Химический смысл задачи
Кислот разной силы посвящён этот расчёт. Сильная кислота в принятом приближении диссоциирует полностью, а слабый компонент перераспределяется между молекулярной и ионными формами. их вклады связаны одним условием электронейтральности. определяется равновесием между молекулярными и ионными формами. Нельзя находить общую кислотность обычным средним арифметическим индивидуальных pH. Правильный состав получается из общего зарядового баланса. Для постановки «PH смеси кислот различной силы — для смеси нескольких слабых кислот» контрольное поле на этом этапе — «Вторая термодинамическая Ka при 298 К» (по умолчанию 1e-08).
Ключевая химическая особенность случая «смешение компонентов» состоит в следующем: Смесь нельзя рассчитывать как два независимых значения pH: все протонные равновесия устанавливаются одновременно. В калькуляторе не скрывается готовое значение pH: оно либо задаётся как независимое измерение, либо находится из равновесия. Для постановки «PH смеси кислот различной силы — для смеси нескольких слабых кислот» контрольное поле на этом этапе — «Фоновая ионная сила, моль/л» (по умолчанию 0.045).
Постоянные равновесия необходимо относить к одной температуре, а концентрации — к одному конечному объёму. Сравните доли второй ступени диссоциации при увеличении количества полностью диссоциирующей сильной кислоты. Такая постановка отличает эту страницу от элементарного расчёта для одной кислоты в идеальном растворе. Для постановки «PH смеси кислот различной силы — для смеси нескольких слабых кислот» контрольное поле на этом этапе — «Температура раствора, К» (по умолчанию 298.15).
Подготовка исходных данных
Начните с поля «Концентрация первой слабой кислоты, моль/л» (по умолчанию 0.06). Измеренное число должно относиться к условиям готового раствора, а не к исходной навеске до смешения. Если поле задаёт Ka, подставляйте константу, а не её отрицательный десятичный логарифм pKa. Для постановки «PH смеси кислот различной силы — для смеси нескольких слабых кислот» контрольное поле на этом этапе — «Добавлено сильного основания, моль/л готового раствора» (по умолчанию 0.02).
Далее введите «Концентрация второй слабой кислоты, моль/л» (по умолчанию 0.025) и «Концентрация сильной кислоты, моль/л» (по умолчанию 0.01). Проверяйте единицы: концентрации даны в моль/л, объёмы в миллилитрах, температура в кельвинах. Тепловой эффект диссоциации, если он имеется, обозначен в кДж/моль. Для постановки «PH смеси кислот различной силы — для смеси нескольких слабых кислот» контрольное поле на этом этапе — «Концентрация первой слабой кислоты, моль/л» (по умолчанию 0.06).
Среди остальных данных присутствует «Добавлено сильного основания, моль/л готового раствора» (по умолчанию 0.02). Его изменение соответствует определённой химической операции, а не условному поправочному коэффициенту. Для сценария «смешение компонентов» особенно важно различать чистую кислоту, её соль и внешний электролит. Для постановки «PH смеси кислот различной силы — для смеси нескольких слабых кислот» контрольное поле на этом этапе — «Концентрация второй слабой кислоты, моль/л» (по умолчанию 0.025).
Какие уравнения решаются
Основная зависимость: [H+] + [Na+] = [OH−] + [HA−] + 2[A²−] + [Cl−]. В этой задаче одновременно выполняются равновесные соотношения и общий баланс аналитических концентраций. Расчёт не предполагает, что степень диссоциации заранее известна. Для постановки «PH смеси кислот различной силы — для смеси нескольких слабых кислот» контрольное поле на этом этапе — «Концентрация сильной кислоты, моль/л» (по умолчанию 0.01).
При неизвестном pH концентрация H⁺ подбирается из уравнения электронейтральности. В него входят ионы реагентов, водород, гидроксид и все зарядовые формы рассматриваемых кислот или оснований. Смесь нельзя рассчитывать как два независимых значения pH: все протонные равновесия устанавливаются одновременно. Для постановки «PH смеси кислот различной силы — для смеси нескольких слабых кислот» контрольное поле на этом этапе — «Первая термодинамическая Ka при 298 К» (по умолчанию 0.0001).
Для неидеального раствора используются приближённые коэффициенты активности по уравнению Дэвиса и заданная фоновая ионная сила. Температурная поправка на Ka основана на приближённом уравнении Вант-Гоффа с постоянной энтальпией, когда она введена. Для постановки «PH смеси кислот различной силы — для смеси нескольких слабых кислот» контрольное поле на этом этапе — «Вторая термодинамическая Ka при 298 К» (по умолчанию 1e-08).
Пример и чтение ответа
При значениях, предложенных в форме, рассчитывается pH по активности H⁺: 3.2530551049. Этот показатель означает активность водородных ионов, поэтому его не нужно автоматически отождествлять с отрицательным логарифмом аналитической концентрации H⁺. Для постановки «PH смеси кислот различной силы — для смеси нескольких слабых кислот» контрольное поле на этом этапе — «Фоновая ионная сила, моль/л» (по умолчанию 0.045).
В том же опыте получается Буферная ёмкость, моль/(л·pH): 0.021760683263. Буферная ёмкость относится к малому изменению pH около данного состава, а не к общему запасу основания для титрования до выбранной конечной точки. Для постановки «PH смеси кислот различной силы — для смеси нескольких слабых кислот» контрольное поле на этом этапе — «Температура раствора, К» (по умолчанию 298.15).
