Jesteśmy już na samym końcu obliczania pH. Nie pojawi się już tutaj nic trudnego, ponieważ na maturze jedyne co może się wydarzyć, to zmieszanie ze sobą mocnych kwasów i zasad, ponieważ mieszanie słabych elektrolitów bardzo mocno komplikuje sprawę i jest to raczej przedmiot zainteresowania Olimpiady Chemicznej, a nie matury.

1. Obliczanie pH mieszaniny mocny kwas + mocna zasada

Są właściwie trzy pseudoróżne przypadki, które mogą się tutaj pojawić. Jedyne co tutaj może się zmieniać, to stechiometria w jakiej będą reagować ze sobą kwas i zasadą. Dlatego, aby Wam namieszać, to typowo wrzucą Wam wodorotlenek baru oraz kwas siarkowy. Innymi słowy, kwas który będzie dwuprotonowy oraz zasadę dwuwodorotlenową. Oto trzy typowe kombinacje zadań tego typu :

Żeby ogarnąć obliczanie pH mieszaniny, zawsze luczowe będzie pisania równania reakcji, a dalej jest to już zwykłe zadanie ze stechiometrii.

Mocna zasada z mocnym kwasem będą się neutralizować. Nieważne jakiego mocnego kwasu i jakiej mocnej zasady użyjemy, reakcja będzie przebiegać zawsze według równania :

H⁺ + OH^ー ⟶ H₂O

To co nam pozostanie do roboty, to ustalenie ile zostanie jonów lub po reakcji, a więc musimy zwyczajnie ustalić co jest w nadmiarze, obliczyć ile tego związku zostanie po reakcji zobojętnienia, a następnie wyliczenie pH.

Oblicz pH mieszaniny, powstałej w wyniku zmieszania 250 ml NaOH (c = 0,4 mol • dm^ー3) oraz 300 ml HCl (c = 0,3 mol • dm^ー3 ).

Piszemy równanie reakcji oraz obliczamy liczby moli substratów otrzymując n_HCl = 0,3 • 0,3 = 0,09 mol oraz n_NaOH = 0,25 • 0,4 = 0,1 mol

HCl + NaOH ⟶ NaCl + H₂O

W takim razie po reakcji zostało 0,01 mola wodorotlenku sodu, a całkowita objętość roztworu wynosi V = 0,25 + 0,3 = 0,55 dm³ . Wyliczamy zatem stężenie NaOH po reakcji (w nowej objętości) jak równe 0,01 : 0,55 = 0,018 mol • dm^ー3 . NaOH dysocjuje całkowicie :

NaOH ⟶ Na⁺ + OH^ー

Czyli pOH = − log (0,018) = 1,74 ⇒ pH = 12,26

Oblicz pH mieszaniny, powstałej w wyniku zmieszania 100 ml Ba(OH)₂ (c = 0,2 mol • dm^ー3) oraz 100 ml HCl (c = 0,3 mol • dm^ー3 ).

Piszemy równanie reakcji oraz obliczamy liczby moli substratów otrzymując n_HCl = 0,3 • 0,1 = 0,03 mol oraz n_Ba(OH)2 = 0,2 • 0,1 = 0,02 mol . *Szybka (pochopna) ocena mogła by Was wprowadzić w maliny , bo można pomyśleć, że kwasu użyto za dużo (jest w nadmiarze). Ale zobaczmy na równanie reakcji :

Ba(OH)₂ + 2HCl ⟶ BaCl₂ + 2H₂O

W takim razie po reakcji zostało 0,005 mola wodorotlenku baru, a całkowita objętość roztworu wynosi V = 0,1 + 0,1 = 0,2 dm³ . Wyliczamy zatem stężenie Ba(OH)₂ po reakcji (w nowej objętości) jako równe 0,005 : 0,2 = 0,025 mol • dm^ー3 . Ba(OH)₂ dysocjuje całkowicie, musimy tylko uważać, bo z jednego mola wodorotlenku powstanie aż dwa mole jonów OH^ー :

Ba(OH)₂ ⟶ Ba²⁺ + 2OH^ー

Czyli pOH = − log (2 • 0,025) = 1,3 ⇒ pH = 12,7

Oblicz pH mieszaniny, powstałej w wyniku zmieszania 250 ml NaOH (c = 0,28 mol • dm^ー3) oraz 200 ml H₂SO₄ (c = 0,18 mol • dm^ー3 ).

Piszemy równanie reakcji oraz obliczamy liczby moli substratów otrzymując n_H2SO4 = 0,18 • 0,2 = 0,036 mol oraz n_NaOH = 0,25 • 0,28 = 0,07 mol

H₂SO₄ + 2NaOH ⟶ Na₂SO₄ + 2H₂O

W takim razie po reakcji zostało 0,001 mola kwasu siarkowego, a całkowita objętość roztworu wynosi V = 0,25 + 0,2 = 0,45 dm³ . Wyliczamy zatem stężenie H₂SO₄ po reakcji (w nowej objętości) jak równe 0,001 : 0,45 = 0,0022 mol • dm^ー3 . H₂SO₄ dysocjuje całkowicie, musimy tylko uważać, bo z jednego mola kwasu powstanie aż dwa mole jonów H⁺ :

H₂SO₄ ⟶ 2H⁺ + SO₄^2ー

Czyli pH = −log (2 • 0,0022) = 2,46

2. Obliczanie pH mieszaniny, czyli co jeszcze mogłoby się pojawić ?

Jeżeli chodzi o samą kwestię mieszania kwasu i zasady to omówiliśmy już wszystko, co może się pojawić na maturze. Jedyne komplikacje na jakie można tutaj liczyć, to dodatkowe zabawy na stężeniach.

➤ zamiast podania stężenia molowego (c) związku mogliby podać stężenie procentowe (C_p) i gęstość (d), z którego dopiero należałoby wyliczyć stężenie molowe.

➤ na samym końcu (po zmieszaniu kwasu + zasady), można jeszcze roztwór rozcieńczyć lub zatężyć, co oczywiście nie wpływa na liczbę moli, a wpływa jedynie na całkowitą objętość.