|
|
Ионное произведение воды. Водородный показатель.
Вода - слабый электролит - диссоциирует, образуя ионы H+ и OH-. Эти ионы гидратированы, то есть, соединены с несколькими молекулами воды, но для простоты мы записывали их в негидратированной форме H2O Применяя к этому равновесию закон действия масс, имеем: K = Концентрацию молекул воды [H2O], то есть число моль в 1 л воды можно считать постоянной и равной [H2O] = 1000 г/л: 18 г/моль = 55,5 моль/л. Получаем К´[H2O] = К(H2O) = [H+]×[OH-] = 10-14 (22°С)
Произведение концентраций [H+] и [OH-], то есть ионное произведение воды, есть величина постоянная и равная 10-14 при 22°С: [H+]×[OH-] = 10-14
Ионное произведение воды увеличивается с увеличением температуры
Соотношение между количеством ионов [H+] и [OH-] определяет характер среды: [H+] =10-7= [OH-] - нейтральная среда [H+] >10-7> [OH-] - кислая среда [H+] <10-7< [OH-] - щелочная среда.
Водородный показатель рН - это отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода рН = - lg[H+]. Аналогично рOН = - lg[OH-]. Логарифмируя ионное произведение воды, получаем pH + pOH = 14 Примеры. Если [H+] = 10-2M, то рН = 2, а [ОH-]= 10-12M. Если [ОH-] = 10-4M, то [H+]= 10-10M, а рН = 10. Если рН = 8, то [H+]= 10-8M, а [ОH-] = 10-6M Если рОН = 5, то рН = 9, а [H+]= 10-9M. Величина рН характеризует реакцию среды: рН = 7 нейтральная среда рН < 7 кислая среда рН > 7 щелочная среда. рН раствора можно определить с помощью индикаторов (лакмуса, фенолфталеина., метилоранжа и др.), универсальной индикаторной бумаги или с помощью рН-метра. Индикатор меняет свою окраску в зависимости от рН раствора в определенном интервале рН: метилоранж в области рН=3,1-4,4; лакмус при рН=5,0-8,0; фенолфталеин в пределах рН=8,0-10,0. Индикатор - это обычно малодиссоциированная кислота или основание, имеющие в нейтральных и ионных формах разные окраски. Так например, лакмус НА - красный, а его анион А- - синий: НА красный синий В кислой среде с увеличением [Н+] равновесие сдвигается влево, индикатор имеет красный цвет. В щелочной среде, с уменьшением [Н+] равновесие сдвигается вправо, и индикатор имеет синий цвет. В области перехода в интервале рН от 5,0 до 8,0 существуют обе формы, и индикатор имеет фиолетовый цвет.
Пример 1. Найти рН 0,01 М раствора NaOH (a=1) Решение. NaOH [OH-] = [NaOH] = 10-2 M, рОН=2, рН=12.
Пример 2. Найти рН 0,1 М раствора NН4OH (К=1,8×10-5) Решение. NH4OH
Так как [NH4OH]» C(NH4OH), а [OH-]=[NH4+], имеем: [OH-] =
Пример 3. 0,1 М раствор СН3СООН имеет рН = 3. Найти степень диссоциации . Решение. СH3СОOH С-Сa Сa Сa Отсюда [H+] = Сa и a =
Пример 4. Раствор НСООН (К=1,8×10-4) имеет рН=1,87. Найти концентрацию кислоты С. Решение. НСОOH
[HCOOH] =
Буферные растворы.
Буферные растворы - это растворы, имеющие постоянную определенную концентрацию ионов водорода. рН этих растворов не меняется при разбавлении и мало меняется при добавлении небольших количеств кислот и щелочей. Буферные растворы состоят из растворов слабой кислоты и ее соли с сильным основанием или из раствора слабого основания и его соли с сильной кислотой. Рассмотрим оба возможных случая.
I. Раствор слабой кислоты НА, концентрация - Скисл, и ее соли, сильного основания ВА, концентрация Ссоли. Например, ацетатный буфер - раствор уксусной кислоты и ацетата натрия CH3COOH + CH3COONa. В общем случае имеем смесь: НА + ВА HА ВА Поскольку НА - слабый, а ВА - сильный электролит, имеем [HA] = Cкисл. и [A-] = Ссоли. Подставим найденные значения и выражение для константы диссоциации кислоты НА: Ккисл = рН = рКкисл + lg(Ссоли/Скисл). Например, в случае ацетатного буферного раствора (рКСН3СООН = 4,75) его рН будет равна 4,75, если Ссоли = Скислоты. Очевидно, что при разбавлении концентрации соли и кислоты будут уменьшаться одинаково, а соотношение Ссоли / Скислоты и рН не будут меняться.
II. Раствор слабого основания ВОН, концентрация - Сосн и его соли сильной кислоты ВА, концентрации Ссоли. Например, аммиачный буфер - раствор гидроксида аммония и хлорида аммония NH4OH + NH4Cl. В общем случае имеем: ВОН + ВА: ВОH ВА Поскольку ВОН - слабый, а ВА - сильный электролит, имеем [ВОH] = Cосн. и [В+] = Ссоли. Подставим эти значения в выражения для константы диссоциации основания ВОН. Косн = рОН = рКосн + lg(Ссоли/Сосн), рН = 14 - рКосн + lg(Ссоли/Сосн). Например, в случае аммиачного буферного раствора рК (NH4OH) = 4,75 и Сосн = Ссоли, имеем рН = 14 - 4,75 = 9,25. Из приведенной формулы видно, что в этом случае рН не зависит от разбавления, так как отношение Ссоли /Скисл остается при этом неизменным.
