pHaprekiniUzdLdLat.doc
Āris Kaksis 2010. Rīgas Stradiņa universitāte

Uzdevumi pH aprēķināšanai šķīdumos
 
1. Aprēķināt pH2 šķīdumam, kas iegūts, 100 mL HCl šķīdumam ar pH1 = 3 pievienojot 200 mL ūdens.
Atbilde α·CM1 = 10-3 mol/L; α·CM2 = 10-3,477 mol/L = 0,00033 mol/L; pH2 = 3,48.
 
Atrisinājums:                           [H+] = 10-pH
pH = - lg [H3O+] = - lg (α · z · Cm)
z = 1
α·CM1 = 10-3
V2 = V1 +ΔV1
100 + 200 = 300 (mL)
α ·CM2 = α ·CM1 : 3
10-3 : 3 = 10-3,477
pH2 = -lg( 0,000333) = 3,477
 
2. Vienam litram (V1 = 1 L) stipras skābes šķīduma ar pH1 = 0,75 pielēja vienu litru (V2 = 1 L)
skābes šķīduma ar pH2 = 2. Aprēķināt iegūtā skābes šķīduma pH3.
Atbilde α·CM1 = 0,178 mol/L; α·CM2 = 0,01 mol/L; α·CM3 = 0,0939 mol/L; pH3 = 1,027.
 
Atrisinājums:                           pH = - lg [H3O+] = - lg (α · z · Cm)
z = 1
α ·CM1 = 10-0,75 = 0,178 mol/L
α ·CM2 = 10-2 = 0,01 mol/L
n = C · V;       n1 = α · 0,178 · 1;       n2 = α · 0,01 · 1 ;       
n3 = α · 0,178 + α · 0,01 = α · 0,188;            
α ·CM3 =0,188/2 = 0,094 mol/L;
pH3 = - lg (α·CM3) = -lg 0,094 = 1,027
 
3. Vājas vienvērtīgas skābes Kdis = 3,5 · 10-3.
Aprēķināt šīs skābes šķīduma πosm pie 20oC, ja šķīduma pH = 1,5.
Atbilde CM = 0,29 mol/L; α = 0,1107; i = 1,1107; πosm = 773,49 kPa.
 
4. Vājas vienvērtīgas bāzes Kdis = 2,2 · 10-6. Aprēķināt šīs bāzes πosm pie 0oC, ja šķīduma pH = 10,5.
Atbilde pOH = 3,5; CM = 0,0455 mol/L; α = 0,007; i = 1,007; πosm = 103,95 kPa.
 
5. Vājas vienvērtīgas skābes pH = 2, Kdis = 2 · 10-4. Aprēķināt, cik mL šīs skābes
šķīduma nepieciešams, lai neitralizētu 20 mL 5 % NaOH šķīduma ar blīvumu ρNaOH = 1,05 g/mL.
Atbilde CMskābei = 0,500 mol/L; CM NaOH = 1,31 mol/L; Vskābei = 52 mL; nNaOH = 0,026 ekv.mol.
 
6. Vājas vienvērtīgas bāzes pH = 11,2, Kdis = 1,79 · 10-5. Cik mL 0,1 N
sālsskābes šķīduma nepieciešams 20 mL bāzes šķīduma neitralizēšanai?
Atbilde CM bāzei = 0,140 mol/L; Vskābei = 28,066 mL.
 
7. Cik g NaOH jāizšķīdina, lai iegūtu 500 mL šķīduma ar pH = 12,54, ja α = 90 %,
MNaOH = 40 g/mol.
Atbilde CM = 0,0385 mol/L; mNaOH = 0,768 g.
 
8. HCl šķīduma pH = 1,05, α = 80 %. Cik mL skābes šķīduma nepieciešams reakcijai ar
10 mL 0,2 N bāzes šķīduma.
Atbilde CN HCl = 0,1114 ekv.mol/L; Vskābei = 17,95 mL.
 
9. Aprēķināt 1,85 % HCl šķīduma pH, ja α = 80 %, ρHCl = 1 g/mL, MHCl = 36,5 g/mol.
Atbilde CM = 0,507 mol/L; pH = 0,39.
 
10. HCl šķīduma osmotiskais spiediens 0oC temperatūrā ir 454 kPa, α = 100 %.
Aprēķināt šķīduma pH.
Atbilde CM = 0,1 mol/L; i = 2; pH = 1.
 
11. H2SO4 šķīduma pH = 1, α = 50 %. Aprēķināt skābes šķīduma osmotisko spiedienu 0o C temperatūrā.
Atbilde CM = 0,10 mol/L; πosm = 453,94 kPa.
 
