Как правильно рассчитать концентрацию ионов водорода и рН в растворе серной кислоты

Задача 101. 
Вычислите [Н⁺] и рН 0,01 М и 0,05 Н растворов Н₂SO₄. 
Решение:
C_M(Н₂SO₄) = 0,01 М;
C_H(Н₂SO₄) = 0,05 М;
a) Вычисление [Н⁺] и рН 0,01 М раствора Н₂SO₄

Так как Н₂SO₄ двухосновная кислота и является сильным электролитом, то концентрация ионов водорода будет равна удвоенному значению ее молярности.

[Н⁺] = 2С_М(Н₂SO₄) = (2 · 0,01) = 2 · 10^-2 моль/дм³;
рН = -lg[Н⁺] = -lg2 · 10^-2 = 2 -  lg2 = 2 - 0,30 = 1,70.

б) Вычисление [Н⁺] и рН 0,05 Н раствора Н₂SO₄

Так как Н₂SO₄ двухосновная кислота и является сильным электролитом, то концентрация ионов водорода будет равна ее нормальности.

[Н⁺] = С_Н(Н₂SO₄) = (1 · 0,05) = 5 · 10^-2 моль/дм³;
рН = -lg[Н⁺] = -lg5 · 10^-2 = 2 -  lg5 = 2 - 0,70 = 1,30.

Ответ: а) [Н⁺] = 2 · 10^–2 моль/дм³; рН = 1,70; б) [Н+] =
= 5 · 10^–2 моль/дм³; рН = 1,30. 
 

Задача 102. 
Вычислите [Н⁺] и рН раствора Н₂SO₄ с массовой долей кислоты 0,5% (р = 1,00 г/см³). 
Решение:
М(Н₂SO₄) = 98 г/моль;
w% = 0,5% или 0,005;
р = 1,00 г/см³.

1. Рассчитаем молярность раствора кислоты

C_M(Н₂SO₄) = (w% · p · 1000)/М(Н₂SO₄) =
= (0,005 · 1,00 г/см³ · 1000 cм³)/98 г/моль = 0,05 M.

Так как Н₂SO₄ двухосновная кислота и является сильным электролитом, то концентрация ионов водорода будет равна удвоенному значению ее молярности.

[Н⁺] = 2С_М(Н₂SO₄) = (2 · 0,05) = 1 · 10^-1 моль/дм3;
рН = -lg[Н⁺] = -lg1 · 10^-1 = 1 -  lg1 = 1 - 0,00 = 1,00.

Ответ: [Н⁺] = 0,1 моль/дм³;рН =  1,00. 

Задача 103. 
Вычислите [Н⁺] и рН 0,5 М раствора гидроксида аммония. 
Решение:
К_D(NH₄OH) =  1,76 · 10^–5;
C_M(NH₄OH) =  0,5 М.

Схема диссоциации NH₄OH: 

NH₄OH ⇔ NН₄⁺ + OH^–  

Поскольку К_D(NH₄OH) << C_M(NH₄OH) так как (1,76 · 10_–5) << 0,5, то можно считать, что равновесная концентрация недиссоциированного основания равна его общей концентрации:  С_М(NH₄OH) = 0,5 моль/дм³. 

Для слабых оснований [H⁺] вычисляют по формуле:

рН = -lg[Н⁺] = -lg3,37 · 10^-12 =
= 12 -  lg3,37 = 12 - 0,53 = 11,47.

Ответ:  [Н⁺] = 3,37 · 10^–12 моль/дм³;рН = 11,47.