5.0 M H3PO4 용액에 존재하는 모든 화학종의 농도

5.0 M H3PO4 용액에 존재하는 모든 화학종의 농도

 

 

Calculate the pH and concentration of each species in a 5.0 M H3PO4 solution.

 

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[1단계 이온화] Ka1 = 7.2×10^(-3)

 

 

ICE 도표를 작성하면,

 

......... H3PO4(aq) . ⇌ . H^+(aq) . + . H2PO4^-(aq)

초기(M) . 5.0 ............ 0 ........... 0

변화(M) . -x ............. +x .......... +x

평형(M) . 5.0-x .......... x ........... x

 

 

Ka1 = [H^+][H2PO4^-] / [H3PO4] = (x)(x) / (5.0-x)

( 참고 https://ywpop.tistory.com/4294 )

 

5.0 >>> x 이므로,

(5.0–x) ≒ 5.0 이라 가정하면,

7.2×10^(-3) = x^2 / 5.0

x = [(7.2×10^(-3)) × 5.0]^(1/2) = 0.1897 ≒ 0.19

 

 

평형에서,

[H3PO4] = 5.0 – 0.19 = 4.81 M ≒ 4.8 M

[H^+] = [H2PO4^-] = 0.19 M

 

 

 

 

[2단계 이온화] Ka2 = 6.3×10^(-8)

 

 

ICE 도표를 작성하면,

 

......... H2PO4^-(aq) . ⇌ . H^+(aq) . + . HPO4^2-(aq)

초기(M) . 0.19 ............. 0.19 ........ 0

변화(M) . -y ............... +y .......... +y

평형(M) . 0.19-y ........... 0.19+y ...... y

 

 

Ka2 = [H^+][HPO4^2-] / [H2PO4^-] = (0.19+y)(y) / (0.19-y)

 

0.19 >>> y 이므로,

(0.19+y) ≒ (0.19–y) ≒ 0.19 라 가정하면,

6.3×10^(-8) = (0.19)(y) / (0.19) = y

 

 

평형에서,

[H2PO4^-] = [H^+] = 0.19 M

[HPO4^2-] = 6.3×10^(-8) M

 

 

 

 

[3단계 이온화] Ka3 = 4.2×10^(-13)

 

 

ICE 도표를 작성하면,

 

......... HPO4^2-(aq) . ⇌ . H^+(aq) . + . PO4^3-(aq)

초기(M) . 6.3×10^-8 ....... 0.19 ........ 0

변화(M) . -z ............... +z .......... +z

평형(M) . (6.3×10^-8)-z ... 0.19+z ...... z

 

 

Ka3 = [H^+][PO4^3-] / [HPO4^2-] = (0.19+z)(z) / ((6.3×10^-8)-z)

 

6.3×10^-8 >>> z 이므로,

((6.3×10^-8)-z) ≒ 6.3×10^-8 이라 가정하면,

4.2×10^(-13) = (0.19)(z) / (6.3×10^(-8))

z = (4.2×10^(-13)) × (6.3×10^(-8)) / 0.19 = 1.3926×10^(-19) ≒ 1.4×10^(-19)

 

 

평형에서,

[HPO4^2-] = 6.3×10^(-8) M

[H^+] = 0.19 M

[PO4^3-] = 1.4×10^(-19) M

 

 

 

 

정리하면,

[H3PO4] = 4.8 M

[H2PO4^-] = 0.19 M

[HPO4^2-] = 6.3×10^(-8) M

[PO4^3-] = 1.4×10^(-19) M

[H^+] = 0.19 M

[OH^-] = 10^(-14) / 0.19 = 5.3×10^(-14) M

 

pH = -log(0.19) = 0.72

pOH = 14.00 – 0.72 = 13.28

 

 

 

[키워드] H3PO4 기준문서, 다양성자산 기준문서, 모든 화학종 기준문서

 

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[계산공식]

H3PO4의 초기농도 = C

 

x = [Ka1 × C]^(1/2)

 

[H3PO4] = C – x

[H^+] = x = [H2PO4^-]

[HPO4^2-] = Ka2

[PO4^3-] = Ka2 × Ka3 / x