Ионное произведение воды. Водородный показатель (рН

Вода является слабым электролитом и диссоциирует в соответствии с уравнением:

H₂O  H⁺ + OH^-.

Константа диссоциации воды имеет вид:

К_дис = [H⁺] [OH^-] / [H₂O ] = 1,8 10^-16 при Т = 25 ^оС.

Чистая вода практически не проводит электрический ток, т.е. ά_дис(H₂O) << 1, поэтому можно при-нять, что [H₂O ]_рав = [H₂O ]_о. Рассчитаем [H₂O ]:

[H₂O ] = m (H₂O) / M (H₂O) _* V (H₂O) = 1000 г / 18 г/моль_* 1 л = 55,6 моль/ л.

Подставим полученное значение С_м(H₂O) в уравнение для К_рав и получим :

К_{рав *} 55,6 = [H⁺] [OH^-] или 1 10^-14 = [H⁺] [OH^-].

Произведение [H⁺] [OH^-] называется ионным произведением воды (К_w) и является величиной

постоянной. Очевидно, что в чистой воде [H⁺] = [OH^-] = √ К_w = 10^-7 (моль/л) при 25 ^оС.

В водных растворах кислот [H⁺] > [OH^-]; в водных растворах щелочей и оснований [H⁺] < [OH^-], но независимо от природы растворенного вещества, для всех водных растворов ионное произведение всегда остается равным 1 10^-14.

Для удобства выражения реакции среды водных растворов был введен специальный термин, который назвали водородным показателем (рН). рН – отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации ионов водорода:

рН = - lg [H⁺].

Иногда пользуются также показателем рОН = - lg [ОH^-].

В нейтральной среде рН = 7 рОН = 7

В кислой среде рН < 7 рОН > 7

В щелочной среде рН > 7 рОН < 7.

Шкала рН

0――――――――――――――――――――――――7――――――――――――――――――――――――14

←―― кислая среды нейтральная среда щелочная среда ――→

растворы кислот чистая вода растворы оснований, щелочей

Кислотность и щелочность (рН) является важнейшей характеристикой водных растворов не только в химии, но и в биологии, медицине и др. естественных науках, а также во многих отраслях производства.

Пример 1 Рассчитайте рН раствора, в 500 мл корого содержится 0,49 г серной кислоты. Степень диссоциации кислоты равна 1.

Решение: Уравнение диссоциации кислоты: H₂SO₄ <=> 2H⁺ + SO₄^-2

Выражение для расчета рН: рН = -lg C_M (H⁺), где C_M (H⁺) = n (H⁺) _* άдис _* C_M (кислоты).

Рассчитаем C_M (кислоты) = 0,98 / 98 _* 0,5 = 0,05 моль/л

Тогда рН = -lg ( 1 _* 2 _* 0,05) = -lg 0,1 = 1.

Пример 2 Рассчитайте рН 5,6% раствора КОН, степень диссоциации щелочи в растворе составляет 0,9. Плотность раствора равна 1,02 мл/л.

Решение: Уравнение диссоциации щелочи: КОН <=> К⁺ + ОН^-

Выражение для расчета рН в растворах щелочей : рН = 14 – рОН = 14 – (-lg n (ОH^-) _* άдис _*C_M (КОН)).

Рассчитаем C_M (КОН) = 12 _* 1,02 / 56 _* 0,1 = 1,02 моль/л

Тогда рН = 14 -lg ( 0,9 _* 1 _* 1,02) = 13.

ЗАДАЧИ

80. Рассчитайте концентрацию ионов водорода в растворе, если: а) рН=4; б) рОН = 11; в) рН = 12;

г) рН = 8; д) рОН = 7; е) рОН = 13.

80. Рассчитайте рН и рОН раствора, в которых концентрация ионов Н⁺ составляет: а)10^-3; б)10^-11; в)10^-5; г) 10^-1.

81. Во сколько раз различается концентрация ионов ОН^- в растворах: а) рН=3 и рОН = 2;

б) рН =14 и рОН = 11; в) рН = 5 и рОН = 5; г) рН = 4 и рОН = 10.

80. Рассчитайте молярную концентрацию растворов НCI, водородный показатель которых равен:

а) рН =3; б) рН = 5; рН = 2.

80. Вычислите рН 0,1 М раствора НF.

81. Вычислите рН в 0,1 М растворе сернистой кислоты, учитывая только 1-ю ступень диссоциации.

82. Вычислите рН и степень диссоциации в 0,002 М растворе HCIO.

83. Вычислите рН и степень диссоциации в 0,02 М растворе HNO₂.

84. Вычислить константу гидролиза фторида калия, определить степень гидролиза этой соли в 0,01 М растворе и рН раствора.

85. Определите рН 0,02 М. раствора Н₂СО₃, учитывая только первую ступень диссоциации.

86. Сравните рН среды в 0,1 М и 0,001 М растворах HCN.

87. Рассчитайте рН в растворе Са(ОН)₂, если 200 мл этого раствора содержат 0.074 г гидроксида кальция. Степень диссоциации электролита равна 1.