Ионное произведение воды. Водородный показатель.

Вода хотя и весьма незначительно, но все же диссоциирует на ионы: Н2ОÛ Н+ + ОН-. Следовательно, вода является типичным амфотерным электролитом, т.е. она может действовать в равной степени и как кислота и как основание. Установлено, что константа диссоциации воды равна Ионное произведение воды. Водородный показатель. - student2.ru Ионное произведение воды. Водородный показатель. - student2.ru Ионное произведение воды. Водородный показатель. - student2.ru .

Судя по значению этой величины, вода является очень слабым электролитом. Произведение концентраций водородных и гидроксид-ионов, которое при данной температуре является постоянной величиной, называется ионным произведением воды, его обозначают Кw. При 250С Кw =[Н+][ОН-]=10-14. Для процессаН+(р) + ОН- (р) Û Н2О(р) , DН0298 = -56кДж/моль; обратный процесс - диссоциация воды является эндотермическим процессом. Отсюда, в соответствии с принципом Ле-Шателье, температура будет оказывать влияние на Кw.

Для характеристики кислотности раствора используют водородный показатель (рН).

рН = - lg[H+], где [H+] - концентрация ионов водорода в моль/л. Т.к. Кw ¹ 0, то и не может быть водного раствора, в котором концентрация Н+ или ОН- равнялась бы нулю. Следовательно, в любом водном растворе присутствуют совместно ионы Н+ и ОН-. Для нейтральной среды [Н+] = [ОН-] = Ионное произведение воды. Водородный показатель. - student2.ru =10-7 моль/л, следовательно, рН=7. В кислой среде [Н+]> 10-7 моль/л, т.е. 0< рН <7, в щелочной среде [ОН-] > 10-7моль/л, т.е. 7 < рН £ 14.

Шкала рН для ст.у.

кислая среда щелочная среда

Ионное произведение воды. Водородный показатель. - student2.ru Ионное произведение воды. Водородный показатель. - student2.ru Ионное произведение воды. Водородный показатель. - student2.ru Ионное произведение воды. Водородный показатель. - student2.ru Ионное произведение воды. Водородный показатель. - student2.ru

0 7 14 рН

Нейтральная

среда

Пример 1. Рассчитать рН 0,01 М раствора NaOH.

Решение: NaOH является сильным электролитом (α=1), тогда с учетом полной диссоциации NaOH → Na+ + OH-, концентрация гидроксид-ионов составит [OH-] = 0,01моль/л. Исходя из ионного произведения воды Кw =[H+][OH-] = 1´ 10-14 определяем концентрацию ионов водорода [H+]= Ионное произведение воды. Водородный показатель. - student2.ru = Ионное произведение воды. Водородный показатель. - student2.ru Ионное произведение воды. Водородный показатель. - student2.ru = 10-12 (моль/л), затем водородный показатель рН = -lg[H+] = - lg10-12 = 12.

Пример 2. Определить молярность раствора HNO3, если концентрация гидроксид-ионов в нем составляет [OH-] = 10-11 моль/л.

Решение: HNO3 – сильный электролит (α=1), тогда с учетом полной диссоциации азотной кислоты, протекающей по уравнению HNO3 → H+ + NO3-, молярность раствора

М, моль/л) численно равна концентрации ионов водорода, которую определяем исходя из ионного произведения воды Кw =[H+][OH-] = 1´ 10-14:

[H+]= Kw/[OH-] = 10-14/10-11 = 0,001 моль/л. Молярность раствора равна 0,001 моль/л.

Пример 3. Вычислить концентрацию ионов водорода и степень диссоциации 0,002М раствора HNO2. Константа диссоциации Кд = 5´10-4.

Решение: Азотистая кислота – слабый электролит, процесс диссоциации можно выразить следующим уравнением:

HNO2 Û H+ + NO2-. Напишем математическое выражение константы диссоциации Ионное произведение воды. Водородный показатель. - student2.ru . Обозначим [H+] = X моль/л. Из уравнения диссоциации (согласно стехиометрическим коэффициентам) следует, что [H+] = [NO2-] = X. Концентрация недиссоциированной кислоты составит [HNO2] = (0,002 – X) моль/л.

Подставляя данные значения в выражение константы диссоциации и пренебрегая величиной X в знаменателе из-за ее малого значения, находим [H+] =X = Ионное произведение воды. Водородный показатель. - student2.ru = 1´10-4 моль/л. Зная концентрацию ионов водорода, можно определить степень диссоциации a = [H+]/Cм = (1´10-4/0,002) ´100% = 0,05 или в процентах a= 0,05´100% = 5%.

