Question

Do 100 ml roztworu 0,2M NaOH dodano 0,147 g stałego H3PO4. Zapisz reakcje zachodzące w układzie w formie jonowej i oszacuj pH otrzymanego roztworu.
pKa1 [H3PO4]=2,15; pKa2 [H3PO4]=7,21; pKa3 [H3PO4] = 12,34

Answer 1

Równanie reakcji kwasowo-zasadowej między NaOH i H3PO4:

3 NaOH + H3PO4 → Na3PO4 + 3 H2O

Stężenie H3PO4 w roztworze wynosi:

n(H3PO4) = m(H3PO4) / M(H3PO4) = 0,147 g / 98 g/mol = 0,0015 mol

Objętość roztworu NaOH wynosi 100 ml, co odpowiada 0,1 L. Stężenie molowe NaOH wynosi zatem:

c(NaOH) = n(NaOH) / V(NaOH) = 0,2 mol/L

Ilość substancji NaOH:

n(NaOH) = c(NaOH) * V(NaOH) = 0,2 mol/L * 0,1 L = 0,02 mol

W reakcji między NaOH i H3PO4 stosunek molowy NaOH do H3PO4 wynosi 3:1, więc ilość substancji H3PO4 potrzebna do całkowitego zobojętnienia NaOH wynosi 1/3 * n(NaOH) = 0,00667 mol.

Zgodnie z równaniem reakcji między NaOH i H3PO4, po całkowitym zobojętnieniu NaOH powstanie sól Na3PO4 oraz 3 mola wody. Zatem w roztworze powstaje 0,00667 mol soli Na3PO4 oraz 0,02 mol wody.

Kwasy fosforowe są kwasami trójprotolitycznymi, co oznacza, że H3PO4 ulega trzem kolejnym dysocjacjom, uwalniając kolejno jedno, dwa i trzy protony. W wyniku pierwszej dysocjacji powstaje kation H2PO4- oraz jon H+:

H3PO4 ⇌ H+ + H2PO4-

Stężenie jonów H+ po pierwszej dysocjacji można obliczyć korzystając z równania stałej dysocjacji dla kwasu fosforowego:

Ka1 = [H+][H2PO4-] / [H3PO4]

-log Ka1 = pKa1 = pH + log ([H2PO4-] / [H3PO4])

pH = pKa1 - log ([H2PO4-] / [H3PO4])

Podstawiając wartości stałej Ka1 i stężeń H3PO4 i H2PO4-:

pKa1 = 2,15

[H3PO4] = 0,0015 mol

[H2PO4-] = [Na3PO4] / V = 0,00667 mol / 0,1 L = 0,067 mol/L

Otrzymujemy:

pH = 2,15 - log (0,067 / 0,0015) = 10,99

Odpowiedź: pH otrzymanego roztworu wynosi około 10,99.