Номер 114, страница 311 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.114. Разбавили водой 100 г 9,8%-го раствора серной кислоты и получили раствор объёмом 200 мл. Найдите pH раствора, считая, что серная кис-лота полностью диссоциирует по обеим ступеням.

Дано:

$m_{р-ра}(H_2SO_4) = 100 \text{ г}$

$\omega(H_2SO_4) = 9,8\%$

$V_{конечн. р-ра} = 200 \text{ мл}$

Перевод в СИ и удобные для расчета единицы:

$\omega(H_2SO_4) = 0,098$

$V_{конечн. р-ра} = 200 \text{ мл} = 0,2 \text{ л}$

Найти:

pH - ?

Решение:

1. Сначала найдем массу чистой серной кислоты ($H_2SO_4$) в исходном растворе, используя формулу для массовой доли:

$m(H_2SO_4) = m_{р-ра}(H_2SO_4) \cdot \omega(H_2SO_4)$

$m(H_2SO_4) = 100 \text{ г} \cdot 0,098 = 9,8 \text{ г}$

2. Далее рассчитаем количество вещества (число молей) серной кислоты. Для этого нам понадобится молярная масса $H_2SO_4$:

$M(H_2SO_4) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль}$

Теперь находим количество вещества:

$n(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)} = \frac{9,8 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

3. При разбавлении раствора водой количество растворенного вещества (серной кислоты) не изменяется. Найдем молярную концентрацию серной кислоты в конечном растворе объемом 200 мл (0,2 л):

$C(H_2SO_4) = \frac{n(H_2SO_4)}{V_{конечн. р-ра}}$

$C(H_2SO_4) = \frac{0,1 \text{ моль}}{0,2 \text{ л}} = 0,5 \text{ моль/л}$

4. Согласно условию, серная кислота является сильным электролитом и диссоциирует полностью по обеим ступеням. Это означает, что каждая молекула $H_2SO_4$ отдает два иона водорода ($H^+$).

Уравнение полной диссоциации:

$H_2SO_4 \rightarrow 2H^+ + SO_4^{2-}$

Из стехиометрии уравнения следует, что молярная концентрация ионов водорода $[H^+]$ будет в два раза больше молярной концентрации серной кислоты:

$[H^+] = 2 \cdot C(H_2SO_4) = 2 \cdot 0,5 \text{ моль/л} = 1 \text{ моль/л}$

5. Водородный показатель (pH) рассчитывается как отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода:

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

$pH = -\lg(1) = 0$

Ответ: pH раствора равен 0.