Uzupełniona tabela:

c0, mol/dm3	0,002	0,008	0,018	0,028	0,042	0,100
pH	3,1	2,7	2,5	2,4	2,3	2,1

Wykres zależności pH roztworu od stężenia molowego kwasu HX:

W roztworze o pH = 2,2 stężenie molowe jonów (X^-) jest równe: 0,006 mol/dm³,
a stężenie molowe niezdysocjowanych cząsteczek kwasu HX jest równe: 0,064 mol/dm³.

---

Wyjaśnienie:

Słaby kwas HX dysocjuje zgodnie z równaniem:

$\mathrm{HX}+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\rightleftarrows \mathrm{H}{}_3\mathrm{O}{}^{+}+\mathrm{X}{}^{-}$

Stopień dysocjacji to iloraz stężenia formy zdysocjowanej elektrolitu do jego całkowitego stężenia w roztworze. Dla słabego kwasu HX:

$\alpha =\frac{c_z}{c_0}\Rightarrow \alpha =\frac{\left[\mathrm{X}{}^{-}\right]}{c_0}$

W jego roztworze stężenia jonów hydroniowych i anionów X^- są sobie w przybliżeniu równe:

$\left[\mathrm{H}{}_3\mathrm{O}{}^{+}\right]=\left[\mathrm{X}{}^{-}\right]$

co umozliwia nam obliczenie stężenia jonów hydroniowych w jego roztworze:

$\alpha =\frac{\left[\mathrm{H}{}_3\mathrm{O}{}^{+}\right]}{c_0}\Rightarrow \left[\mathrm{H}{}_3\mathrm{O}{}^{+}\right]=\alpha \cdot c_0$

Na podstawie tabeli zawartej w informacji wprowadzającej do zadania obliczamy stężenia kationów H₃O⁺ dla podanych wartości stężeń elektrolitu (0,042 mol/dm³ oraz 0,1 mol/dm³):

${\left[\mathrm{H}{}_3\mathrm{O}{}^{+}\right]}_1=0,119\cdot 0,042\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}$

${\left[\mathrm{H}{}_3\mathrm{O}{}^{+}\right]}_1\approx 5\cdot 10^{-3}\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}$

${\left[\mathrm{H}{}_3\mathrm{O}{}^{+}\right]}_2=0,079\cdot 0,1\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}$

${\left[\mathrm{H}{}_3\mathrm{O}{}^{+}\right]}_2=0,0079\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}$

Obliczamy wartości pH tych roztworów. 

$\mathrm{pH}=-\log \left[\mathrm{H}{}_3\mathrm{O}{}^{+}\right]$

${\mathrm{pH}}_1\approx 2,3$

${\mathrm{pH}}_2\approx 2,1$

Z wykresu odczytujemy wartość stężenia molowego elektrolitu w roztworze o wartości pH = 2,2. 

$c_0=0,070\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}$

Roztwór o pH = 2,2 charakteryzuje się obecnością kationów hydroniowych o stężeniu:

$\left[\mathrm{H}{}_3\mathrm{O}{}^{+}\right]=10^{-\mathrm{pH}}$

$\left[\mathrm{H}{}_3\mathrm{O}{}^{+}\right]=10^{-2,2}$

$\left[\mathrm{H}{}_3\mathrm{O}{}^{+}\right]\approx 0,006\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}$

W roztworze tego kwasu:

$\left[\mathrm{H}{}_3\mathrm{O}{}^{+}\right]=\left[\mathrm{X}{}^{-}\right]$

a więc:

$\left[\mathrm{X}{}^{-}\right]\approx 0,006\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}$

Pamiętając, że całkowite stężenie elektrolitu to suma stężeń jego formy zdysocjowanej i niezdysocjowanej:

$c_0=\left[\mathrm{HX}\right]+\left[\mathrm{X}{}^{-}\right]$

obliczamy stężenie formy niezdysocjowanej:

$\left[\mathrm{HX}\right]=c_0-\left[\mathrm{X}{}^{-}\right]$

$\left[\mathrm{HX}\right]=0,07\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}-0,006\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}$

$\left[\mathrm{HX}\right]=0,064\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}$

 

Uwaga!

Wartość przedstawioną w odpowiedzi do zadania: [HX] = 0,062 mol/dm³ otrzymamy gdy z wykresu uda nam się odczytać c₀ = 0,068 mol/dm³.