Номер 2, страница 145 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

2. Больше или меньше семи будет $pH$ раствора после сливания равных объёмов растворов гидроксида калия и серной кислоты, имеющих молярную концентрацию $0,1 \text{ моль/дм}^3$?

Дано:

Раствор гидроксида калия (KOH) и раствор серной кислоты ($H_2SO_4$)

$V(KOH) = V(H_2SO_4) = V$

$C_M(KOH) = C_M(H_2SO_4) = 0,1$ моль/дм³

Перевод в СИ:

Концентрация $C_M = 0,1$ моль/дм³ = 100 моль/м³.

Объем $V$ дм³ = $V \cdot 10^{-3}$ м³.

Найти:

Сравнить pH итогового раствора с 7 (больше или меньше).

Решение:

При сливании растворов гидроксида калия (сильное основание) и серной кислоты (сильная кислота) происходит реакция нейтрализации. Запишем уравнение реакции:

$2KOH + H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$

Из уравнения реакции видно, что для полной нейтрализации 1 моль серной кислоты требуется 2 моль гидроксида калия. Стехиометрическое соотношение реагентов составляет $n(KOH) : n(H_2SO_4) = 2 : 1$.

Найдем количество вещества (в молях) каждого из реагентов. Так как объемы и молярные концентрации исходных растворов равны, возьмем объем $V$ и концентрацию $C = 0,1$ моль/дм³.

Количество вещества гидроксида калия: $n(KOH) = C \times V = 0,1 \times V \text{ моль}$

Количество вещества серной кислоты: $n(H_2SO_4) = C \times V = 0,1 \times V \text{ моль}$

Теперь определим, какой из реагентов находится в избытке. Согласно уравнению реакции, для полной реакции с $0,1V$ моль $H_2SO_4$ необходимо: $n_{необх.}(KOH) = 2 \times n(H_2SO_4) = 2 \times 0,1V = 0,2V \text{ моль}$

В нашем распоряжении имеется только $0,1V$ моль KOH, что в два раза меньше, чем требуется для полной нейтрализации серной кислоты. Следовательно, гидроксид калия прореагирует полностью, а серная кислота останется в избытке.

Поскольку после реакции в растворе останется избыток сильной кислоты ($H_2SO_4$), среда в итоговом растворе будет кислой.

Водородный показатель (pH) для кислой среды всегда имеет значение меньше 7.

Для подтверждения можно рассчитать итоговый pH.

Количество моль $H_2SO_4$, вступившей в реакцию с $0,1V$ моль KOH: $n_{реаг.}(H_2SO_4) = \frac{1}{2} n(KOH) = \frac{1}{2} \times 0,1V = 0,05V \text{ моль}$

Количество моль $H_2SO_4$, оставшейся в растворе (в избытке): $n_{ост.}(H_2SO_4) = n_{исх.}(H_2SO_4) - n_{реаг.}(H_2SO_4) = 0,1V - 0,05V = 0,05V \text{ моль}$

Общий объем раствора после сливания: $V_{общ.} = V(KOH) + V(H_2SO_4) = V + V = 2V$

Концентрация оставшейся серной кислоты: $C_{ост.}(H_2SO_4) = \frac{n_{ост.}(H_2SO_4)}{V_{общ.}} = \frac{0,05V}{2V} = 0,025 \text{ моль/дм}^3$

Серная кислота — сильная двухосновная кислота, диссоциирующая в воде (упрощенно считаем диссоциацию полной по обеим ступеням): $H_2SO_4 \rightarrow 2H^+ + SO_4^{2-}$

Концентрация ионов водорода в растворе: $[H^+] = 2 \times C_{ост.}(H_2SO_4) = 2 \times 0,025 = 0,05 \text{ моль/дм}^3$

Рассчитаем pH: $pH = -lg[H^+] = -lg(0,05) \approx 1,3$

Значение $1,3 < 7$, что подтверждает сделанный ранее вывод.

Ответ: pH раствора после сливания будет меньше семи.