Ионное произведение воды. Водородный показатель
Электростатическое взаимодействие полярных молекул воды приводит к их самоионизации: 2Н2О↔Н3О++ОН- или в упрощенной форме Н2О↔Н++ОН-;
Константа диссоциации воды весьма мала при 25°С
Принимая поэтому концентрацию воды [Н2О] величиной практически постоянной, можно записать К∙ [Н2О]=[Н+] ∙ [ОН-] = 1,8∙10-16[Н2О]. Но концентрация воды равна 1000/18=55,56 моль∙л-1, отсюда получаем
[Н+]∙[ОН-] = =1,8∙10-16∙55,56=1∙10-14=Кв.
Произведение концентраций ионов водорода и ионов гидроксида называется ионным произведением воды Кв. Ионное произведение воды
есть величина постоянная при постоянной температуре. В чистой воде и нейтральных растворах[Н+]=[ОН-]=√10-14=10-7 моль∙л-1.
Математически более удобной характеристикой среды является водородный показатель рН, равный десятичному логарифму концентрации водородных ионов, взятому с обратным знаком: рН = -lg[Н+].
Тогда рН различных растворов будут иметь следующие значения:
кислый рН <7;
нейтральный рН = 7;
щелочной рН >7.
Аналогично, отрицательный десятичный логарифм концентрации гидроксо-ионов называется гидроксильным показателем и обозначается рОН. Следовательно,
рН + рОН = 14.
Пример 1. Вычисление водородного показателя раствора.
Вычислите водородный показатель рН раствора гидроксида натрия, содержащегося в растворе в концентрации 4,2∙10-3 моль∙л-1 .
Решение. Концентрация ОН- ионов в растворе NaOH равна
[0Н-]=4,2∙10-3моль∙л -1. Исходя из ионного произведения воды Кв, находим концентрацию ионов водорода: [Н+]=КВ/[ОН-]=10-14/4,2∙10-3=0,24∙10-11. Водородный показатель раствора NaOH равен: рН= -lg([Н+])=-lg(0,24∙10-11)=11,62.
Пример 2.Определение концентрации ионов Н+ и ОН- в растворах сильных кислот и оснований.
Определите концентрацию ионов водорода и рН в 0,01 М раствора соляной кислоты.
Решение. Соляная кислота – сильный электролит, в растворе полностью диссоциирует на ионы: НС1 Н+ + С1-. Концентрация ионов [Н+] численно равна концентрации НС1. Из 0,01 моль НС1 образуется 0,01 моль иона Н+. Отсюда [Н+] =0,01∙10-2; рН=-lg(1∙10-2)=2.
Пример 3. Вычисление рН сильного электролита с учетом его коэффициента активности.
Найдите водородный показатель раствора НNO3, если его молярная концентрация равна 0,178 моль∙л-1.
Решение. При значительной концентрации сильного электролита его активная концентрация существенно отличается от истинной. Поэтому в таких случаях нужно вводить поправку на активность электролита. Определяем ионную силу раствора НNO3: J= 1/2∙ (0,176∙I2 + 0,178∙I2) = 0,356/2 = 0,178.
Далее по вычисленной ионной силе находим коэффициент активности иона [Н+]= f(Н+)=0.838. Тогда активность ионов [Н+], а (Н+) =0,83∙0,178=0,148. Водородный показатель раствора НNO3 равен: рН = -lg а(Н+) = -lg 0,148=0,83.
Пример 4. Определение концентрации ионов Н+ и ОН- в растворах слабых кислот и оснований.
Концентрации [Н+] и [ОН-] ионов в растворах слабой кислоты и слабого основания могут быть вычислены, если известны их константы диссоциации. В общем виде формула для вычисления концентрации [Н+] в растворе слабой кислоты:
Концентрация ионов [Н+]и [ОН-] в растворе слабого основания может быть вычислена по формуле: ; [Н+]= Кв/[ОН-];
.
Определите концентрацию[Н+], [ОН-], рН, рОН, в 0,0М раствора муравьиной кислоты, если Кд(HCOOH)=2,1∙10-4
Решение:
[Н+]=√2,1∙10-4∙3∙10-2 = √6,3∙10-6= 2,5∙10-3 моль∙л-1;
рН= -lg 2,5∙10-3=3-lg 2,5 = 3-0,4= 2,6;
[ОН-]= Кв/[Н+]= 10-14/(2,5∙10-3)=4∙10-12 моль∙л-1;
рОН= 14-рН=14-2,6 = 11,4.
Дата добавления: 2014-12-24; просмотров: 1176;