Номер 1025, страница 162 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1025. Имеются два водных раствора с одинаковой молярной концентрацией хлороводородной и азотистой кислот. В каком растворе значение $pH$ будет выше и почему?

Дано:

Два водных раствора:

1. Раствор хлороводородной кислоты ($HCl$)
2. Раствор азотистой кислоты ($HNO_2$)

Молярные концентрации растворов одинаковы: $C_M(HCl) = C_M(HNO_2) = C$.

Найти:

В каком растворе значение pH будет выше и почему?

Решение:

Водородный показатель (pH) раствора связан с концентрацией ионов водорода ($H^+$) следующим соотношением:

$pH = -\log[H^+]$

Из этой формулы видно, что чем ниже концентрация ионов водорода $[H^+]$ в растворе, тем выше его значение pH. Чтобы определить, в каком из растворов pH выше, нужно сравнить концентрации ионов $H^+$ в них.

Концентрация ионов водорода зависит от силы кислоты, то есть от ее способности диссоциировать (распадаться на ионы) в воде.

1. Хлороводородная (соляная) кислота ($HCl$) является сильной кислотой. Это означает, что в водном растворе она диссоциирует практически полностью. Уравнение диссоциации:

   $HCl \rightarrow H^+ + Cl^-$

   Поскольку диссоциация полная, концентрация ионов водорода $[H^+]$ будет практически равна исходной молярной концентрации кислоты C. То есть, $[H^+]_{HCl} \approx C$.

2. Азотистая кислота ($HNO_2$) является слабой кислотой. Слабые кислоты диссоциируют в воде лишь частично, и в растворе устанавливается химическое равновесие:

   $HNO_2 \rightleftharpoons H^+ + NO_2^-$

   Из-за неполной диссоциации только малая часть молекул $HNO_2$ распадается на ионы. Поэтому концентрация ионов водорода $[H^+]$ будет значительно меньше исходной молярной концентрации кислоты C. То есть, $[H^+]_{HNO_2} < C$.

Сравнивая концентрации ионов водорода в двух растворах с одинаковой исходной молярной концентрацией $C$, получаем:

$[H^+]_{HCl} > [H^+]_{HNO_2}$

Поскольку pH и $[H^+]$ связаны обратной логарифмической зависимостью, то для значений pH будет справедливо обратное неравенство:

$pH_{HCl} < pH_{HNO_2}$

Таким образом, значение pH будет выше в растворе азотистой кислоты, так как ее кислотность ниже.

Ответ: Значение pH будет выше в растворе азотистой кислоты. Причина в том, что хлороводородная кислота является сильным электролитом и диссоциирует в воде полностью, создавая высокую концентрацию ионов $H^+$. Азотистая кислота — слабый электролит, она диссоциирует лишь частично, поэтому при той же молярной концентрации концентрация ионов $H^+$ в ее растворе будет ниже, а значение pH, соответственно, выше.