Расчет константы гидролиза, степени гидролиза и рН растворов карбоната натрия

 

 

Задача 98. 
В 500 см³ раствора содержится Nа₂СО₃ массой 2,52 г. Определить рН и степень гидролиза соли. 
Решение:
V(Nа₂СО₃) = 500 см³;
m(Nа₂СО₃) = 2,52 г;
K_D1(Н₂СО₃) = 4,50 · 10^–7;
М(Nа₂СО₃) = 106,00 г/моль;
pH = ?
h = ?

1. Определение молярности раствора соли Nа₂СО₃

С_М(Nа₂СО₃) = [m(Nа₂СО₃) · 1000/500]/М(Nа₂СО₃) = [2,52 · 1000/500]/106,00 = 8,2/82,00 = 0,0475 M.

2. Расчет константы гидролиза соли

Nа₂СО₃ - соль сильного основания и слабой двухосновной кислоты, поэтому гидролиз, в основном, проходит в одну ступень (1-я ступень) по аниону:

СО₃^2– + H₂O = НСО₃^– + OH^–

Константа гидролиза карбоната натрия определяется константой диссоциации по первой ступени образовавшейся кислоты Н₂СО₃ и определяется по формуле:

Kr = K_D(H₂O)/K_D(кислота)

Тогда

Kr = K_D(H₂O)/K_D1(Н₂СО₃) = (1 · 10^-14)/(4,50 · 10^–7) = 2,2 · 10^–8. 

3. Определение степени гидролиза соли

Степень гидролиза определяется по формуле:

4. Расчет рН раствора соли образованной сильным основанием и слабой кислотой

Так как гидролиз соли Nа₂СО₃ протекает с выделением ОН- - ионов, то рассчитаем [OH-]:

[OH¯] = h · C_M = (6,8 · 10^–4)·(0,0475) = 3,2 · 10^–5 моль/дм³;
рОН = -lg[OH^–] = -lg3,2 · 10^–5 = 5 - 0,50 = 4,50;
pH = 14 - pOH = 14 - 4,50 = 9,50.

Ответ: рН = 9,50; h = 6,8 · 10^–2%. 
 

---

Задача 99. 
Вычислите рН и степень гидролиза соли в 0,05 М растворе Nа₂СО₃. Чему будет равен рН, если раствор разбавить водой в 5 раз? 
Решение:
K_D(Н₂О) = 1,00 · 10^–14
K_D1(Н₂СО₃) = 4,50 · 10^–7;
С_М1(Nа2СО3) = 0,05 М;
pH₁ = ?
h₁ = ?
pH₂ = ?
h₂ = ?

а) Вычисление рН и степени гидролиза соли Nа₂СО₃ до разбавления ее водой

1. Расчет константы гидролиза соли

Nа₂СО₃ - соль сильного основания и слабой двухосновной кислоты, поэтому гидролиз, в основном, проходит в одну ступень (1-я ступень) по аниону:

СО32– + H2O = НСО3– + OH–

Константа гидролиза определяется константой диссоциации по первой ступени образовавшейся кислоты Н2СО3 и определяется по формуле:

Kr = KD(H₂O)/KD(кислота)

Тогда

Kr = K_D(H₂O)/K_D1(Н₂СО₃) = (1 · 10^_¯14)/(4,50 · 10^–7) = 2,2 · 10^–8. 

2. Определение степени гидролиза соли до разбавления ее водой

Степень гидролиза определяется по формуле:

3. Расчет рН₁ раствора соли Nа₂СО₃ до разбавления 

Так как гидролиз соли Nа₂СО₃ протекает с выделением ОН^– - ионов, то рассчитаем [OH^–]:

[OH^–]₁ = h · C_M = (6,6 · 10^–4)·(0,05) = 3,32 · 10^–5 моль/дм³;
рОН₁ = -lg[OH^–]₁ = -lg3,32 · 10^–5 = 5 - 0,52 = 4,48;
pH₁ = 14 - pOH = 14 - 4,50 = 9,50.