Пример 4. Определить рН 0,2 М раствора NH4OH (Kд = 1,8´10-5).

Решение: Диссоциация слабого электролита NH4OH протекает по уравнению NH4OHÛ NH4+ + OH-. Напишем математическое выражение константы диссоциации

Кд= Ионное произведение воды. Водородный показатель. - student2.ru . Обозначим [OH-] = X. Из уравнения диссоциации NH4OH следует, что [OH-] = [NH4+]= X моль/л. Концентрация недиссоциированного гидроксида аммония [NH4OH] = (0,2 – X) моль/л.

Подставляя эти величины в выражение константы диссоциации NH4OH и, пренебрегая Х в знаменателе из-за его малого значения, находим [OH-] = X= = Ионное произведение воды. Водородный показатель. - student2.ru =1,9´10-3 моль/л.

Из ионного произведения воды определяем [H+] = Ионное произведение воды. Водородный показатель. - student2.ru = 5,3´10-12.

Затем находим водородный показатель рН = -lg[H+] = - lg(5,3´10-12) = 11,28.

Пример 5. Определить молярность и концентрацию гидроксид-ионов ([ОН-]) (моль/л) раствора HCN, для которого рН=5,1. Кд = 7,9´10-10.

Решение:Исходя из значения рН=5,1, по формуле для водородного показателя рН=-lg[H+] находим концентрацию ионов водорода: [H+]=8×10-6моль/л. Затем из ионного произведения воды Кw =[H+][OH-] = 1×10-14 определяем концентрацию гидроксид-ионов

водорода [ОH-]= Kw/[H+] = 10-14/8×10-6 = 1,25×10-9 (моль/л).

Диссоциация цианистоводородной кислоты протекает по уравнению HCN ↔ H+ + CN-; т.к. nН+ : nСN-=1:1, концентрации ионов [H+]=[CN-] = 8,10-6моль/л.

Исходя из математического выражения константы диссоциации Ионное произведение воды. Водородный показатель. - student2.ru или Ионное произведение воды. Водородный показатель. - student2.ru , определяем молярность раствора HCN: [HCN]=0,01 моль/л.

Задачи

92. Рассчитать рН 0,001 М раствора NaOH.

93. Рассчитать рН 0,18 М раствора NH4OH, если Кд = 1,8´10-5.

94. Как изменится рН чистой воды, если к 1 л ее прибавить 0,01 моль H2SO4?

95. Определить рН и концентрацию гидроксид-ионов (моль/л) в 0,1 М растворе HCl.

96. Определить степень диссоциации уксусной кислоты CH3COOH, рН которого равен 3. Кд = 1,8´10-5.

97. Как изменится рН чистой воды, если к 1 л ее добавить 0,001 моль NaOH?

98. Вычислить молярность раствора щелочи, рН которого равен 12.

99. Определить рН 0,01 М раствора HCN, Кд = 7,9´10-10

100. Определить молярную концентрацию и рН раствора HCl, если концентрация гидроксид-ионов равна 10-14 моль/л.

101. Какова концентрация гидроксид-ионов в растворах, рН которых 9, 7, 4? Какую реакцию среды имеют эти растворы?

102. Концентрация гидроксид-ионов в растворе КОН равна 10-2 моль/л. Определить рН и молярность данного раствора.

103. Определить рН и концентрацию гидроксид-ионов (моль/л) 0,1М H2S раствора , учитывая только первую ступень диссоциации, для которой Кд = 6.10-8.

104. Определить молярность и рН раствора HCN, если концентрация гидроксид-ионов в нем составляет 10-9 моль/ л. Кд = 7,9´10-10.

105. Вычислить степень диссоциации и рН 0,1М раствора HNO2. Кд = 5´10-4.

106. Рассчитать молярность раствора NH4OH, рН которого равен 11. Кд = 1,8´10-5.

107. Чему равен рН растворов сильных электролитов (α=1) KCl, HCl, KOH, концентрация которых равна 0,01М?

108. Определить молярность и концентрацию гидроксид-ионов (моль/л) раствора HNO2, рН которого равен 4. Кд = 5´10-4.

109. рН раствора H2SO4 равен 6. Рассчитать молярность раствора и концентрацию гидроксид-ионов в данном растворе.

110. В каком из растворов, 0,01 М NaOH или 0,01 М NH4OH (Кд = 1.8´10-5), щелочность среды больше? Ответ подтвердите расчетом рН.

Наши рекомендации