Номер 148, страница 315 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.148. Для фосфорной кислоты показатели кислотности: $\mathrm{р}{K}_1\mathit{=}2,12,$ $\mathrm{p}{K}_2 = 7,21,$ $\mathrm{p}{K}_3 = 12,32.$ В каком диапазоне pH преобладающей формой фосфатов в растворе будет: а) гидрофосфат; б) дигидрофосфат?

Решение

Фосфорная кислота ($H_3PO_4$) является трехосновной кислотой и диссоциирует в три ступени. Каждая ступень характеризуется своим показателем кислотности ($pK_a$), который определяет равновесие между кислотной формой и сопряженной ей основной формой.

Ступени диссоциации фосфорной кислоты:
1. $H_3PO_4 \rightleftharpoons H^+ + H_2PO_4^-$ с $pK_1 = 2,12$
2. $H_2PO_4^- \rightleftharpoons H^+ + HPO_4^{2-}$ с $pK_2 = 7,21$
3. $HPO_4^{2-} \rightleftharpoons H^+ + PO_4^{3-}$ с $pK_3 = 12,32$

Преобладающая форма вещества в растворе зависит от соотношения pH среды и значения $pK_a$.
- Когда $pH = pK_a$, концентрации кислотной и сопряженной ей основной формы равны.
- Когда $pH < pK_a$, в растворе преобладает кислотная форма.
- Когда $pH > pK_a$, в растворе преобладает сопряженная основная форма.

Таким образом, мы можем определить диапазоны pH, в которых каждая из форм фосфатов будет преобладать:
- При $pH < 2,12$ преобладает $H_3PO_4$.
- В диапазоне между $pK_1$ и $pK_2$ ($2,12 < pH < 7,21$) преобладает $H_2PO_4^-$.
- В диапазоне между $pK_2$ и $pK_3$ ($7,21 < pH < 12,32$) преобладает $HPO_4^{2-}$.
- При $pH > 12,32$ преобладает $PO_4^{3-}$.

а) гидрофосфат
Гидрофосфат-ион ($HPO_4^{2-}$) является основной формой для второго равновесия ($pK_2 = 7,21$) и кислотной формой для третьего равновесия ($pK_3 = 12,32$). Он будет преобладать в растворе, когда pH будет больше $pK_2$ и меньше $pK_3$.
Таким образом, диапазон pH, в котором преобладает гидрофосфат, составляет $7,21 < pH < 12,32$.
Ответ: преобладающей формой будет гидрофосфат в диапазоне pH от 7,21 до 12,32.

б) дигидрофосфат
Дигидрофосфат-ион ($H_2PO_4^-$) является основной формой для первого равновесия ($pK_1 = 2,12$) и кислотной формой для второго равновесия ($pK_2 = 7,21$). Он будет преобладать в растворе, когда pH будет больше $pK_1$ и меньше $pK_2$.
Таким образом, диапазон pH, в котором преобладает дигидрофосфат, составляет $2,12 < pH < 7,21$.
Ответ: преобладающей формой будет дигидрофосфат в диапазоне pH от 2,12 до 7,21.