0.16 M H2CO3 용액 속 모든 화학종의 농도와 pH

0.16 M H2CO3 용액 속 모든 화학종의 농도와 pH

0.16 M H2CO3 용액에 존재하는 모든 화학종의 농도와 pH

 

 

[H2CO3] = 0.16 M인 탄산수 캔에 들어있는 모든 화학종

H2CO3, HCO3^-, CO3^2-, H3O^+, OH^-

의 농도와 pH를 계산하시오.

 

 

 

[1단계 이온화] Ka1 = 4.3×10^(-7)

 

ICE 도표를 작성하면,

 

 

 

............. H2CO3(aq) . ⇌ . H^+(aq) . + . HCO3^-(aq)

초기(M) . 0.16 .................. 0 ................. 0

변화(M) . –x ..................... +x ................ +x

평형(M) . 0.16–x .............. x .................. x

 

Ka1 = [H^+][HCO3^-] / [H2CO3] = (x) (x) / (0.16–x)

( 참고 https://ywpop.tistory.com/4294 )

 

 

 

0.16 >>> x 이므로,

(0.16–x) ≒ 0.16 이라 근사처리하면,

4.3×10^(-7) = x^2 / 0.16

 

x = [(4.3×10^(-7)) × 0.16]^(1/2) = 0.0002623 ≒ 0.00026 M

( 0.16 × (5/100) = 0.008 > 0.00026 ... 5% 검증 ok )

 

 

 

평형에서,

[H2CO3] = 0.16 – 0.00026 = 0.15974 M ≒ 0.16 M

[H^+] = [HCO3^-] = 0.00026 M

 

 

300x250

 

 

[2단계 이온화] Ka2 = 5.6×10^(-11)

 

ICE 도표를 작성하면,

 

 

 

............. HCO3^-(aq) . ⇌ . H^+(aq) . + . CO3^2-(aq)

초기(M) . 0.00026 ............. 0.00026 ...... 0

변화(M) . –y ....................... +y ............... +y

평형(M) . 0.00026–y ......... 0.00026+y ... y

 

Ka2 = [H^+][CO3^2-] / [HCO3^-] = (0.00026+y) (y) / (0.00026–y)

 

 

 

0.00026 >>> y 이므로,

(0.00026+y) ≒ (0.00026–y) ≒ 0.00026 이라 근사처리하면,

 

5.6×10^(-11) = (0.00026) (y) / (0.00026) = y

( 0.00026 × (5/100) = 1.3×10^(-5) > 5.6×10^(-11) ... 5% 검증 ok )

 

 

 

평형에서,

[HCO3^-] = [H^+] = 0.00026 M

[CO3^2-] = 5.6×10^(-11) M

 

 

 

pH = –log[H^+]

= –log(0.00026) = 3.6

 

pOH = 14 – pH

= 14 – 3.6 = 10.4

 

pOH = –log[OH^-] = 10.4

[OH^-] = 10^(-10.4) = 4.0×10^(-11) M

 

 

 

 

정리하면,

[H2CO3] = 0.16 M

[HCO3^-] = 0.00026 M

[CO3^2-] = 5.6×10^(-11) M

[H^+] = 0.00026 M

 

pH = 3.6

[OH^-] = 4.0×10^(-11) M

 

 

 

[계산공식]

[H2CO3] = H2CO3의 초기농도(C)

[HCO3^-] = [Ka1 × C]^(1/2)

[CO3^2-] = Ka2

[H^+] = [Ka1 × C]^(1/2)

pH = –log[H^+]

[OH^-] = (1.00×10^(-14)) / [H^+]

 

 

 

 

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[ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/12708 ] 5.0 M H3PO4 용액에 존재하는 모든 화학종의 농도

 

 

 

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