W tym zadaniu musisz wykonać obliczenia, które pomogą Ci określić pH roztworów Na₂CO₃ oraz NaHCO₃.

1. pH roztworu węglanu sodu.

$\text{[math]}$

$\text{[math]}$ , więc $\text{[math]}$

$\text{[math]}$ , $\text{[math]}$

$\text{[math]}$

gdzie: $\text{[math]}$ - całkowite stężenie zasady

dla $\text{[math]}$ więc $\text{[math]}$ i wtedy $\text{[math]}$

$\text{[math]}$

Oznaczamy $\text{[math]}$ i otrzymujemy wzór: $\text{[math]}$

Podstawiamy wartości liczbowe:

$\text{[math]}$

Czyli $\text{[math]}$

$\text{[math]}$

2. pH roztworu amfiprotem $\text{[math]}$

W roztworze występują równowagi:

$\text{[math]}$

$\text{[math]}$ oraz $\text{[math]}$ .

Dla roztworu wodorowęglanu:

$\text{[math]}$

$\text{[math]}$ , więc $\text{[math]}$

Odpowiedź: Roztwór $\text{[math]}$ o stężeniu 1 mol/dm³ma pH = 12,15, a roztwór $\text{[math]}$ o takim samym stężeniu – pH = 8,3.

1. pH roztworu węglanu sodu.

Jon $\text{[math]}$ jest zasadą Brønsteda, więc w roztworze wodnym ulega dysocjacji zasadowej zgodnie z równaniem:

$\text{[math]}$

$\text{[math]}$ , więc $\text{[math]}$

$\text{[math]}$ , $\text{[math]}$

W tej reakcji powstaje jon wodorowęglanowy ( $\text{[math]}$ ), który jest znacznie słabszą zasadą niż jon $\text{[math]}$ (porównanie wartości: $\text{[math]}$ ), więc jego dysocjację zasadową można pominąć.

$\text{[math]}$

gdzie: $\text{[math]}$ - całkowite stężenie zasady

dla $\text{[math]}$ więc $\text{[math]}$ i wtedy $\text{[math]}$

Na przykład, gdy $\text{[math]}$ , czyli możemy skorzystać z uproszczonego wzoru, więc $\text{[math]}$

$\text{[math]}$

Jeżeli stężenie zasady jest małe, np. $\text{[math]}$ , wtedy $\text{[math]}$ i trzeba korzystać z pełnego wzoru na $\text{[math]}$ .

Oznaczamy $\text{[math]}$ i otrzymujemy wzór: $\text{[math]}$

Podstawiamy wartości liczbowe:

$\text{[math]}$

Czyli $\text{[math]}$

$\text{[math]}$

3. pH roztworu amfiprotem $\text{[math]}$

Jon $\text{[math]}$ jest amfiprotem, więc może zarówno przyjąć jon wodoru, jak i go oddać. Do tej pory nie obliczaliśmy pH takich roztworów, więc tu wyprowadzimy odpowiednią zależność na ogólnych wzorach $\text{[math]}$ .

W roztworze występują równowagi:

$\text{[math]}$

Pomijamy autodysocjację wody. W roztworze zawierającym jony amfiprotu $\text{[math]}$ jony $\text{[math]}$ pojawiają się w wyniku dysocjacji kwasowej amfiprotu ( $\text{[math]}$ ), a zużywane w wyniku dysocjacji zasadowej amfiprotu ( $\text{[math]}$ ).

Dlatego: $\text{[math]}$

Podstawiamy stężenia $\text{[math]}$ ze wzorów na stałe dysocjacji $\text{[math]}$ .

$\text{[math]}$

Mnożymy obie strony przez $\text{[math]}$ wyrazy z $\text{[math]}$ przenosimy na lewą stronę równania i wyłączamy $\text{[math]}$ przed nawias:

$\text{[math]}$

Dzielimy obie strony równania przez wyrażenie w nawiasie i wyciągamy pierwiastek, żeby otrzymać stężenie jonów $\text{[math]}$ .

$\text{[math]}$

Gdy stężenie amfiprotu jest dużo większe niż wartość $\text{[math]}$ , w mianowniku pod pierwiastkiem można pominąć $\text{[math]}$ i wtedy skraca się wyraz $\text{[math]}$ .