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일반화학/[16장] 산-염기 평형

10^–7 M HCl, 10^–8 M HCl과 같은 묽은 염산의 pH ★

by 영원파란 2015. 11. 9.

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10^–7 M HCl, 10^–8 M HCl과 같은 묽은 염산의 pH

 

 

0.1 M HCl부터 10의 –8승 M HCl까지 10배씩 농도를 낮춰가면서

총 8가지 염산의 pH를 구하시오.

 

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▶ 참고: 제16장 산-염기 평형. 목차

[ https://ywpop.tistory.com/15336 ]

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HCl의 당량수 = 1 eq/mol 이므로,

( 참고: 당량수 https://ywpop.tistory.com/4105 )

 

HCl 용액의 노르말농도(N) = HCl 용액의 몰농도(M)

 

 

 

▶ HCl 수용액 안에 존재하는 2가지 종류의 수소 이온

1) HCl의 이온화: HCl(aq) → H^+(aq) + Cl^-(aq)

2) 물의 자동이온화: H2O(l) ⇌ H^+(aq) + OH^-(aq)

 

 

 

 

 

 

▶ 진한 HCl 용액에서는

용매인 물의 자동이온화 결과 생성된 [H^+]를 무시할 수 있으나,

매우 묽은 HCl 용액에서는 이 농도를 무시할 수 없다.

 

 

 

 

1) HCl은 강산이므로, 100% 이온화된다고 가정하면,

HCl(aq) → H^+(aq) + Cl^-(aq)

[HCl] = [H^+]

 

2) 용매인 물의 자동이온화 결과 생성된 [H^+] = 10^–7 M

( 참고: 물의 자동이온화 https://ywpop.tistory.com/2704 )

 

3) pH = –log[H^+] 이므로,

( 참고: pH 정의 https://ywpop.tistory.com/2706 )

 

 

 

 

0.1 M HCl인 경우, (= 10^–1 M)

pH = –log(0.1) = 1

( 0.1 + 0.0000001 = 0.1000001 ≒ 0.1 )

( 물에 의한 [H^+] = 10^–7 M은 무시할 수 있다. )

 

 

10^–2 M HCl인 경우, pH = –log(10^–2) = 2

 

10^–3 M HCl인 경우, pH = –log(10^–3) = 3

 

10^–4 M HCl인 경우, pH = –log(10^–4) = 4

 

 

10^–5 M HCl인 경우, 물에 의한 [H^+] = 10^–7 M을 고려하면,

[H^+] = (10^–5) + (10^–7) = 1.01×10^–5 M

pH = –log(1.01×10^–5) = 4.9957 = 5.00

( 10^–5 M HCl까지는 물에 의한 [H^+] 무시 가능 )

 

 

[참고] 여기까지 무시한 것은 오로지 필자의 개인 생각임.

보통 용액의 pH는 소수점 이하 둘째자리까지 나타내는데,

10^–5 M HCl의 경우,

무시하나 안하나 동일하게 pH = 5.00 이기 때문.

 

 

 

 

10^–6 M HCl인 경우, 물에 의한 [H^+] = 10^–7 M을 고려하면,

[H^+] = (10^–6) + (10^–7) = 1.1×10^–6 M

pH = –log(1.1×10^–6)= 5.9586 = 5.96

 

 

10^–7 M HCl인 경우, 물에 의한 [H^+] = 10^–7 M을 고려하면,

[H^+] = (10^–7) + (10^–7) = 2.0×10^–7 M

pH = –log(2.0×10^–7) = 6.6990 = 6.70

 

 

10^–8 M HCl인 경우, 물에 의한 [H^+] = 10^–7 M을 고려하면,

[H^+] = (10^–8) + (10^–7) = 1.1×10^–7 M

pH = –log(1.1×10^–7) = 6.9586 = 6.96

 

 

10^–9 M HCl인 경우, 물에 의한 [H^+] = 10^–7 M을 고려하면,

[H^+] = (10^–9) + (10^–7) = 1.01×10^–7 M

pH = –log(1.01×10^–7) = 6.9957 = 7.00

 

 

10^(–10) M HCl인 경우, 물에 의한 [H^+] = 10^(–7) M을 고려하면,

[H^+] = (10^(–10)) + (10^(–7)) = 1.001×10^(–7) M

pH = –log(1.001×10^(–7)) = 6.99957 = 7.00

 

 

10^(–12) M HCl인 경우, 물에 의한 [H^+] = 10^(–7) M을 고려하면,

[H^+] = (10^(–12)) + (10^(–7)) = 1.00001×10^(–7) M

pH = –log(1.00001×10^(–7)) = 6.9999957 = 7.00

 

 

또는

10^(-12) M보다 더 묽은 용액에서는

강산에서 이온화된 [H^+]를 무시할 수 있기 때문에,

왜냐하면, (10^(-12)) M <<< (10^(-7)) M 이므로,

[H^+] = (10^(-12)) + (10^(-7)) ≒ 10^(-7) M

pH = –log(10^(-7)) = 7

 

 

 

 

[참고] 10^–8 M HCl인 경우, 물에서 이온화된 [H^+]를 무시하면,

pH = –log(10^–8) = 8

---> 엥? 아무리 묽은 산이라도 산인데, pH가 8? 염기성이라고?

 

 

 

 

[참고] 산에서 이온화된 H^+ 이온이 용액 중에 존재하므로,

물의 자동이온화에 의한 [H^+]는 약간 감소한다.

[ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/9068 ]

 

 

 

 

 

[ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/2957 ] 10^(-7) M NaOH 용액의 pH

 

[ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/20797 ] 1.0×10^(-8) M HCl 용액 속 H^+, OH^-, Cl^- 농도 비교

 

 

 

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