12. Pieci litri NaOH šķīduma satur 2 g NaOH. Aprēķināt šķīduma pH, ja
 ρ = 1 g/mL, MNaOH = 40 g/mol, α = 1.
Atbilde CM = 0,01 mol/L; pH = 12.
 
13. H2SO4 šķīduma pH = 1,5; α = 80 %; ρ = 1,05 g/mL; MH2SO4 = 98 g/mol.
Aprēķināt šķīduma molāro, normālo un procentuālo koncentrāciju.
Atbilde CM = 0,0198 mol/L; CN = 0,0395 ekv.mol/L; W% = 0,185%.
 
14. Aprēķināt molāro un normālo koncentrāciju Ca(OH)2 šķīdumam, ja tā pH = 13,2; α = 90 %.
Atbilde CM = 0,088 mol/L; CN = 0,176 ekv.mol/L.
 
15. Asiņu pH = 7,4; kuņģī ir pH = 1,2 . Cilvēka organismā eksistē asinsvadu un
kuņģa šūnu membrānu norobežots līdzsvars starp diviem
Termodinamiskiem stāvokļiem – ūdeņraža joniem asinīs un kuņģī:
                                                            H3O+asin         Arrow206.gif           H3O+kuņģ                    .
Kāda ir līdzsvara konstantes vērtība? Raksturojiet uz kuru pusi un cik daudz šis līdzsvars ir nobīdīts?
Kāda ir ūdeņraža jonu H3O+ viena mola brīvās enerģijas izmaiņa ΔG°r šinī reakcijā kJ/mol?
Vai šāds process ir patvaļīgs?
Klīdzsv =[H3O+]kuņģ / [H3O+]asin  ; ΔG°r = - R•T•ln(Klīdzsv) = - 2,3•R•T•lg(Klīdzsv)

Atbilde [H3O+]asin=3,98•10-8M; [H3O+]kuņģ=6,31•10-2M; Klīdzsv = 1,6•10+6; ΔG°r= -36,77 kJ/mol.
 
16. Asiņu pH = 7,36. Skābekļa O2 koncentrācija asins plazmā [O2] = 6•10–5 M un ūdenī H2O ir
CO2 = 2,102•10-4 M (vai 4,708 mL/L H2O), absorbējoties no gaisa , kas satur tilpuma procentos
(20.95% skābekļa O2 un 78,2% slāpekļa N2).
Cilvēka ķermeņa temperatūrā t = 37° C vai T=310,15K un
skābekļa oksidēšanās - reducēšanās līdzsvara
O2 + 4H3O+ + 4e–  Arrow206.gif6H2O
standarta potenciāla lielums ir Eo = +1,21865 V un
Nernsta potenciālu aprēķina kā E= Eo + P/4•lg([O2] [H3O+]4)  ,
kur P =ln(10)•R•T/F  = ln(10)•8.3144(J/mol/K)•310.15 K / 96485 C =0.06154 V,
asins pH un [O2] koncentrācija pazemina skābekļa oksidēšanas potenciālu
ļoti stipram oksidētājam no kā būtu jāaizsargā dzīvās šūnas un asins plazmas sastāvdaļas,
jo organismā ietilpstošās organiskās vielas pamatā ir izteikti reducētāji.
Hemoglobīna klātbūtne arteriālajās asinīs rada noglabāta skābekļa rezerves
izlietotā skābekļa papildināšanai, kas sastāda simts piecdesmit reizes 150 lielāku
skābekļa O2 potenciālā oksidētāja neaktīvu klātbūtni: nO2 = 7,5•10–4 moli/L litrā
plazmas arteriālajās asinīs. Neatkarīgs no pH kritērijs ir dzelzs Red-Ox standarta potenciāls
Eo Fe3+/Fe2+ = 0.77 V un reāli vel mazāks.
Aprēķiniet kāds ir reālais skābekļa Ox-Red sistēmas potenciāls, ja
asins plazmas ūdeņraža eksponentes vērtības pH = 7.36 un
skābekļa koncentrācija [O2] = 6•10–5 M ir zināmi lielumi? 
Salīdziniet iegūto potenciāla vērtību E = …? ar labi pazīstamiem stipriem oksidētājiem
un to Ox-Red līdzsvaru standarta potenciālu vērtībām
H2O2 1,78V; KMnO4 1,51; K2Cr2O7 1,33 V!? 
Vai asiņu pH vērtība ir pietiekoša skābekļa O2 oksidējošo īpašību pavājināšanai? 1.21865+0.06154/4*log(6•10–5•(10–7.36)4)log(6•10–5•(10–29.44))log(6•10–34.44)
1.21865-0.06154/4*35.22-0.01539*35.22,1.21865-0.5420 (EO2 = 0.6766 V )
 
