Ионное произведение воды. Водородный показатель рН

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 9Следующая ⇒

Вода является очень слабым электролитом и в незначительной степени диссоциирует на ионы Н⁺ и ОН^–:

Н₂О Á Н⁺ + ОН^–.

По закону действующих масс константа диссоциации равна:

Так как концентрация [Н₂О] недиссоциированной воды много больше концентраций [H⁺] и [OH^–] и остается практически постоянной, то и произведение K ×[H₂O] тоже является постоянной величиной; следовательно, можно ввести константу К_{w ,} равную произведению концентраций ионов Н⁺ и ОН^–, которую называют ионным произведением воды. Её величина постоянна в любом растворе при данной температуре и составляет, согласно опытным данным, при комнатной температуре 10^–14 моль²/л²

Из этого соотношения вытекает, что в любом водном растворе всегда присутствуют как ионы H⁺, так и ионы OH^–. Зная концентрацию одного из ионов, [H⁺] или [OH^-], легко рассчитать и концентрацию второго иона.

Удобнее вместо концентрации использовать десятичный логарифм концентрации ионов Н⁺, взятый с отрицательным знаком, называемый водородным показателем рН:

Аналогично для концентрации ионов ОН^– вводится понятие гидроксильного показателя pOH:

Логарифмируя соотношение (7.24) и меняя знаки на обратные,
получим:

В нейтральных растворах: [H⁺] = [OH^–] = 10^–7 моль/л, рН = рОН = 7.

В кислых растворах: [H⁺] > [OH^–], [H⁺] > 10^–7 моль/л, рН < 7, рОН > 7.

В щелочных средах: [H⁺] < [OH^–], [H⁺] < 10^–7 моль/л, рН > 7, рОН < 7.

Концентрация ионов Н⁺ для одноосновной кислоты может быть выражена следующим образом:

,

(7.28)

где С – молярная концентрация раствора кислоты, моль/л.

Пример 10. Концентрация ионов ОН^– в растворе составляет 2,5∙10^–6 моль/л. Каково значение рН раствора?

Решение

Из формулы (7.24) для ионного произведения воды определим концентрацию ионов Н⁺:

.

Применяя формулу (7.25), найдем:

рН = –lg[H⁺] = –lg4∙10^–9,

рН = 8,40.

Пример 11. Вычислить рН 1 %-го раствора муравьиной кислоты, считая, что плотность раствора 1 г/мл. Константа диссоциации кислоты 2,1∙10^–4.

Решение

100 г раствора содержит 1 г, а 1 л – 10 г НСООН, поэтому молярная концентрация кислоты составляет:

Из формулы (7.28) следует, что:

Вычислим рН:

рН = –lg[H⁺] = –lg6,8∙10^–3 = 2,2.

Задачи

151 – 156 Вычислить массовую долю (%), молярную, моляльную и нормальную концентрацию указанных растворов (см. таблицу), если известны плотность раствора, масса растворенного вещества и объем воды.

157 – 161 Вычислить объём V′ (мл) разбавленного раствора, полученного добавлением воды к 250 мл концентрированного раствора (см. таблицу). Рассчитать молярную долю растворенного вещества в разбавленном растворе.

162 – 167 Рассчитать массовую долю (ω, %) растворенного вещества в растворе, приготовленном смешением 100 мл разбавленного раствора и 10 мл концентрированного раствора указанного вещества (см. таблицу).

168 – 172 Вычислите, до какого объема (л) необходимо выпарить 2,5 л разбавленного раствора, чтобы приготовить концентрированный раствор с молярной концентрацией 1,2 моль/л (см. таблицу).

173 Для нейтрализации 20 мл 0,1 н раствора кислоты потребовалось 8 мл раствора NaOH. Сколько граммов NaOH содержит 1 л этого раствора?

Ответ: 10 г.

174 На нейтрализацию 20 мл раствора, содержащего в 1 л 12 г NaOH, израсходовано 24 мл раствора кислоты. Определить нормальность раствора кислоты.

Ответ: 0,25 н.

175 Какой объем 0,2 н раствора щелочи NaOH потребуется для осаждения в виде Fe(OH)₃ всего железа, содержащегося в 100 мл 0,5 н раствора FeCl₃? Какая масса Fe(OH)₃ выпадает в осадок?

Ответ: 0,25л; 1,78 г.

176 Сколько граммов СаСО₃ выпадает в осадок, если к 400 мл 0,5 н раствора СaCl₂ прибавить избыток раствора соды?

Ответ: 10 г.

177 Давление пара воды при 100 ˚С равно 1,013 ∙ 10⁵ Па. Вычислите давление пара над 4 %-ным раствором мочевины СО(NH₂)₂ при этой температуре.

Ответ: 1∙10⁵ Па.

178 – 179 По данным, приведенным в таблице для разбавленных растворов неэлектролитов, вычислить указанные в ней искомые величины, обозначенные знаком «?».

180 Что такое эбуллиоскопическая и криоскопическая константы растворителя? Вычислите криоскопическую константу бензола, если при растворении 0,0125 вещества в 125 г бензола температура кристаллизации понижается на 0,512 ˚С.

Ответ: 5,12 ˚С.

181 Температура кристаллизации уксусной кислоты 16,65 ˚С, а криоскопическая константа равна 3,9. Вычислить температуру кристаллизации раствора, содержащего 0,1 моля растворенного вещества в 125 г уксусной кислоты.

Ответ: 13,53 ˚С.

182 – 183 Вычислить молярную массу неэлектролита (г/моль), используя данные таблицы:

184 – 187 По данным, приведенным в таблице для разбавленных водных растворов неэлектролитов, вычислить указанные там же искомые величины, обозначенные знаком «?».

188 Вычислить давление пара 10 %-го раствора Ba(NO₃)₂ при 28 ˚С. Давление пара воды при той же температуре составляет 37,8∙10² Па. Кажущая степень диссоциации соли 0,2.

Ответ: 37,18∙10² Па.

189 Вычислить рН и рОН 0,01 н раствора уксусной кислоты, степень диссоциации которой в этом растворе равна 4,2 %.

Ответ:3,38; 10,62.

190 Могут ли рН и рОН быть равными нулю? Меньше нуля? Чему равны рН и рОН раствора, концентрация ионов водорода в котором равна 10^–4 моль/л?

Ответ: 4; 10.

191 – 194 По данным, приведенным в таблице для разбавленных водных растворов электролитов, вычислите там же искомые величины, обозначенные знаком «?».

195 Константа диссоциации хлорноватистой кислоты равна 3,0∙10^–8 при 25 ˚С. Чему равна степень диссоциации HClO в 0,1 н растворе?

Ответ: 5,5∙10^–4.

196 Вычислить концентрацию ионов Н⁺ и ОН^– в растворе, водородный показатель которого равен 4,3.

Ответ: 5∙10^–5 моль/л; 2∙10^–10 моль/л.

197 Определить молярную концентрацию раствора серной кислоты, если рН равен 2,2.

198–200 Вычислить рН раствора кислоты при α = 1, если для обозначенного известны из таблицы следующие данные:

Познавательные статьи:



Алгоритмические операторы Matlab

Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды

Исследования учёных: почему помогают молитвы?

Почему терпят неудачу многие предприниматели?