약산-약염기 염 용액의 pH. 0.250 M NH4F 용액의 pH ★

약산-약염기 염 용액의 pH. 0.250 M NH4F 용액의 pH

acidic, basic, or neutral salt?

 

 

Predict the pH of 0.250 M NH4F solution.

> Ka for HF = 7.1×10^(-4)

> Kb for NH3 = 1.8×10^(-5)

 

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▶ 참고: 약산-약염기 염 용액의 pH

[ https://ywpop.tistory.com/4233 ]

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[참고] 용액의 pH를 계산하기 전에...

Ka > Kb 이므로,

NH4F 용액은 산성임을 알 수 있다.

( NH4F는 산성염. )

 

따라서 pH는 7 미만 값으로 나와야 될 것이다.

 

 

 

 

NH4F는 가용성 염이기 때문에,

물에서 100% 이온화된다고 가정하면,

NH4F(s) + H2O(l) → NH4^+(aq) + F^-(aq)

 

NH4F : NH4^+ : F^- = 1 : 1 : 1 계수비 이므로,

[NH4F] = [NH4^+] = [F^-] = 0.250 M

 

 

 

 

NH4^+는 약염기(NH3)의 짝산(비교적 강한 산)이므로,

물과 가수분해 반응이 일어난다.

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

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

 

Kh = Ka = Kw / Kb

= (10^(-14)) / (1.8×10^(-5)) = 5.6×10^(-10)

 

 

 

평형상수 식에 평형에서의 농도를 대입하면,

Kh = x^2 / (0.250–x) = 5.6×10^(-10)

( 참고 https://ywpop.tistory.com/4294 )

 

0.250–x ≒ 0.250 이라 근사처리하면,

x = [(5.6×10^(-10)) (0.250)]^(1/2)

= 1.2×10^(-5) M = [H3O^+] = [H^+]

 

 

 

 

F^-는 약산(HF)의 짝염기(비교적 강한 염기)이므로,

물과 가수분해 반응이 일어난다.

F^-(aq) + H2O(l) ⇌ HF(aq) + OH^-(aq)

 

Kh = Kb = Kw / Ka

= (10^(-14)) / (7.1×10^(-4)) = 1.4×10^(-11)

 

 

 

평형상수 식에 평형에서의 농도를 대입하면,

Kh = x^2 / (0.250–x) = 1.4×10^(-11)

 

0.250–x ≒ 0.250 이라 근사처리하면,

x = [(1.4×10^(-11)) (0.250)]^(1/2)

= 1.9×10^(-6) M = [OH^-]

 

 

 

 

[H^+] = 1.2×10^(-5) M > [OH^-] = 1.9×10^(-6) M 이므로,

( H^+의 농도 > OH^-의 농도 )

 

H^+(aq) + OH^-(aq) → H2O(l) 반응 후

남아있는 [H^+]를 구하면

[H^+] = (1.2×10^(-5)) – (1.9×10^(-6))

= 1.0×10^(-5) M

 

 

 

pH = –log[H^+]

= –log(1.0×10^(-5)) = 5.0

 

 

 

답: pH = 5.0

 

 

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또는

아래 공식으로 간단히 계산할 수도 있다.

 

 

 

> pKa = –log(7.1×10^(-4)) = 3.149

> pKb = –log(1.8×10^(-5)) = 4.745

 

 

pH = 1/2 (pKw + pKa – pKb)

= 1/2 (14 + 3.149 – 4.745)

= 6.2

 

 

 

 

[참고] 약산-약염기 적정을 하지 않는 이유

> 약산-약염기 적정에서는 중화점(당량점)에서 일어나는

염의 가수분해 반응이 2개이기 때문이다.

---> 계산하기 귀찮아서 이런 적정은 안 한다.

> 더 중요한 이유는

약산-약염기 적정을 안해도 되기 때문이다.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/2732 )

 

 

 

 

[ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/4298 ] NH4CN 용액의 pH

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/4300 ] 산성염, 염기성염, 중성염

 

 

 

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