산-염기 중화 적정 과정에서 용액의 pH 계산: 약염기-강산 적정

산-염기 중화 적정 과정에서 용액의 pH 계산: 약염기-강산 적정

 

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▶ 참고: 강산 ← 강염기 적정 [ https://ywpop.tistory.com/2732 ]

▶ 참고: 약산 ← 강염기 적정 [ https://ywpop.tistory.com/2736 ]

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이번에는 약염기-강산 적정 과정에서 용액의 pH를 구해보겠다.

시료인 약염기를 표준 용액인 강산으로 적정한다고 가정한다.

( 지시약은 메틸 레드, methyl red를 사용한다. )

( 참고: 산-염기 지시약 https://ywpop.tistory.com/3839 )

 

 

[가정] 0.1 M NH3 25 mL (시료) ← 0.1 M HCl (표준 용액)

 

 

적정 중에는 다음과 같은 중화 반응이 일어난다.

 

 

 

약염기-강산 적정 시에는 생성된 염에 의한 가수분해 반응이 일어난다.

( 참고: 가수분해 https://ywpop.tistory.com/5502 )

 

 

 

가수분해 반응 결과 H3O^+ (≡ H^+) 이온이 생성되기 때문에,

중화점(= 당량점)에서의 pH는 7 보다 작다.

 

 

약염기-강산 적정 시(중화점 이전)에는 완충 용액이 형성되기 때문에,

적정 중 용액의 pH는 Henderson-Hasselbalch 식으로 계산한다.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/1926 )

 

중화된 산의 분율 개념과 동일하게,

( 참고 https://ywpop.tistory.com/2736 )

 

여기서도 중화된 염기의 분율 개념을 도입한

Henderson-Hasselbalch 식을 사용하자.

 

 

 

[참고] 분율 개념은 실험할 때 사용하면 매우 편리하나,

시험 문제 풀이할 때는 화학량론적으로 계산한다.

 

 

 

 

☆ 첨가한 HCl 부피 vs. 용액의 pH

 

 

 

 

1) 적정 전, HCl 0 mL

적정 전, 즉 표준 용액을 가하기 전의

염기의 몰농도와 용액의 pH는 다음과 같다.

 

 

이때 염기의 몰수 = (0.1 mol/L) × 0.025 L = 0.0025 mol

 

 

 

[ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/6332 ]

 

 

 

 

2) HCl 10 mL 加 (중화점 전)

첨가한 HCl의 mol수를 계산하면,

(0.1 mol/L) × 0.010 L = 0.0010 mol

---> 이만큼 염기가 중화된다. 이때 중화된 염기의 분율, f는

 

 

 

 

[참고] 분율 개념은 실험할 때 사용하고,

시험 문제 풀이할 때는 화학량론적으로 계산한다.

[ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/11277 ]

[ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/12834 ]

[ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/16411 ]

 

 

반응형

 

 

3) HCl 25 mL 加 (중화점)

가한 HCl의 몰수의 mol수는

(0.1 mol/L) × 0.025 L = 0.0025 mol

 

 

(처음) 염기의 몰수와 (가한) 산의 몰수가 같으므로,

시료인 약염기는 표준 용액인 강산에 의해 완전히 중화된다.

NH3(aq) + HCl(aq) → NH4Cl(aq)

 

 

그러나 약염기의 짝산(NH4^+)의 가수분해 때문에,

중화점에서 용액의 pH는 7이 되지 않는다.

NH4^+(aq) + H2O(l) ⇌ NH3(aq) + H3O^+(aq)

 

 

중화점에서의 용액은

0.05 M NH4Cl 용액과 똑같다.

( ∵ 0.0025 mol / 0.05 L = 0.05 M )

 

 

 

 

[ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/23768 ]

[ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/20192 ]

 

 

 

 

4) HCl 35 mL 加

중화점에서 염기가 모두 중화되었으므로,

이때부터 산이 가해진 용액의 pH는

[강염기 ← 강산] 적정의 경우와 동일하다.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/2732 )

 

 

∵ 염의 가수분해로 생성된 H^+ 이온의 양은

강산이 이온화되어 생성된 H^+ 이온의 양에 비해

매우 작기 때문에 무시한다.

( ∵ NH4^+는 HCl과 비교조차 할 수 없는 약산 )

 

 

계산은 생략하겠다.

( 강산-강염기 적정 참고 )

 

 

 

[ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/22722 ] 당량점 이후

 

 

 

 

 

[그림] 약염기(시료)-강산(표준) 적정곡선. 이때 지시약은 methyl red.

 

 

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※ 시료가 약산 또는 약염기 일 때, 적정 과정에서의 pH 계산 정리

 

 

 

 

 

[0.1 M C2H5NH2 40.00 mL + 0.1 M HCl 적정]

[ https://ywpop.tistory.com/16915 ] (1) V_HCl = 0.00 mL

[ https://ywpop.tistory.com/16917 ] (2) V_HCl = 20.00 mL. 반-당량점

[ https://ywpop.tistory.com/16918 ] (3) V_HCl = 39.90 mL

[ https://ywpop.tistory.com/16921 ] (4) V_HCl = 40.00 mL. 당량점

[ https://ywpop.tistory.com/16922 ] (5) V_HCl = 40.10 mL

 

 

 

 

[ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/search/약염기-강산%20적정 ] 약염기-강산 적정

 

 

 

[키워드] 약염기-강산 적정 기준, 약염기-강산 적정 사전