Задача. Как изменится рН при добавлении 1 мл! М раствора HСl: а) к 100 мл Н2О; б) к 100 мл буферной смеси, содержащей 0,1 М СН3СООН и 0,1 М СН3СООNа. Изменением объема можно пренебречь. Решение. а) рН воды до прибавления кислоты равен 7. При смешении 1 мл 1М раствора HCl и 100 мл воды объем увеличивается в 100 раз, а концентрация кислоты будет в 100 раз меньше, т.е. [HCl]=10-2М. Поскольку HCl - сильная кислота, то [H+]=10-2М и рН = 2. Таким образом, при добавлении 1 мл 1М раствора HСl к 100 мл воды рН изменяется с 7 до 2, т.е. на 5 единиц. б) рН буферного раствора до прибавления кислоты равен 4,75. При добавлении раствора HCl к буферной смеси пройдет реакция: HCl + CH3COONa ® CH3COOH + NaCl, в результате которой концентрация CH3COONa уменьшается, а концентрация СН3СООН - увеличивается. Найдем число моль (n) веществ до реакции (n = CM × V). n (HCl) = 1 моль/л × 0,001 л = 0,001 моль. n(CH3COOH) = n(CH3COONa) = 0,1 моль/л × 0,1 = 0,01 моль. После реакции n(HCl) = 0, n(CH3COOH) = 0,01 + 0,001 = 0,011 моль, n(CH3COONa) = 0,01 - 0,001 = 0,009 моль. Считая объем неизменным и равным V = 0,1 л, имеем: C(CH3COOH) = 0,11 М и С(CH3COONa) = 0,09 М. Значения концентраций подставляем в формулу расчета рН: рН = рКкисл + lg(Ссоли/Скисл) = 4,75 + lg(0,09/0,11) = 4,75-0,09 = 4,66. Таким образом, при добавлении 1 мл 1М раствора кислоты к 100 мл буферного раствора рН изменяется на 4,75 - 4,66 = 0,09.
Малое изменение рН при добавлении соляной кислоты к ацетатному буферу обусловлено превращением сильной кислоты (HCl) в слабую кислоту (СН3СООН). При добавлении щелочи, например NaOH, к ацетатному буферу происходит реакция щелочи с уксусной кислотой с образованием ацетата натрия. Если количество добавляемой щелочи мало по сравнению с количеством буфера, то изменение концентрации кислоты и соли в буфере будут невелики, и рН раствора будет меняться незначительно.
Гидролиз солей
Гидролиз солей - это взаимодействие ионов соли с водой с образованием слабого электролита. Степень гидролиза h - отношение числа гидролизованных молекул к общему числу растворенных молекул. Например:
CH3COONa + H2O CH3COO- + Na+ +H2O CH3COO- + H2O С- h Сh Сh K= Поскольку [H2O] = 55,5 г/моль - постоянная величина, то имеем K´[H2O] = Кг, где Кг - константа гидролиза Кг = Кг = Отсюда Кг = Сh2 и h = Из полученного выражения следует, что степень гидролиза h (то есть гидролиз) увеличивается: а) с увеличением температуры, так как тогда увеличивается б) с уменьшением в) с разбавлением, чем меньше С, тем больше гидролиз.
Примеры уравнений реакций гидролиза. I. Соль образована сильным основанием и сильной кислотой: KNO3 + H2O ¹ K+ + NO3- + H2O ¹ нет гидролиза рН = 7.
II. Соль образована слабым основанием и сильной кислотой: AlCl3 + H2O Al3+ + 3Cl- + H2O Al3+ H2O По второй ступени гидролиз идет незначительно, а по третьей ступени практически не идет.
III. Соль образована сильным основанием и слабой кислотой: Na2CO3 + H2O 2Na+ + CO32- + H2O CO32- + H2O По второй ступени гидролиз практически не идет.
IV. Соль образована слабым основанием и слабой кислотой: CH3COONH4 + H2O CH3COO- + NH4+ +H2O Для солей подобного типа рН вычисляется следующим способом:
Идет частичный гидролиз, так как Кг << 1. Степень гидролиза равна: h = Концентрация ионов водорода равна: [H+] = В ряде случаев, когда соль образована очень слабым основаниями и кислотами идет полный гидролиз. Al2S3 + 6H2O ® 2Al(OH)3¯ + 3H2S Возможность полного гидролиза следует учитывать в обменных реакциях. Al(SO4)3 + 3Na2CO3 + 3H2O ® 2Al(OH)3¯ + 3Na2SO4 + 3CO2
  Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...  ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...  Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...  Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
H+ + OH-.
= 1,8×10-16 (22°С)
= 1,34×10-3; pOH = 2,87, pH = 11,13.
= 1×10-2, так как при рН=3 [H+]=10-3.
, так как [H+] = [HCOO-] имеем [HCOOH] = 
, так как рН=1,87, то [H+]= 1,34×10-2.
.
[H+] = Ккисл×Скисл /Ссоли.
[OH-] = Косн×Сосн /Ссоли.
- константа равновесия;
. Для многих солей h<<1 и 1 -h» 1.
.
;
, чем слабее кислота, образующая соль, тем больше гидролиз;
= 5,56´10-3.
= 10-7M.