2. Ионное произведение воды; рН растворов

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

H₂О ↔ H⁺ + ОH^-

Молярная концентрация ионов водорода и гидроксид - ионов в воде при 22 ^оС равна 10^-7 моль/л.

Выражение константы диссоциации воды:

K_дис = ([H⁺] [ ОH^- ])/ [H₂О]

Отсюда следует: К_дисс[H₂О] =[H⁺] [ ОH^- ]

Так как степень диссоциации воды очень мала, то в уравнении концентрацию недиссоциированных молекул воды [H₂0] можно считать величиной постоянной. Следовательно, и произведениеK_дисс[H₂О] является величиной постоянной:

К_в = [H⁺] [ОH^-].

Из уравнения следует, что для воды произведение концентраций - ионов водорода и гидроксид – ионов – есть величина постоянная (при постоянной температуре). Эта постоянная величина называется ионным произведением воды и обозначается К_в. Добавление к воде кислот, щелочей и солей смещает равновесие:H₂0 ↔H⁺+ 0H^-, но как бы не менялись концентрации ионов Н⁺ и ионов 0Н^- в растворе, произведение их остается величиной постоянной, следовательно, иное произведение воды является величиной постоянной не только для чистой воды, но и для разбавленных водных растворов любых веществ.

Численное значение при комнатной температуре (при 22 ^оС):

K_в = [H⁺] [ОH^-] = 10^-14,

поэтому, зная концентрацию одного из ионов, легко рассчитать концентрацию второго иона:

[H⁺] = 10^-14/[OH^-] моль/л; [ОH^-] = 10^-14/[H⁺] моль/л

Таким образом, реакция любого водного раствора может быть количественно охарактеризована концентрацией только одного из ионов воды:

нейтральная среда : [H⁺] = 10^-7моль/л;

кислая среда: [H⁺] > 10^-7моль/л;

щелочная среда: [H⁺] < 10^-7 моль/л.

Реакцию среды удобно выражать в логарифмической шкале, вводя так называемый водородный показатель pH.

Водородным показателем называется десятичный логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком: pH= -lg[H⁺].

Исходя из значения pH, реакция среды может быть охарактеризована следующим образом:

нейтральная среда: pH= 7;

кислая среда: pH< 7;

щелочная среда: pH> 7.

Гидроксильным показателем называется десятичный логарифм концентрации гидроксид-ионов, взятый с обратным знаком: pОH= -lg[ОH^-].

рН + рОН = 14.

Кислотность и щелочность среды определяются с по­мощью реактивов, изменяющих свой цвет в зависимости от отно­сительных концентраций ионов Н⁺ и ОН^-. Эти реактивы называют индикаторами. В качестве индикаторов применяют лакмус, мети­ловый оранжевый, фенолфталеин, универсальный индикатор и др.

Практическая часть

Цель работы:изучить свойства растворов электролитов.

Оборудование и посуда: пробирки

Реактивы: цинк (гранул.), хлороформ, ацетон, этанол, хлорид кальция; хлорид меди обезвоженный; растворы: соляной кислоты (15%-ный, 2 н., 1 н., 0,1 н. и конц. (ῤ = 1,18 г/мл), серной кислоты (конц. (ῤ = 1,84 г/мл), 2 н., 1 н. и разбавленная 1:25, 1:50, 1:250), уксусной кислоты (15%-ный 2 н., 1 н. и 0,1 н.), гидроксида калия (2 н.), гидроксида натрия (2 н., не содержащий карбоната), аммиак водный (2 н. и 1 н., не содержащий карбоната), хлорида калия (1 н.), хлорида натрия (2 н.), хлорида меди (II) (0,5 н.), хлорида железа (III) (0,5 н.), нитрата серебра (0,1 н.), сульфата натрия (1 н.), ацетата натрия (1 н.), лакмус, метиловый оранжевый, фенолфталеин.