На сколько единиц рН 0,01 М раствора сульфида натрия больше, чем рН раствора гидросульфида натрия той же концентрации На сколько единиц рН 0,01 М раствора сульфида натрия больше, чем рН раствора гидросульфида натрия той же концентрации при температуре 298,15 К, если константы ступенчатой диссоциации H2S при указанной температуре равны Кa,1 = 1∙10–7, Кa,2 = 1∙10–13?
Чтобы найти разницу в pH между 0,01 М раствором сульфида натрия Na2SNa2SNa2S и гидросульфида натрия NaHSNaHSNaHS, нужно учитывать диссоциацию обеих солей в растворе.
Сульфид натрия Na2SNa2SNa2S: В растворе Na2S происходит полная диссоциация на ионы Na⁺ и S²⁻. Ион сульфида S2−S²⁻S2− является сильным основанием и может взаимодействовать с водой: S2−+H<em>2O⇌HS−+OH−
\text{S}^{2-} + \text{H}<em>2\text{O} \rightleftharpoons \text{HS}^- + \text{OH}^- S2−+H<em>2O⇌HS−+OH−
Для расчета pOH раствора можно воспользоваться выражением для равновесия и значением константы диссоциации: Учитывая, что K</em>b\text{K}</em>{b}K</em>b для S²⁻ можно найти как: Kb=K<em>wK</em>a2
K_b = \frac{K<em>w}{K</em>{a2}} Kb=K</em>a2K<em>w
где K<em>w=1.0×10−14K<em>w = 1.0 \times 10^{-14}K<em>w=1.0×10−14при298,15Kпри 298,15 Kпри298,15K, и K</em>a2K</em>{a2}K</em>a2 — константа диссоциации для H₂S.
Составим выражение для KbK_bKb: Kb=[HS−][OH−][S2−]
K_b = \frac{[HS^-][OH^-]}{[S^{2-}]} Kb=[S2−][HS−][OH−]
При начальной концентрации 0,01 М сульфида, если обозначим степень диссоциации через xxx, то: 0.01−x≈0.01(для малых x)
0.01 - x \approx 0.01 \quad (\text{для малых } x) 0.01−x≈0.01(длямалыхx)
Таким образом, Kb=x20.01=0.1
K_b = \frac{x^2}{0.01} = 0.1 Kb=0.01x2=0.1
Отсюда: x2=0.001 ⟹ x=0.001=0.03162
x^2 = 0.001 \implies x = \sqrt{0.001} = 0.03162 x2=0.001⟹x=0.001=0.03162
Значит, концентрация OH⁻ равна примерно 0.031620.031620.03162 М: pOH=−log(0.03162)≈1.50
pOH = -\log(0.03162) \approx 1.50 pOH=−log(0.03162)≈1.50
Следовательно, pH=14−pOH=14−1.50=12.50
pH = 14 - pOH = 14 - 1.50 = 12.50 pH=14−pOH=14−1.50=12.50
Гидросульфид натрия NaHSNaHSNaHS: В данном случае гидросульфид также диссоциирует на Na⁺ и HS⁻, который в свою очередь может диссоциировать: HS−⇌H++S2−
\text{HS}^- \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{S}^{2-} HS−⇌H++S2−
Здесь можно использовать константу Ka1K_{a1}Ka1: Ka=1×10−7
K_a = 1 \times 10^{-7} Ka=1×10−7
Здесь можно также использовать способ с x: Ka=x2(0.01−x)≈x20.01
K_a = \frac{x^2}{(0.01 - x)} \approx \frac{x^2}{0.01} Ka=(0.01−x)x2≈0.01x2
Таким образом, 1×10−7=x20.01 ⟹ x2=1×10−9 ⟹ x=0.0001 M (концентрация H⁺)
1 \times 10^{-7} = \frac{x^2}{0.01} \implies x^2 = 1 \times 10^{-9} \implies x = 0.0001 \text{ M (концентрация H⁺)} 1×10−7=0.01x2⟹x2=1×10−9⟹x=0.0001 M (концентрация H⁺)pH=−log(0.0001)=4.0
pH = -\log(0.0001) = 4.0 pH=−log(0.0001)=4.0
Разница в pH: Теперь можно найти разницу в pH между растворами: ΔpH=pH<em>Na2S−pH</em>NaHS=12.50−4.0=8.50
\Delta pH = pH<em>{\text{Na2S}} - pH</em>{\text{NaHS}} = 12.50 - 4.0 = 8.50 ΔpH=pH<em>Na2S−pH</em>NaHS=12.50−4.0=8.50
Таким образом, pH 0,01 М раствора сульфида натрия больше pH раствора гидросульфида натрия на 8.5 единиц.