Ещё один результат — Расчётная ионная сила, моль/л: 0.020674764373. Он позволяет проверить внутреннюю согласованность формы электролита. Чтобы увидеть чувствительность расчёта, измените «Концентрация первой слабой кислоты, моль/л» (по умолчанию 0.06), сохранив другие параметры в допустимом диапазоне. Для постановки «PH смеси кислот различной силы — для смеси нескольких слабых кислот» контрольное поле на этом этапе — «Добавлено сильного основания, моль/л готового раствора» (по умолчанию 0.02).
Ограничения точности
Для раствора кислот разной силы модель остаётся приближённой. Она не учитывает появление твёрдой фазы, химических комплексов, гидролиза посторонних соединений и изменение ионной силы из-за неописанных примесей. Сравните доли второй ступени диссоциации при увеличении количества полностью диссоциирующей сильной кислоты. Для постановки «PH смеси кислот различной силы — для смеси нескольких слабых кислот» контрольное поле на этом этапе — «Концентрация первой слабой кислоты, моль/л» (по умолчанию 0.06).
Уравнение Дэвиса применяется для водных электролитов умеренной ионной силы; оно не обеспечивает лабораторную точность в концентрированных солевых растворах. Если меняется фоновая солёность, для расчёта активности нужны соответствующие экспериментальные данные. Для постановки «PH смеси кислот различной силы — для смеси нескольких слабых кислот» контрольное поле на этом этапе — «Концентрация второй слабой кислоты, моль/л» (по умолчанию 0.025).
В задачах на титрование учитывается разбавление после добавления реагента, но не моделируется изменение объёма при смешении сверх простой аддитивности. В пределах сценария «смешение компонентов» следует использовать реальные данные о составах растворов, а не номинальные pH исходных бутылок. Для постановки «PH смеси кислот различной силы — для смеси нескольких слабых кислот» контрольное поле на этом этапе — «Концентрация сильной кислоты, моль/л» (по умолчанию 0.01).
Практическое применение и контроль
Если нужно подготовить буфер или сравнить две смеси, сначала выполните расчёт с исходным набором и запишите pH по активности H⁺: 3.2530551049. Затем измените только один химически независимый показатель, например «Концентрация второй слабой кислоты, моль/л» (по умолчанию 0.025), и сравните доли ионных форм. Для постановки «PH смеси кислот различной силы — для смеси нескольких слабых кислот» контрольное поле на этом этапе — «Первая термодинамическая Ka при 298 К» (по умолчанию 0.0001).
Обращайте внимание на сумму долей форм одного соединения и вычисленный зарядовый остаток. Первый контроль должен давать близко к 100%, второй — близко к нулю для равновесного раствора; при заранее заданном pH ненулевой остаток показывает необходимость соответствующих противоионов. Для постановки «PH смеси кислот различной силы — для смеси нескольких слабых кислот» контрольное поле на этом этапе — «Вторая термодинамическая Ka при 298 К» (по умолчанию 1e-08).
При выборе между рецептами полезны также Буферная ёмкость, моль/(л·pH): 0.021760683263 и Концентрация H⁺, моль/л: 0.00067476437325. Смесь нельзя рассчитывать как два независимых значения pH: все протонные равновесия устанавливаются одновременно. Итоговые числа пригодны для учебной оценки и предварительного планирования, но не заменяют экспериментальной проверки состава и кислотности. Для постановки «PH смеси кислот различной силы — для смеси нескольких слабых кислот» контрольное поле на этом этапе — «Фоновая ионная сила, моль/л» (по умолчанию 0.045).
Формула расчёта
[H+] + [Na+] = [OH−] + [HA−] + 2[A²−] + [Cl−]
Проверенные примеры
Используйте исходные значения полей: Концентрация первой слабой кислоты, моль/л — 0.06; Концентрация второй слабой кислоты, моль/л — 0.025; Концентрация сильной кислоты, моль/л — 0.01; Первая термодинамическая Ka при 298 К — 0.0001; Вторая термодинамическая Ka при 298 К — 1.0E-8; Фоновая ионная сила, моль/л — 0.045; Температура раствора, К — 298.15; Добавлено сильного основания, моль/л готового раствора — 0.02.
pH по активности H⁺ = 3.2530551049; Буферная ёмкость, моль/(л·pH) = 0.021760683263; Расчётная ионная сила, моль/л = 0.020674764373; Концентрация H⁺, моль/л = 0.00067476437325.
Проверим зависимость результатов от небольшого изменения входных измерений.
pH по активности H⁺ = 3.2318764617; Буферная ёмкость, моль/(л·pH) = 0.021267267253; Расчётная ионная сила, моль/л = 0.020406762533; Концентрация H⁺, моль/л = 0.00070676253254.
Как пользоваться онлайн-калькулятором
- Начните с параметров: концентрация первой слабой кислоты, моль/л, концентрация второй слабой кислоты, моль/л, концентрация сильной кислоты, моль/л.
- Заполните остальные поля. Ka заданы как термодинамические константы при 298,15 К; ионная сила вводится в моль/л.
- Нажмите «Рассчитать». Проверьте pH, массовое распределение форм и зарядовый остаток.
- Сильная кислота полностью диссоциирует, слабая двухосновная кислота распределяется по ступеням.