Вычислить pH раствора, если к 3 литрам воды прибавили 2 миллилитра 96-процентной серной кислоты (H₂SO₄), плотность которой 1,84 г/см³.

Решение задачи

Запишем уравнение диссоциации серной кислоты:

Вычислим массу 2 мл 96-процентного раствора серной кислоты (H₂SO₄) по формуле:

Получаем:

m (р-ра H₂SO₄) = 1,84 г/см³ ∙ 2 см³ = 3,68 (г).

Найдем, сколько в растворе содержится серной кислоты (H₂SO₄) (в г). Для расчета будем использовать формулу нахождения массовой доли растворенного вещества в растворе:

Массовая доля растворенного вещества в растворе – это отношение массы растворенного вещества к массе раствора. Выражается в долях единицы или в %. Следует отметить, что массовая доля растворенного вещества в растворе, выраженная в %, называется процентной концентрацией раствора.

Откуда выразим массу вещества:

Получаем:

Если раствор 96-процентный, то массовая доля серной кислоты (H₂SO₄)в нем 0,96.

Учитывая, что молярная масса серной кислоты (H₂SO₄) равна 98 г/моль, рассчитаем химическое количество серной кислоты (H₂SO₄) в растворе, используя формулу, которая устанавливает связь между химическим количеством вещества и массой:

Получаем:

Учитывая, что объем раствора после добавления к воде серной кислоты (H₂SO₄) равен 3,002 л (3 л + 0,002 л), найдем молярную концентрацию раствора серной кислоты (H₂SO₄) по формуле:

Молярная концентрация показывает количество растворенного вещества (моль), содержащегося в 1 л раствора.

Получаем:

По уравнению диссоциации вычислим, сколько моль ионов водорода (H⁺)образуется при полной диссоциации 0,012  моль раствора серной кислоты (H₂SO₄):

при диссоциации 1  моль H₂SO₄ образуется 2 моль  ионов H⁺

при диссоциации 0,012  моль H₂SO₄ образуется  моль ионов H⁺

Откуда:

Следовательно, концентрация ионов водорода ([H⁺]) равна 0,024 моль.

Вычислим pH раствора серной кислоты (H₂SO₄):

Ответ: pH = 1,62.