17. Aktīvā mitohondrijas iekšpusē pH = 8, 36, bet starp membrānu telpā pH = 5 .
Bikarbonāta koncentrācija asinīs-citosolā [HCO-3]+[CO2]=0,023M, lietojot
Hendersona Hasselbaha izteiksmi koncentrāciju CO2 [CO2]
var aprēķināt ar pH=7,36=pK+lg([HCO3-cytosole]/[CO2]);
7,36=7,0512 + lg([HCO3-cytosole]/[CO2]) un
107.36-7.0512 =[HCO3-cytosole]/[CO2]=2,036=0,0154M/[CO2] ,
kur [CO2] =0,0154M/2,036=0,00757M ir oglekļa dioksīda koncentrācija
asinīs-citosolā-un mitohondrijā
Iekšpusē
pH = 8,36 = pK+lg([HCO3-Mitochon]/[CO2]) ;
8,36 = 7,0512 + lg([HCO3-Mitochon]/[CO2]) ;
108.36-7.0512 = [HCO3-Mitochon]/[CO2] = 20,36 = [HCO3-Mitochon]/0,00757M un
Mitohondrijas iekšpusē bikarbonāta koncentrācija ir desmit reizes lielāka
[HCO3-]= 20,36•0,00757M = 0,1541 M .
 Cilvēka ķermeņa temperatūra t=37°C; T=310.15K.
Aktīvais membrānas potenciāls ūdeņraža joniem:
H3O+Mitochon  Arrow206.gifH3O+extraMit 
EH+membr=P•lg([H3O+extraMit]/[H3O+Mitochon])= 0,06154 V.
EH+membr=P•lg([10-pHextraMit/10-pHMitochon)=0,06154•lg(10-5/10-8,36)= P•lg(10-5,36)=0,2068V.
Ja EH+membr=P•lg([10-pHextra/10-pHMitoch)=0,06154•lg(10-5/10-8,5)=0.2154V

Aktīvais membrānas potenciāls bikarbonāta anjoniem: HCO3-Mitochon  Arrow206.gifHCO3-cytosole 
EHCO3-Mitochon,=-P•lg([HCO3-cytosole]/[HCO3-Mitochon])= -0,06154•lg(0.0154/0.154)= 0,06154 V ,
Ja P•lg([HCO3-cytosole]/[HCO3-Mitochon])=-0.06154*log(1/50)=0.10455V

kur P =ln(10)•R•T/F  = ln(10)•8.3144(J/mol/K)•310.15 K / 96485 C =0.06154 V, un summārais
membrānas potenciāls ūdeņraža un bikarbonāta joniem ir
Emembr=0.2682 V=0.2068 V + 0.06154 V Ja P•lg([HCO3-cytosole]/[HCO3Mitochon])=-0.06154*log(1/50)=0.10455V un pHMitochon =8.5
Emembr=0.32 V=0.2154 V + 0.10455 V

18. Aprēķināt 5% HCOOH šķīduma pH. Kdis = 2 · 10-4; pK = 3,69; ρ = 1,02 g/mL; MHCOOH = 46 g/mol.
Atbilde mHCOOH = 51 g; CM = 1,1086 mol/L; pH = 1,83.
 
19. Aprēķināt 0,02 N etiķskābes šķīduma pH. Kdis = 1,8 · 10-5; pK = 4,74    Atbilde pH = 3,22.
 
20. H2SO4 šķīduma pH = 0,7; α = 50 %; ρ = 1,03 g/mL; MH2SO4 = 98 g/mol. Aprēķināt šķīduma masas daļu %.    Atbilde w % = 1.9 %.
 
21. 400 mL sērskābes šķīduma satur 0,196 g H2SO4. Aprēķināt šķīduma pH un pOH.
MH2SO4 = 98 g/mol; α = 50 %.      Atbilde CM = 0,005 mol/L; pH = 2,3.
 
22. H2SO4 šķīduma pH = 0; α = 70 %; ρ = 1,18 g/mL; MH2SO4 = 98 g/mol. Aprēķināt šķīduma molāro, normālo un masas daļu w%.
Atbilde CM = 0,71 mol/L; CN = 1,43 ekv.mol/L; W% = 5,93%.
 
23. Cik reizes skudrskābes šķīduma hidroksonija jonu koncentrācija [H3O+] atšķiras no tādas pašas koncentrācijas etiķskābes šķīduma hidroksonija jonu [H3O+] koncentrācijas? KHCOOH = 1,77·10-4; KCH3COOH = 1,75·10-5. Atbilde Vienādas koncentrācijas doto skābju šķīdumu hidroksonija jonu [H3O+] koncentrācijas atšķiras 3,18 reizes.