б) Вычисление рН и степени гидролиза соли Nа₂СО₃ после разбавления ее водой

Так как раствор соли разбавили водой в 5 раз, то и молярность раствора уменьшилась тоже в 5 раз

Тогда

С_М2(Nа₂СО₃) = С_М1(Nа₂СО₃)/5 = 0,05/5 = 0,01 M.

1. Определение степени гидролиза соли после разбавления ее водой

2. Расчет рН₂ раствора соли Nа₂СО₃ после разбавления ее водой

Так как гидролиз соли Nа₂СО₃ протекает с выделением ОН^– - ионов, то рассчитаем [OH^–]:

[OH^–]₂ = h · C_M = (1,48 · 10^–3)·(0,01) = 1,48 · 10^–5 моль/дм³;
рОН₂ = -lg[OH^–]₂ = -lg1,48 · 10^–5 = 5 - 0,17 = 4,83;
pH₂ = 14 - pOH = 14 - 4,83 = 9,17.

Ответ: рН₁ = 9,52; h₁ = 0,066%;  h₂ = 0,148%; рН₂ = 9,17.
 

---

Задача 100. 
Вычислите рН и степень гидролиза соли в 0,05 М растворе Nа₂СО₃. Чему будет равен рН, если раствор разбавить водой в 10 раз? 
Решение:
K_D(Н₂О) = 1,00 · 10^–14;
K_D1(Н₂СО₃) = 4,50 · 10^–7;
С_М1(Nа₂СО₃) = 0,05 М;
pH₁ = ?
h₁ = ?
pH₂ = ?
h₂ = ?

а) Вычисление рН и степени гидролиза соли Nа₂СО₃ до разбавления ее водой

1. Расчет константы гидролиза соли

Nа₂СО₃ - соль сильного основания и слабой двухосновной кислоты, поэтому гидролиз, в основном, проходит в одну ступень (1-я ступень) по аниону:

СО₃^2– + H₂O = НСО₃^– + OH^–

Константа гидролиза определяется константой диссоциации по первой ступени образовавшейся кислоты Н₂СО₃ и определяется по формуле:

Kr = K_D(H₂O)/KD(кислота)

Тогда

Kr = K_D(H₂O)/K_D1(Н₂СО₃) = (1 · 10^–14)/(4,50 · 10^–7) = 2,2 · 10^–8. 

2. Определение степени гидролиза соли до разбавления ее водой

Степень гидролиза определяется по формуле:

3. Расчет рН₁ раствора соли Nа₂СО₃ до разбавления 

Так как гидролиз соли Nа₂СО₃ протекает с выделением ОН^– - ионов, то рассчитаем [OH^–]:

[OH^–]₁ = h · C_M = (6,6 · 10^–4)·(0,05) = 3,3 · 10^–5 моль/дм³;
рОН₁ = -lg[OH^–]₁ = -lg3,3 · 10^–5 = 5 - 0,52 = 4,48;
pH₁ = 14 - pOH = 14 - 4,48 = 9,52.

б) Вычисление рН и степени гидролиза соли Nа₂СО₃ после разбавления ее водой

Так как раствор соли разбавили водой в 10 раз, то и молярность раствора уменьшилась тоже в 10 раз

Тогда

С_М2(Nа₂СО₃) = С_М1(Nа₂СО₃)/5 = 0,05/10 = 0,005 M.

1. Определение степени гидролиза соли после разбавления ее водой

2. Расчет рН₂ раствора соли Nа₂СО₃ после разбавления ее водой

Так как гидролиз соли Nа₂СО₃ протекает с выделением ОН^– - ионов, то рассчитаем [OH^–]:

[OH^–]₂ = h · C_M = (2,1 · 10^–5)·(0,005) = 1,05 · 10^–7 моль/дм³;
рОН₂ = -lg[OH^–]₂ = -lg1,05 · 10^–7 = 7 - 0,02 = 6,98;
pH₂ = 14 - pOH = 14 - 6,98 = 7,02.

Ответ: рН₁ = 9,52; h₁ = 0,066%;  h₂ = 1,05 · 10^–3%; рН₂ = 7,02. 

 

---