]/[HB]

ここで:
[H] =H イオンの濃度
[B] =共役塩基イオンの濃度
[HB] =解離していない酸分子の濃度
反応 HB → H + B

安息香酸は C₆ ごとに 1 つの H イオンを解離します H₅ COO イオンなので [H] =[C₆ H₅ COO].

HB から解離する H の濃度を x とすると、[HB] =C - x C は初期濃度です。

これらの値を Ka 式:

Ka =x · x / (C -x)
Ka =x²/(C - x)
(C - x)Ka =x²
x² =CKa - xKa
x² + Ka x - CKa =0

二次方程式を使用して x を解きます:

x =[-b ± (b² - 4ac)]/2a

x =[-Ka + (Ka ² + 4CKa )]/2

**注** 技術的には、x には 2 つの解があります。 x は溶液中のイオン濃度を表すため、x の値を負にすることはできません。

Ka の値を入力してくださいと C:

Ka =6.5 x 10
C =0.01 M

x ={-6.5 x 10 + [(6.5 x 10)² + 4(0.01)(6.5 x 10)]}/2
x =(-6.5 x 10 + 1.6 x 10)/2
x =(1.5 x 10)/2
x =7.7 x 10

pH を求める:

pH =-log[H]

pH =-log(x)
pH =-log(7.7 x 10)
pH =-(-3.11)
pH =3.11

答え

0.01 M 安息香酸溶液の pH は 3.11 です。

解決策:弱酸性の pH を見つける手っ取り早い方法

ほとんどの弱酸は、溶液中でほとんど解離しません。この溶液では、酸は 7.7 x 10 M しか解離していないことがわかりました。元の濃度は、解離イオン濃度よりも 1 x 10 つまり 770 倍強かったです。

C - x の値は、C に非常に近く、変更されていないように見えます。 Ka の (C - x) を C に置き換えると、方程式、

Ka =x²/(C - x)
Ka =x²/C

これにより、二次方程式を使用して x を解く必要がなくなります:

x² =Ka ·C

x² =(6.5 x 10)(0.01)
x² =6.5 x 10
x =8.06 x 10

pHを求める

pH =-log[H]

pH =-log(x)
pH =-log(8.06 x 10)
pH =-(-3.09)
pH =3.09

2 つの答えは、わずか 0.02 の差でほぼ同じであることに注意してください。また、最初の方法の x と 2 番目の方法の x の差はわずか 0.000036 M であることに注意してください。ほとんどの実験室の状況では、2 番目の方法は「十分」であり、はるかに簡単です。

値を報告する前に、作業内容を確認してください。弱酸の pH は 7 未満 (中性ではない) である必要があり、通常は強酸の値よりも低くなります。例外があることに注意してください。たとえば、塩酸の pH は 1 mM 溶液で 3.01 ですが、フッ化水素酸の pH も低く、1 mM 溶液で 3.27 の値です。

ソース

Bates, Roger G. (1973). pH の測定:理論と実践 .ワイリー
A.K.コヴィントン。ベイツ、RG。ダースト、R. A. (1985)。「pHスケールの定義、標準参照値、pHの測定、および関連用語」. Pure Appl.化学 . 57 (3):531–542. doi:10.1351/pac198557030531
Housecroft, C.E.; Sharpe、AG（2004）。 無機化学 (第 2 版)。プレンティス・ホール。 ISBN 978-0130399137.
Myers, Rollie J. (2010). 「百年のpH」。 Journal of Chemical Education . 87 (1):30–32. doi:10.1021/ed800002c
マイスラー G.L.;ター D.A. （1998）。 無機化学 ( 第 2 版）。プレンティスホール。 ISBN 0-13-841891-8.