Beispiel für ein Chemieproblem mit polyprotischer Säure

Eine polyprotische Säure ist eine Säure, die in einer wässrigen Lösung mehr als ein Wasserstoffatom (Proton) abgeben kann. Um den pH-Wert dieser Art von Säure zu bestimmen, müssen die Dissoziationskonstanten für jedes Wasserstoffatom bekannt sein. Dies ist ein Beispiel für die Lösung eines Problems der polyprotischen Säurechemie.

Problem der polyprotischen Säurechemie

Bestimmen Sie den pH-Wert einer 0,10 M Lösung von H₂SO₄.

Gegeben: K_a2 = 1,3 · 10^-2

Lösung

H₂SO₄ hat zwei H⁺ (Protonen), es handelt sich also um eine diprotische Säure, die in Wasser zwei aufeinanderfolgende Ionisationen durchläuft:

Erste Ionisation: H₂SO₄(aq) → H⁺(aq) + HSO₄^-(aq)

Zweite Ionisation: HSO₄^-(aq) ⇔ H⁺(aq) + SO₄^2-(aq)

Beachten Sie, dass Schwefelsäure eine starke Säure ist, so dass sich ihre erste Dissoziation 100% nähert. Aus diesem Grund wird die Reaktion mit → anstelle von ⇔ geschrieben. Die HSO₄^-(aq) Bei der zweiten Ionisation handelt es sich um eine schwache Säure, also die H⁺ ist im Gleichgewicht mit seiner konjugierten Base.

K_a2 = [H⁺][SO₄^2-] / [HSO₄^-]

K_a2 = 1,3 · 10^-2

K_a2 = (0,10 + x) (x) / (0,10 - x)

Da K_a2 ist relativ groß, es ist notwendig, die quadratische Formel zu verwenden, um nach x zu lösen:

x² + 0,11x - 0,0013 = 0

x = 1,1 x 10^-2 M

Die Summe der ersten und zweiten Ionisation ergibt die Summe [H⁺] im Gleichgewicht.

0,10 + 0,011 = 0,11 M

pH = -log [H⁺] = 0,96

Erfahren Sie mehr

Einführung in polyprotische Säuren

Stärke von Säuren und Basen

Konzentration chemischer Spezies

Erste Ionisation	H2SO4(aq)	H+(aq)	HSO4-(aq)
Initiale	0,10 M	0,00 M	0,00 M
Veränderung	-0,10 M	+0,10 M	+0,10 M
Finale	0,00 M	0,10 M	0,10 M
Zweite Ionisation	HSO42-(aq)	H+(aq)	SO42-(aq)
Initiale	0,10 M	0,10 M	0,00 M
Veränderung	-x M	+x M	+x M
Im Gleichgewicht	(0,10 - x) M	(0,10 + x) M	x M