Чтобы найти разницу в pH между 0,01 М раствором сульфида натрия Na2SNa2SNa2S и гидросульфида натрия NaHSNaHSNaHS, нужно учитывать диссоциацию обеих солей в растворе.
Сульфид натрия Na2SNa2SNa2S:
В растворе Na2S происходит полная диссоциация на ионы Na⁺ и S²⁻. Ион сульфида S2−S²⁻S2− является сильным основанием и может взаимодействовать с водой:
S2−+H<em>2O⇌HS−+OH− \text{S}^{2-} + \text{H}<em>2\text{O} \rightleftharpoons \text{HS}^- + \text{OH}^-
S2−+H<em>2O⇌HS−+OH− Для расчета pOH раствора можно воспользоваться выражением для равновесия и значением константы диссоциации:
Учитывая, что K</em>b\text{K}</em>{b}K</em>b для S²⁻ можно найти как:
Kb=K<em>wK</em>a2 K_b = \frac{K<em>w}{K</em>{a2}}
Kb =K</em>a2K<em>w где K<em>w=1.0×10−14K<em>w = 1.0 \times 10^{-14}K<em>w=1.0×10−14 при298,15Kпри 298,15 Kпри298,15K, и K</em>a2K</em>{a2}K</em>a2 — константа диссоциации для H₂S.
Kb=1.0×10−141.0×10−13=0.1 K_b = \frac{1.0 \times 10^{-14}}{1.0 \times 10^{-13}} = 0.1
Kb =1.0×10−131.0×10−14 =0.1
Составим выражение для KbK_bKb :
Kb=[HS−][OH−][S2−] K_b = \frac{[HS^-][OH^-]}{[S^{2-}]}
Kb =[S2−][HS−][OH−] При начальной концентрации 0,01 М сульфида, если обозначим степень диссоциации через xxx, то:
0.01−x≈0.01(для малых x) 0.01 - x \approx 0.01 \quad (\text{для малых } x)
0.01−x≈0.01(для малых x) Таким образом,
Kb=x20.01=0.1 K_b = \frac{x^2}{0.01} = 0.1
Kb =0.01x2 =0.1 Отсюда:
x2=0.001 ⟹ x=0.001=0.03162 x^2 = 0.001 \implies x = \sqrt{0.001} = 0.03162
x2=0.001⟹x=0.001 =0.03162 Значит, концентрация OH⁻ равна примерно 0.031620.031620.03162 М:
pOH=−log(0.03162)≈1.50 pOH = -\log(0.03162) \approx 1.50
pOH=−log(0.03162)≈1.50 Следовательно,
pH=14−pOH=14−1.50=12.50 pH = 14 - pOH = 14 - 1.50 = 12.50
pH=14−pOH=14−1.50=12.50
Гидросульфид натрия NaHSNaHSNaHS:
В данном случае гидросульфид также диссоциирует на Na⁺ и HS⁻, который в свою очередь может диссоциировать:
HS−⇌H++S2− \text{HS}^- \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{S}^{2-}
HS−⇌H++S2−
Здесь можно использовать константу Ka1K_{a1}Ka1 :
Ka=1×10−7 K_a = 1 \times 10^{-7}
Ka =1×10−7 Здесь можно также использовать способ с x:
Ka=x2(0.01−x)≈x20.01 K_a = \frac{x^2}{(0.01 - x)} \approx \frac{x^2}{0.01}
Ka =(0.01−x)x2 ≈0.01x2 Таким образом,
1×10−7=x20.01 ⟹ x2=1×10−9 ⟹ x=0.0001 M (концентрация H⁺) 1 \times 10^{-7} = \frac{x^2}{0.01} \implies x^2 = 1 \times 10^{-9} \implies x = 0.0001 \text{ M (концентрация H⁺)}
1×10−7=0.01x2 ⟹x2=1×10−9⟹x=0.0001 M (концентрация H⁺) pH=−log(0.0001)=4.0 pH = -\log(0.0001) = 4.0
pH=−log(0.0001)=4.0
Разница в pH:
Теперь можно найти разницу в pH между растворами:
ΔpH=pH<em>Na2S−pH</em>NaHS=12.50−4.0=8.50 \Delta pH = pH<em>{\text{Na2S}} - pH</em>{\text{NaHS}} = 12.50 - 4.0 = 8.50
ΔpH=pH<em>Na2S−pH</em>NaHS=12.50−4.0=8.50
Таким образом, pH 0,01 М раствора сульфида натрия больше pH раствора гидросульфида натрия на 8.5 единиц.