Ионное произведение воды. Водородный показатель

При изучении этой темы необходимо выучить: что такое ионное произведение воды и водородный показатель, как меняется водородный показатель при изменении среды и как определяют качественную реакцию среды.

Вода является очень слабым электролитом. В ничтожно малой степени молекулы воды диссоциируют на ионы водорода (Н+) и гидроксида (ОН-) :

Н2ОD Н+ + ОН-

Произведение концентраций этих ионов в чистой воде, а также в любом водном растворе, есть величина постоянная, и называется ионное произведение воды.

При температуре 25 0С: [Н+] [ОН-]=10-14.

В чистой воде Ионное произведение воды. Водородный показатель - student2.ru Ионное произведение воды. Водородный показатель - student2.ru среда нейтральная.

Для удобства оценки изменения концентрации ионов водорода (а, следовательно, и гидроксид ионов) ввели водородный показатель среды Ионное произведение воды. Водородный показатель - student2.ru. Тогда, если концентрация ионов водорода больше Ионное произведение воды. Водородный показатель - student2.ru , то рН ‹ 7 – среда кислая; если концентрация ионов водорода меньше Ионное произведение воды. Водородный показатель - student2.ru (а концентрация гидроксид ионов больше Ионное произведение воды. Водородный показатель - student2.ru ), то рН › 7 – среда щелочная.

Качественную реакцию среды определяют при помощи индикаторов – веществ, окраска которых зависит от величин рН.

Упражнение по теме 3

1. рН раствора равна 4. Что надо прибавить к раствору, чтобы приблизить рН к 7?:

а) кислоту; б) воду; в) щелочь.

2. Концентрация гидроксид ионов в растворе Ионное произведение воды. Водородный показатель - student2.ru . Чему равно рН среды в этом растворе?

Лабораторная работа 3

Определение реакции среды при помощи индикаторов

К заранее приготовленным растворам кислоты, щелочи и чистой воды добавляют соответствующие индикаторы. По изменению окраски определяют, что за раствор.

Результаты заносят в таблицу.

Индикатор Окраска Интервал перехода, pH
В кислой среде В нейтральной среде В щелочной среде
Метилоранж       3,1-4,4
Фенолфталеин       8,2-10,0
Универсальная индикаторная бумага       Шкала цветности

Гидролиз солей

При изучении этой темы необходимо повторить принцип смещения химического равновесия при внешнем воздействии (Ле Шателье-Брауна). Разобраться с физическим смыслом гидролиза солей. Научиться составлять уравнения реакций гидролиза различных солей.

Молекулы воды в ничтожно малой степени диссоциируют на катионы водорода и гидроксид – ионы:

Н2О D Н+ + ОН-

При растворении соли в воде это равновесие может нарушаться. Куда при этом сместится равновесие можно определить, пользуясь принципом Ле Шателье – Брауна: если на равновесие оказывается внешнее воздействие, то равновесие смещается в сторону той реакции, которая противодействует этому внешнему воздействию.

Растворим в воде соль, образованную сильным основанием (например, NaOH) и слабой кислотой (например, CH3COOH). Соль – сильный электролит, поэтому все молекулы ацетата натрия (CH3COONa) распадутся на ионы. Но ионы CH3COO- будут связывать ионы Н+ в молекулы CH3COOH, так как эта кислота слабая и предпочитает в воде находиться в виде молекул. Концентрация ионов Н+ в воде уменьшится, поэтому равновесие в диссоциации Н2О на ионы сместится в сторону той реакции, которая увеличит концентрацию ионов Н+, т.е. прямой реакции. Но ионы Н+ будут связываться ионами СН3СОО-, поэтому в воде будут накапливаться ионы ОН- . Среда будет щелочной, рН › 7.

Ионное произведение воды. Водородный показатель - student2.ru

__

Ионное произведение воды. Водородный показатель - student2.ru

CH3COO- + H2O D CH3COOH + OH-

Т.е., если в воде появились анионы слабой кислоты, то в воде накапливаются гидроксид – ионы. Среда щелочная.

Растворим в воде соль, образованную слабым основанием (например, NH4OH) и сильной кислотой (например, HCl). Все молекулы хлорида аммония (NH4Cl) распадутся на ионы. Теперь ионы ОН - будут связываться ионами NH4+ в молекулы NH4OH. Для компенсации уменьшившейся концентрации ионов ОН - равновесие опять сместится в сторону прямой

реакции. Но теперь будут накапливаться в растворе ионы Н+. Среда будет кислой, рН ‹ 7.

Ионное произведение воды. Водородный показатель - student2.ru

NH4OH

___________________________

Ионное произведение воды. Водородный показатель - student2.ru

NH4+ + H2O D NH4OH + H+

Т.е., если в воде появились катионы слабого основания, то в воде накапливаются ионы водорода. Среда кислая.

Растворим в воде соль образованную слабой кислотой и слабым основанием, например ацетат аммония (CH3COONH4). Все молекулы CH3COONH4 распадутся на ионы. Но теперь и ионы Н+ и ионы ОН- будут связываться в молекулы. Равновесие опять будет смещаться в сторону прямой реакции, но соотношение концентрации ионов Н+ и ОН- практически не будет изменяться. Среда будет близкой к нейтральной, рН ≈ 7.

Ионное произведение воды. Водородный показатель - student2.ru

↓ ↓

CH3COOH NH4OH

________

CH3COO- + NH4+ + H2O D CH3COOH + NH4OH

Т.е., если в воде появились катионы слабого основания и анионы слабой кислоты, то гидролиз идет, но соотношение концентрации Н+ и ОН- практически не меняется. Среда близкая к нейтральной.

Теперь растворим соль, образованную сильной кислотой и сильным основанием, например, хлорид натрия (NaCl). Все молекулы NaCl распадутся на ионы. Но теперь ионы Н+ и ОН- не будут связываться в молекулы, т.к. и NaOH, и HCl – сильные электролиты и предпочитают находиться в растворе в виде ионов. Равновесие не нарушается. Гидролиз соли отсутствует. Среда нейтральная, рН=7.

Примеры продуктов гидролиза различных солей представлены в таблице.

Таблица

Характер соли Примеры соли Продукты гидролиза Реакция среды
Соль образована сильным основанием и слабой кислотой а) анион однозарядный: KCN, CH3COONa   Щелочь и слабая кислота рН›7
б) анион многозарядный: K2S, Na3PO4   Щёлочь и кислая соль рН›7
Соль образована сильной кислотой и слабым основанием а) катион однозарядный: NH4Cl, AgNO3     Кислота и слабое основание рН‹7
б) катион многозарядный: Pb(NO3)2, CrCl3 Кислота и основная соль рН‹7

Примеры составления уравнений гидролиза солей:

K2S + H2ODKHS + KOH

S2- + H2ODHS- + OH- рН›7

AlCl3 + H2ODAlOHCl2 + HCl

Al3+ + H2ODAlOH2+ + H+ рН‹7

Упражнение по теме 4

1. Какая из приведенных солей при растворении в воде не подвергается гидролизу:

а) K2S; б) NaNO3; в) CrCl3.

2. Какая реакция среды будет при растворении в воде соли Fe (NO3)3:

а) кислая; б) нейтральная; в) щелочная.

3. Какая из приведенных солей при гидролизе образует кислую соль:

а) ZnSO4; б) Na3PO4; в) NH4Cl.

4. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций гидролиза солей: K2SO3; Сu(NO3)2.

Лабораторная работа 4

Наши рекомендации