Химия: расследуем мир веществ Урок 65 из 67
Как разбавление меняет pH и где перестаёт работать простое правило?
Свяжем сохранение количества кислоты с логарифмом и вкладом самой воды.
Опорная карта
Схема модели
Только бумага, калькулятор и готовые данные. Не пробуйте, не нюхайте, не смешивайте и не нагревайте химикаты; не открывайте бытовые средства и неизвестные ёмкости. Нейтральный pH не доказывает безопасность. Не применяйте учебную нейтрализацию к коже, глазам, разливам или неизвестным смесям.
Ситуация и вопрос
В дневнике 10 мл раствора HCl с концентрацией 0,010 моль/л довели до конечного объёма 100 мл. «В десять раз разбавили — pH уменьшился в десять раз», — записал ученик. Найдите две ошибки рассуждения. Это описание расчётной модели, не инструкция по приготовлению раствора.
Новые слова без пропусков
При отсутствии потерь количество внесённой кислоты сохраняется: c₁V₁=c₂V₂. Для сильной одноосновной кислоты, когда её вклад намного больше вклада воды и концентрационное приближение применимо, c(H₃O⁺)≈c(HCl). Десятикратное разбавление увеличивает pH примерно на единицу. Слова «кислый» и «безопасный» не являются противоположностями.
Предскажите
Предскажите направление изменения: воды в модели больше, кислотных единиц столько же. Концентрация H₃O⁺ станет ниже или выше? Что сделает знак минус перед логарифмом? Укажите конечный объём раствора, а не объём добавленной воды; эти данные в общем случае не взаимозаменяемы.
Исследуйте или разберите данные
Рассчитайте n=0,010×0,010 моль, затем c₂=n/0,100 л. Для начального и конечного растворов вычислите pH при 25 °C. После этого рассмотрите отдельную карточку с аналитической c(HCl)=10⁻⁸ моль/л. Можно ли игнорировать самоионизацию воды и получить щелочной раствор простым добавлением кислоты?
| Объект / шаг | Дано / расчёт | Вывод |
|---|---|---|
| 0.010 L; 0.010 mol/L | n = 0.00010 mol | pH ≈ 2 |
| V₂ = 0.100 L | c₂ = 0.0010 mol/L | pH ≈ 3 |
| c(HCl) = 10⁻⁸ mol/L | нужен вклад воды | не pH 8 |
Разобранный пример
Получаем n=0,00010 моль и c₂=0,0010 моль/л. В принятом приближении pH изменяется с 2 до 3: концентрация падает в десять раз, pH растёт на единицу. Для очень малой концентрации 10⁻⁸ моль/л простое приближение неприменимо: вода вносит сопоставимые ионы. Добавление HCl не делает чистую воду щелочной.
Где легко ошибиться
Ошибка: бесконечно продолжать pH=−lg c(HCl), не проверяя предел применимости, либо сохранять прежнюю степень ионизации слабой кислоты после разбавления. При приближении к нейтральности учитывают равновесие воды; для слабой кислоты — также её равновесие. Даже pH близко к 7 не определяет безопасность и чистоту.
Перенос в новый случай
Новый случай: в бумажной модели 20 мл 0,0010 моль/л сильной одноосновной кислоты дают конечные 200 мл. Найдите c₂ и приближённый pH при 25 °C. Затем назовите недостающее условие для такого же расчёта слабой кислоты. Не предлагайте проверять модель с реальной кислотой.
Ответ и проверка памяти
Проверка: c₂=0,00010 моль/л и pH≈4; количества кислоты до и после равны 0,000020 моль. Для слабой кислоты нужны данные о новом равновесии, одной формальной концентрации недостаточно. Восстановите цепочку «баланс → конечный объём → применимость → pH» и подпишите все ограничения.
Задание
10 мл 0,0010 моль/л HCl доведены в модели до 100 мл: pH при 25 °C?
Ответы
Показать ответы
При малом вкладе воды и концентрационном приближении c₂=0,00010 моль/л, pH≈4; n=0,000010 моль сохраняется.
Когда вернуться
Закройте страницу и через 10 минут воспроизведите карту, определите термины своими словами и решите новый случай. Через сутки и через неделю повторите без подсказки. Если ошибка осталась, вернитесь к разобранному примеру и запишите, какой шаг был пропущен.
Источники и границы
Если вы нашли ошибку или опечатку в тексте статьи, то сообщите нам об этом
Комментарии (0)
Войдите, чтобы оставить комментарий →
Пока нет комментариев. Будьте первым.