Or valami olyan reakció történik, amiről nem tudok?

Három reakció van, és valószínűleg mindegyikkel tisztában vagy:

$$\tag{1}\ce{H2O(l) <=> H+(aq) + OH-(aq)}$$

$$\tag{2}\ce{HCl(aq) -> H+(aq) + Cl-(aq)}$$

$$\tag{3}\ce{Ch3COOH(aq) <=> H+(aq) + CH3COO-(aq)}$$

A $\ce{H+}$ koncentrációja ebben a három reakcióban ugyanaz, mert mindhárom reakció ugyanabban a fázisban történik. Tehát ami az (1) és (2) reakciókban történik, az befolyásolja a (3) reakció egyensúlyát.

Egyszerűen megkereshetem a CH3COOH vízzel való reakciója által felszabaduló mennyiséget, és hozzáadhatom a HCl által felszabadulóhoz, összeadhatom a két koncentrációt, majd így kiszámíthatom a pH-t?

Nem teheted, mert ha visszamész a (3) reakcióhoz, akkor már nem vagy egyensúlyban. Annak elkerülésére, hogy az egyik egyensúlyt megpróbáld helyrehozni, miközben egy másikat elrontasz, két stratégia létezik:

a) Tegyél mindent egy egyenletrendszerbe, és oldd meg egy csapásra (előnyös módszer, ha egyenletmegoldót használsz).

b) Kezdd a fő fajokkal, figyelmen kívül hagyva a mellékfajokat és a fő fajokat nem nagyon befolyásoló reakciókat. Ezután térjünk rá ezekre a többi reakcióra és a kisebb fajokra. Ez akkor előnyös, ha a számításokat papíron kell elvégeznie, és nincs szüksége a pontos megoldásra.

A közelítő válasz

Keverés után és az összes savi disszociációs reakciót figyelmen kívül hagyva a koncentrációk a következők:

c(ecetsav) = 50 / 125 * 0,3 M = 0,12 M

c(sósav) = 75 / 125 * 0.2 = 0,12 M

Íme tehát a lépések:

1. Hagyjuk a sósavat disszociálni, és megkapjuk a hidrogénion-koncentrációt és a pH-t
2. Vizsgáljuk, hogy az ecetsav érzékelhetően disszociál-e
3. Vizsgáljuk, hogy a víz érzékelhetően disszociál-e

Az első lépésre = 0,12 M, és pH = 0,92. Ezek előzetesek, mert nem hagytuk, hogy a többi sav (víz és ecetsav) disszociáljon.

A második lépésnél még nem vagyunk egyensúlyban (még nincs acetát). A pH azonban nagyon alacsony az ecetsav pKa-jához képest, így hacsak a pH nem változik nagyon, nem fog sokat disszociálni. Próbáljuk meg kiszámítani az acetátkoncentrációt, feltételezve, hogy az ecetsav és a hidrogénion koncentrációjának változása elhanyagolható.

$$$ = K_a * / \ce{} = \pu{1.8e-5} * 0,12 / 0,12$$

Ezért nem követünk el nagy hibát, ha azt mondjuk, hogy az ecetsav és a hidrogénionok koncentrációja nem sokat változott a 2. reakció hatására. Ha akarjuk, a hidrogénion-koncentrációt 0,12 M-ről 0,120018 M-re frissíthetjük.

A harmadik lépésnél azt tesszük, amit mindig is szoktunk, ha a pH jelentősen savas. Egyszerűen kiszámítjuk a hidroxidkoncentrációt, feltételezve, hogy a hidrogénion-koncentrációt nem nagyon befolyásolja a víz disszociációja. Az eredmény $\pu{8.3e-14}$. Ha akarjuk, a hidrogénion-koncentrációt 0,120018 M-ről 0,120018000000013 M-re és 0,92075 pH-ra frissíthetjük. (Mindennek nincs értelme, mert az ecetsav disszociációs állandójára csak 2 szignifikáns számjegyet kaptunk.)

Mert mivel a második lépésnél 0,12 M, a harmadik lépésnél pedig 0,120018 M hidrogénion-koncentrációt feltételeztünk, bár ez nem teljesen igaz, a (2) és (3) reakciók nem egészen egyensúlyban vannak az általunk számított koncentrációk esetén. A jó az, hogy a legtöbb esetben ez nem számít.