pH слабой кислоты: формула и примеры

pH — это мера кислотности раствора. Для слабых кислот, таких как уксусная или лимонная, расчёт сложнее, чем для сильных (HCl, H₂SO₄), потому что слабая кислота диссоциирует не полностью. Зная pH, вы можете понять, насколько агрессивна среда, подобрать условия для реакции или настроить pH-метр.

Запомните: pH = -lg [H⁺], где [H⁺] — концентрация ионов водорода (моль/л).

Для слабой кислоты HA диссоциация обратима: HA ⇌ H⁺ + A⁻. Константа равновесия Ka = [H⁺][A⁻]/[HA]. Из этого и выводится формула.

Где:

• pKa = -lg Ka — константа кислотности (табличное значение, например, для уксусной кислоты pKa ≈ 4,76)
• C — начальная концентрация кислоты, моль/л
• lg — десятичный логарифм

Формула применима, если степень диссоциации α < 5% (что обычно выполняется для слабых кислот с C ≥ 0,001 М). Для очень разбавленных растворов (C < 10⁻⁶ М) нужно учитывать автопротолиз воды.

Условие: Рассчитайте pH 0,1 М раствора уксусной кислоты (CH₃COOH, pKa = 4,76).

Решение:

1. Используем формулу: pH = 0,5 × (4,76 - lg 0,1)
2. lg 0,1 = -1
3. pH = 0,5 × (4,76 - (-1)) = 0,5 × 5,76 = 2,88

Ответ: pH ≈ 2,88. Для проверки можно воспользоваться Калькулятором pH слабой кислоты.

Условие: Найдите pH 0,05 М раствора бензойной кислоты (C₆H₅COOH, Ka = 6,3×10⁻⁵).

Решение:

1. Сначала найдём pKa = -lg(6,3×10⁻⁵) = - (lg 6,3 + lg 10⁻⁵) = - (0,8 - 5) = 4,2
2. Применяем формулу: pH = 0,5 × (4,2 - lg 0,05)
3. lg 0,05 = lg(5×10⁻²) = lg 5 + lg 10⁻² = 0,7 - 2 = -1,3
4. pH = 0,5 × (4,2 - (-1,3)) = 0,5 × 5,5 = 2,75

Ответ: pH ≈ 2,75. Если нужно быстро, используйте Калькулятор pH слабой кислоты на нашем сайте.

Условие: Рассчитайте pH 10⁻⁷ М раствора уксусной кислоты (pKa = 4,76).

Решение: Здесь простая формула даёт pH = 0,5×(4,76 - (-7)) = 5,88, но это неверно, потому что [H⁺] из воды сравнима. Используем точное уравнение: [H⁺]³ + Ka[H⁺]² - (Kw + Ka·C)[H⁺] - Ka·Kw = 0, где Kw = 10⁻¹⁴. Решаем численно: [H⁺] ≈ 1,18×10⁻⁷, pH ≈ 6,93.

Для подобных случаев удобнее Калькулятор pH слабой кислоты, который сразу даст правильный ответ.

Важно: для очень разбавленных кислот pH стремится к 7, но не достигает его.

• Путаница pKa и Ka: pKa = -lg Ka. Если Ka дана, сначала переведите.
• Игнорирование автопролиза: для C < 10⁻⁶ М обязательно учитывайте воду.
• Неправильный логарифм: lg 0,1 = -1, а не -0,1. Повторите свойства логарифмов.
• Степень диссоциации >5%: если α > 5%, формула Оствальда даёт погрешность. В таких случаях решайте квадратное уравнение.

Для проверки результатов всегда используйте наш Калькулятор pH слабой кислоты.

1. Найдите pH 0,2 М раствора муравьиной кислоты (pKa = 3,75).
2. Рассчитайте pH 0,01 М раствора молочной кислоты (Ka = 1,4×10⁻⁴).
3. Какой pH у раствора уксусной кислоты концентрацией 5×10⁻⁸ М?

Ответы:

Понимание pH пригодится не только в лаборатории. Например, для сада и огорода важен pH почвы. Наш Калькулятор кислотности почвы поможет определить, подходит ли грунт для растений. А если вы работаете с сильными кислотами, воспользуйтесь Калькулятором pH сильной кислоты. Для реакций нейтрализации есть Калькулятор нейтрализации кислоты щёлочью.

Мы разобрали формулу pH для слабой кислоты, прошли три примера и выявили типичные ошибки. Главное — правильно определить pKa и концентрацию. Для быстрых расчётов используйте Калькулятор pH слабой кислоты, а для точных — учтите автопротолиз воды. Если нужно узнать pH сильной кислоты или почвы, у нас есть отдельные инструменты.