Электролитическая диссоциация воды

Процесс ионизации воды протекает по уравнению:

Н₂О Н⁺ + ОН^-- + 55,90 кДж/моль.

Константа равновесия процесса диссоциации воды можно записать в виде:

Концентрация молекул воды – постоянная величина, которую можно рассчитать по уравнению:

[H₂O]= n(H₂O)/1л = 1000 0,9971/18,015 = 55,5 моль/л,

где 0,9971г/мл -плотность воды, 18,015 г/моль -молярная масса воды.

Объединяя две постоянные величины в одной части уравнения, получим:

K[H₂O] = 1,8×10^-16 × 55,5 = 10^-14 = [H⁺] × [OH^-] = KH₂O – ионное произведение воды.

Кислотно-основные индикаторы – это вещества, меняющее окраску в определенной области значения ph раствора. Индикаторами могут быть слабые органические кислоты или основания, молекулы и ионы которых имеют разную окраску.

Область перехода окраски некоторых индикаторов

Буферные растворы

Буферные растворы используют для поддержания постоянной величины рН в исследуемом растворе при добавлении к нему небольших количеств сильной кислоты, сильного основания или при разбавления раствора.

В качестве буферных растворов обычно используют смеси растворов слабых кислот или слабых оснований и их солей или смеси солей многоосновных кислот различной степени замещения. В таблице приведены примеры наиболее часто используемых буферных растворов и величины рН, которые они поддерживают:

Буферная система может связывать как ионы Н⁺, так и ОН^- приливаемых сильных кислот и оснований в слабые электролиты, незначительно изменяя величину рН раствора.

Пример: Ацетатный буферный раствор содержит смесь CH₃COOH и CH₃COONa. Диссоциация слабого электролита – уксусной кислоты – отражается уравнением реакции: CH₃COOH CH₃COO + H⁺ и описывается константой равновесия:

K_a= = 1.8 10

При добавлении ацетата натрия концентрация ионов CH₃COO возрастает и определяется концентрацией соли: [CH₃COO ] C_с. Диссоциация слабого электролита уменьшается за счет введения одноименного иона, поэтому [CH₃COOH] C_к, где C_к – концентрация кислоты.

K_a= ;

[H⁺] = K_a ;

pH = –lg[H⁺] = pK_a – lg ( ),

где pK_a = - lg K_a .

Таким образом, рН буферных растворов не зависит от концентраций компонентов, а определяется их отношением.

При добавлении небольших количеств сильных кислот и оснований компоненты буферного раствора реагируют с ними, переводя их в слабые электролиты:

CH₃COOH + NaOH = CH₃COONa + H₂O (концентрация соли увеличивается на концентрацию добавленной щелочи, а концентрация кислоты уменьшается на ту же величину):

pH = –lg[H⁺] = pK_a - lg ( );

CH₃COONa + HCl = CH₃COOH + NaCl,

pH = –lg[H⁺] = pK_a - lg ( ).

Так как отношение концентраций изменяется меньше, чем их сумма или разность, общее значение рН изменяется незначительно.

Количество сильной кислоты или сильного основания, которые нужно добавить к буферному раствору для изменения рН одного литра его раствора на единицу, называют буферной емкостью (B). Она может быть вычислена относительно кислоты (B_а) или основания (B_b).

B_a=

B_b=

где B_a и B_b – буферные емкости по кислоте и основанию соответственно; C_a и C_b – концентрации добавленных кислоты и основания; pH₁ и pH₂ – исходные и конечные значения рН раствора; V_a and V_b – объемы добавленных сильных кислоты и основания.

Примеры решения задач

Пример 26. Рассчитайте pH 0.01 M раствора NaOH.

Решение. Так как NaOH является сильным электролитом, то он полностью диссоциирует в растворах:

NaOH ® Na⁺ + OH^-

[OH^-] = C(NaOH) = 10^-2 моль/л.

[H⁺] = 10^-14/[OH^-] = 10^-12 моль/л.

pH = –lg [H⁺] = 12.

Пример 27. Рассчитайте pH 0.01 M раствора of CH₃COOH.

Решение. Уксусная кислота – слабый электролит, диссоциирующий обратимо: CH₃COOH CH₃COO^- + H⁺

[H⁺] = a×C(CH₃COOH)

Согласно закону разбавления Оствальда, , поэтому

Константа диссоциации уксусной кислоты– табличная величина, которая равна K(CH₃COOH) = 1.75×10^-5, поэтому

моль/л

pH = –lg [H⁺] = –lg (4.18×10^-4) = 4 – lg(4.18) = 3.38.

Пример 28. Рассчитайте pH буферного раствора, содержащего 0.01 моль/л CH₃COOH и 0.1 моль/л CH₃COONa.

Решение. CH₃COOH CH₃COO^- + H⁺

(слабый электролит)

CH₃COONa ® CH₃COO^- + Na⁺

(сильный электролит)

pH = –lg [H⁺] = –lg (1.75×10^-6) = 6 – lg(1.75) = 5.76.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: