Of gebeurt er een of andere reactie waar ik me niet bewust van ben?

Er zijn drie reacties, en u kent ze waarschijnlijk allemaal:

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

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

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

De concentratie van $\ce{H+}$ in die drie reacties is gelijk omdat het allemaal in dezelfde fase gebeurt. Dus wat er in reactie (1) en (2) gebeurt, beïnvloedt het evenwicht van reactie (3).

Kan ik gewoon de vrijkomende door de reactie van CH3COOH met water vinden en die optellen bij de vrijkomende door HCl, de twee concentraties optellen en dan op die manier de pH berekenen?

Nee dat kan niet, want als je teruggaat naar reactie (3), ben je niet meer in evenwicht. Om te voorkomen dat je het ene evenwicht probeert te herstellen en het andere verprutst, zijn er twee strategieën:

a) Zet alles in een stelsel vergelijkingen, en los ze in één keer op (voorkeursmethode als je een vergelijkingsoplosser gebruikt).

b) Begin met de belangrijkste soorten, en negeer de minder belangrijke soorten en reacties die de belangrijkste soorten niet veel beïnvloeden. Ga dan verder met die andere reacties en de minder belangrijke soorten. Dit verdient de voorkeur wanneer je de berekeningen op papier moet doen en niet de exacte oplossing nodig hebt.

Het antwoord bij benadering

Na menging en zonder rekening te houden met alle zuurdissociatiereacties, zijn de concentraties als volgt:

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

c(zoutzuur) = 75 / 125 * 0.2 = 0,12 M

Dus dit zijn de stappen:

1. Laat zoutzuur dissociëren en krijg waterstofionenconcentratie en pH
2. Controleer of azijnzuur merkbaar dissocieert
3. Controleer of water merkbaar dissocieert

Voor de eerste stap krijgen we = 0,12 M, en pH = 0,92. Dit zijn voorlopige waarden omdat we de andere zuren (water en azijnzuur) niet hebben laten dissociëren.

Voor de tweede stap zijn we nog niet in evenwicht (nog geen acetaat). De pH is echter erg laag vergeleken met de pKa van azijnzuur, dus tenzij de pH veel verandert, zal het niet veel dissociëren. Laten we proberen de acetaatconcentratie te berekenen, ervan uitgaande dat de verandering in de azijnzuur- en waterstofionenconcentratie te verwaarlozen is.

$$ = K_a * / pKa{} = \pu{1,8e-5} * 0,12 / 0,12$$

We maken dus geen grote fout als we zeggen dat de concentraties van azijnzuur en waterstofionen niet veel veranderd zijn door reactie 2. Als we willen, kunnen we de waterstofionenconcentratie bijwerken van 0,12 M naar 0,120018 M.

Voor de derde stap doen we wat we altijd doen als de pH substantieel zuur is. We berekenen gewoon de hydroxideconcentratie, ervan uitgaande dat de waterstofionconcentratie niet veel wordt beïnvloed door waterdissociatie. Die komt uit op $pu{8.3e-14}$. Als we willen, kunnen we de waterstofionenconcentratie bijwerken van 0,120018 M tot 0,120018000000013 M en een pH van 0,92075. (Dit heeft allemaal geen zin omdat we voor de dissociatieconstante van azijnzuur maar 2 significante cijfers hadden.)

Omdat we voor de tweede stap uitgingen van een waterstofionenconcentratie van 0,12 M en voor de derde van 0,120018 M, ook al is dat niet helemaal waar, zijn reactie (2) en (3) niet helemaal in evenwicht voor de concentraties die we berekend hebben. Het mooie is dat dat in de meeste gevallen niet uitmaakt.