10. Ионное равновесие воды. Водородный показатель рН

Вода является очень слабым электролитом и лишь в незначительной степени диссоциирует на ионы водорода и гидроксила:

Н₂О Н⁺ + ОН.

Этому процессу соответствует константа диссоциации:

. (1)

Константа диссоциации воды очень мала (К_Д.(НО)= 1,86ּ10), поэтому равновесная концентрация недиссоциированных молекул воды практически равна общей концентрации воды:

[H₂O] = С_М = моль/л.

В разбавленных водных растворах концентрация воды меняется незначительно, так что ее можно считать постоянной. Тогда из формулы (1) получим

[H⁺]ּ[OH] = К_Д.ּ[H₂O] = 1,86ּ10ּ55,56 = 10.

Таким образом, произведение концентраций ионов водорода и гидроксила представляет собой постоянную величину (при данной температуре) и называется ионным произведением воды К_НO. При стандартной температуре Т = 298К (25⁰С)

К_НO = [H⁺]ּ[OH] = 10. (2)

Внейтральных растворах [H⁺] =ּ[OH] =  10= 10моль/л.

Для характеристики кислотности (щелочности) среды используется водородный показатель рН – десятичный логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком:

рН = - lg [H⁺].

В нейтральных растворах рН = 7. В кислых растворах [H⁺]  10, следовательно, рН 7; в щелочных растворах [H⁺]  10, поэтому рН 7.

По аналогии с водородным показателем рН введен показатель рОН.

рОН = - lg [OH].

Логарифмируя соотношение (2), получим рН + рОН = 14.

Пример 1. Определить концентрацию ионов водорода в растворе, если рН = 4,60.

Решение. По условию задачи рН = 4,60 = -lg [H⁺].

Отсюда [H⁺] = 10^-4,60 = 2,5^.10^-5 моль/л.

Пример 2. Определть концентрацию ионов [OH] в растворе, если рН = 10,80.

Решение. Из соотношения рН + рОН = 14 находим

ОН = 14 – 10,80 = 3,20.

Отсюда –lg [OH] = 3,20. Следовательно [OH] = 10^-3,20 = 6,31^.10^-4.

Пример 3. Вычислить рН 0,01 М раствора гидроксида натрия.

Решение. Гидроксид натрия является сильным основанием, диссоциирует на ионы практически полностью

NaOH = Na⁺ + OH.

Из уравнения диссоциации следует, что из одного моля гидроксида натрия образуется один моль ионов OH,следовательно в 0,01 М растворе [OH] = 0,01. Найдем рОН = - lg [OH] = -lg 0,01 = 2.

Отсюда рН = 14 – рОН = 12.

Контрольные вопросы

181. Определите рН раствора, в 0,5 л которого содержится 0,05 г NaOH. Ответ: 11;40.

182. Во сколько раз концентрация ионов водорода в крови (рН = 7,36) меньше, чем в желудочном соке (рН = 1,00)? Ответ: В 2,3∙10раз.

183. Определите [H⁺] и [OH] в растворе, рН которого равен 6,2. Ответ: 6,3∙10моль/л; 1,6∙10моль/л.

184. Рассчитайте рН раствора, полученного смешением 25 мл 0,5 М раствора HCl, 10мл 0,5 М раствора NaOH и 15 мл воды. Ответ: 0,82.

185. Как изменится рН 0,2 М раствора HCl, если его вдвое разбавить водой?

Ответ: Увеличится на 0,3.

181. Вычислите рН 0,5%-ного раствора азотной кислоты. Ответ: 1,10.

182. К 500 мл воды прибавили 20 мл 0,1 н раствора НС1. Найдите рН полученного раствора.

Ответ: 2,4.

181. Вычислите рН 1,5%-ного раствора КОН. Ответ: 13,43.

182. 25 мл 10%-ного раствора HCl (плотность 1,05) разбавили водой до 500 мл. Вычислите рН полученного раствора. Ответ: 0,84.

183. К 250 мл нейтрального раствора прибавили 50 мл 0,5 н раствора КОН. Вычислите рН полученного раствора. Ответ: 12,9.

184. 10,0 мл 20%-ного раствора КОН (плотность 1,18) разбавили водой до 250 мл. Вычислите рН полученного раствора. Ответ: 13,23.

185. В мерную колбу на 250 мл налили 10,0 мл 24%-ного раствора HCl (плотность 1,12) и довели раствор водой до метки. Из полученного раствора 5,0 мл перенесли в мерную колбу на 100 мл и разбавили водой до метки. Найдите рН полученного раствора.

Ответ: 1,83.

181. К 25 мл 0,2 н раствора HCl прибавили 25 мл 0,1 н раствора NaOH.Вычислите рН полученного раствора.

Ответ: 1,3.

181. 20,0 мл 12%-ного раствора NaOH (плотность 1,14) разбавили водой до 500 мл. 50,0 мл полученного раствора перенесли в другую колбу и разбавили водой до 1000 мл. Найдите рН последнего раствора. Ответ: 11,85.

182. К 100 мл 0,1 н раствора HNO₃ прибавили 2 мл 6%-ного раствора NaOH (плотность 1,0). Найдите рН полученного раствора. Ответ: 1,2

183. Найдите рН раствора, в 100 мл которого содержится 0,12 мг NaOH. Ответ: 9,48.

184. К 100 мл 0,1 н раствора NaOH прибавили 5 мл 4%-ного раствора HCl (плотность 1,0). Найдите рН исходного и полученного раствора. Ответ: 13; 12,6.

185. К 100 мл 0,2 н раствора HCl прибавили 5 мл 3%-ного раствора КОН. Найдите рН исходного и полученного раствора. Ответ: 0,7; 0,78.

186. Какую массу NaOH следует растворить в 400 мл воды, чтобы получить раствор, рН которого равен 12?

187. Вычислите молярную концентрацию раствора гидроксида бария, если известно, что рН данного раствора равен 11.