حسابات الحموض الضعيفة

في الحموض الضعيفة يكون تأين الحمض جزئياً، وعليه يمكن حساب [H₃O⁺] عن طريق ثابت الاتزان لتأين الحمض الضعيف في الماء.

ثابت الاتزان    

وبما أن  [H₂O]ثابتاً في المحاليل المائية، لذا يمكن دمجه مع ثابت الاتزان في ثابت جديد هو K_a

K_a : ثابت تأين الحمض الضعيف، ويتغير من حمض ضعيف لآخر.

وللتسهيل تهمل قيمة (س) المتفككة من الحمض HA ، ويصبح[HA]  عند الاتزان = ص

وبما أن [A^-] = [H₃O⁺] = س عند الاتزان فإن العلاقة السابقة تصبح:

حيث:

س : تركيز أيون الهيدرونيوم أو تركيز الأيون السالب الناتج من تفكك الحمض.

ص : تركيز الحمض الأصلي (تركيزه لا يتغير بعد التفكك).

K_a : ثابت تأين الحمض.

وعليه يمكن إطلاق التعميم التالي:

وتستخدم العلاقة السابقة لحساب [H₃O⁺] في محاليل الحموض الضعيفة.

تعد قيمة K_a مقياساً لقدرة الحمض على تكوين أيونات [H₃O⁺] ، فكلما زادت قيمة K_a زاد [H₃O⁺] وزادت قوة الحمض مع ملاحظة أن الحموض القوية ليس لها قيم ثوابت تأين.

ومن الضروري حفظ العلاقات التالية:

سؤال 1 :

احسب [H₃O⁺] في محلول حمض الميثانويك HCOOH بتركيز 0,1 مول/لتر (K_a = 1,6 × 10^-4).

الحل:

وبما أن [HCOO^-] =  [H₃O⁺]  = س عند الاتزان فإن العلاقة السابقة تصبح :

وبإهمال (س) المتفككة من الحمض تصبح العلاقة السابقة على النحو التالي:

وبالتعويض في ثابت التأين:

سؤال 2 :

يبين الجدول التالي قيم ثوابت التأين (K_a) لبعض الحموض الضعيفة عند درجة 25^هس، ادرس الجدول ثم أجب عن الأسئلة التي تليه:

1. اكتب صيغة الحمض الأقوى والحمض الأضعف في الجدول، ثم اكتب صيغة القاعدة المرافقة لكل منهما.
2. أي الحمضين: H₂CO₃ أم  HNO₂المتساويين في التركيز يكون تركيز H₃O⁺ أعلى؟
3. أيهما له أعلى رقم هيدروجيني: HF أم HOCl (لهما التركيز نفسه)؟
4. أيّ الحمضين: HCOOH أم C₆H₅COOH أكثر تأيناً في الماء؟
5. هل تتوقع أن تكون قيمة pH لمحلول حمض الإيثانويك الذي تركيزه 0,01 مول/لتر أكبر أم أقل من 2 ؟ ولماذا؟

سؤال 3 :

يبين الجدول التالي قيم ثوابت التأين (K_a) لحمضين، أجب عن الأسئلة الآتية:

1. أي الحمضين أقوى؟
2. أي الحمضين أقل تأيناً في الماء؟
3. في أي محلولي الحمضين يكون تركيز أيون الهيدرونيوم أعلى؟
4. أي محلولي الحمضين أعلى pH ؟

سؤال 4 :

يبين الجدول المجاور تركيز أيون الهيدروكسيد لأربعة حموض ضعيفة متساوية التركيز. ادرس الجدول ثم أجب عن الأسئلة التالية:

1. اكتب صيغة الحمض الأقوى.
2. اكتب صيغة القاعدة المرافقة في محلول الحمض الأضعف.
3. اكتب صيغة القاعدة المرافقة للحمض الذي يمتلك محلوله قيمة pH أعلى.
4. ما القاعدة المرافقة لكل من الحموض المذكورة؟
5. أي محاليل الحموض المذكوره تمتلك قيمة pH أقل؟
6. رتب الحموض الموجودة في الجدول حسب قدرتها على التأين.
7. أي محاليل الحموض يوصل التيار الكهربائي بشكل أكبر؟
8. أي محلولي الحمضين: ( HX أم HQ ) يمتلك [H₃O⁺] أقل؟
9. اكتب صيغ الدقائق الموجودة في محلول HZ عند الاتزان.

سؤال 5 :

احسب قيمة الرقم الهيدروجيني pH لمحلول HF تركيزه 0,05 مول/لتر. (لــو 6 = 0,78)

علماً بأن ثابت تأين الحمض (K_a) يساوي 7,2 × 10^-4

سؤال 6 :

احسب تركيز محلول حمض HNO₂ الذي رقمه الهيدروجيني pH 2,4

علماً بأن ثابت تأين الحمض (K_a) يساوي 4 × 10^-4 . (لــو 4 = 0,6)

سؤال 7 :

احسب قيمة K_a لمحلول الحمض الضعيف HZ الذي تركيزه 0,2 مول/لتر، ورقمه الهيدروجيني يساوي 4

سؤال 8 :

الجدول أدناه يمثل ثلاثة محاليل مائية لثلاثة حموض ضعيفة برموز افتراضية، معتمداً على المعلومات الواردة في الجدول، جد قيم كل من (س)، (ص)، (ع). (لـو 6 = 0,78، لـو 4 = 0,6)   

سؤال 9 :

محلول الحمض الضعيف HY تركيزه (1) مول/لتر، وتركيز أيون H₃O⁺ فيه 2 × 10^-2 مول/لتر، احسب قيمة pH لمحلول تركيزه (0,01) مول/لتر من الحمض. (لو 2 = 0,3)

سؤال 10 :

أذيب (1,22) غ من حمض البنزويك (C₆H₅COOH) في لتر من الماء فتبين أن [H₃O⁺] يساوي 8 ×10^-4 مول/لتر. احسب قيمة K_a (الكتلة المولية للحمض = 122 غ/مول).

سؤال 11 :

يبين الجدول المجاور بعض محاليل الحموض الضعيفة بتركيز 0,01 مول/لتر لكل منها، ومعلومات عن كل محلول. أجب عن الأسئلة التالية:

1. أي الحمضين: HD أم HC هو الأقوى؟
2. أي محلولي الحمضين: HZ أم HB⁺ يمتلك [OH^-] أعلى؟
3. أي الحمضين: HQ أم HX يمتلك قيمة K_a أعلى؟
4. أي محلولي الحمضين: HQ أم HZ يمتلك قيمة pH أقل؟
5. أي الحمضين: HX أم HZ أكثر تأيناً في الماء؟
6. كم تبلغ قيمة pH لمحلول الحمض HB⁺ ؟ (لـو 2 = 0,3)
7. كم تبلغ قيمة pH لمحلول الحمض HB⁺ تركيزه (1 مول/لتر)؟

(لـو 2 = 0,3)

سؤال 12 :

يبيّن الجدول الآتي عدداً من محاليل الحموض الافتراضية الضعيفة متساوية التركيز (0,1) مول/لتر وقيم pH لها، ادرسه ثمّ أجب عن الأسئلة التي تليه:

1. أي الحمضين أقوى: HY أم HQ ؟
2. اكتب معادلة تفاعل B^- مع H₂A .
3. أي حموض الجدول يمتلك قيمة K_a أعلى؟
4. كم تبلغ قيمة K_a للحمض HZ ؟
5. ما صيغة القاعدة المرافقة لكل من الحمضين H₂A و XH⁺ ؟

سؤال 13 :

رتب محاليل الحموض التالية تصاعدياً وفق زيادة قيمة pH إذا كانت تراكيزها متساوية:

CH₃COOH (K_a =  1,8 × ^5-10) ،   HCl ،   HCOOH  (K_a = 1,7× ^4-10)

سؤال 14 : سؤال موضوعي وزاري

إذا كانت قيمة pH تساوي (3) لمحلول من الحمض الضعيف HA تركيزه (0,1) مول/لتر . فإن قيمة K_a لهذا الحمض تساوي:

أ) 1 × 10^-5                    ب) 1 × 10^-6                   ج) 1 × 10^-7                   د) 1 × 10^-8

إجابات أسئلة الدرس في الملفات المرفقة.