Тема 8 Ионное произведение воды и рн растворов кислот и оснований

Ионное произведение воды – константа равная произведению концентраций протонов и гидроксид-ионов К_Н2О =[H⁺][OH^-]

Вода – слабый электролит и диссоциирует на ионы в малой степени по реакции: H₂O ↔ H⁺ + OH K_{дисс воды}=[H⁺][OH^-])/[H₂O] = 1,8 • 10^-16 (при 22°С)

Концентрацию недиссоциированных молекул [H₂O] можно считать постоянной и в 1 л (1000 г) воды содержится

[H₂O] =n=m_H2O /М_H2O=1000/18 = 55,56 молей

Тогда ионное произведение К_Н2О =[H⁺][OH^-]=K_дисс*H₂O] = 1,8*10^*16·55,56=10^-14

В дистилированной воде [H⁺][OH^-]=10^-7

Чаще пользуются значениями не самих концентраций, а их десятичными логарифмами, взятыми с обратными знаком (отрицательными логарифмами).

рОН= –lg[OH] гидроксильный показатель,

рН= – lg[H⁺] – водородный показатель; характеристика кислотности среды

тогда pH +рОН=–lg К_Н2О pH +рОН=14 В дистиллированной воде pH =рОН =–lg 10^-7=7

Кислотность среды (раствора) определяют индикаторами.

Таблица 6

Зависимость окраски индикаторов от соотношения концентрации [H⁺] и [OH^-]

	Среда
	Кислая	Нейтральная	Щелочная
Концентрация ионов	[H^+]>[OH^-]	[H^+]=[OH^-]	[OH]>[H^+]
Величина рН	рН<7	рН=7	рН>7
Величина рОН	рОН>7	рОН=7	рОН<7
Лакмус	красный	фиолетовый	синий
фенолфталеин	бесцветный	бесцветный	малиновый
метилоранж	розовый	оранжевый	желтый

Пример 1 Вычислите концентрации ионов Н⁺ и ОН^- и pH раствора едкого кали КОН, молярность которого составляет 0,01 моль/л (принять α = 1) .

Решение Для расчета используем выражения ионного произведения воды и рН. Величина α=1 означает, что в растворе все молекулы КОН находятся в состоянии диссоциации, т.е.

[ОН^–] = [К⁺] = [КОН] = 0,01 = 10^-2моль/л

рОН = =-lg [ОН^–]==-lg 10^-2= 2, pH = 14–рОН = 14–2 = 12

Задание 8-1 контрольной работы

Рассчитайте концентрации ионов Н⁺ и ОН^– и рН раствора сильной кислоты или сильного основания, V мл которого содержит m г кислоты или основания ( = 1).

Номер задания	Соеди-нение	V, мл	m, г	Номер задания	Соеди-нение	V, мл	m, г
211	HCl	1000	1,46	226	HI	250	0,0256
212	HCl	500	0,365	227	HBr	1000	1,62
213	HCl	2000	0,73	228	HBr	500	0,81
214	HCl	250	0,365	229	HBr	250	0,81
215	NaOH	500	0,04	230	HBr	2000	0,162
216	NaOH	100	0,02	231	NaOH	500	0,2
217	NaOH	250	0,1	232	NaOH	250	0,4
218	NaOH	1000	0,40	233	NaOH	1000	0,8
219	KOH	1000	0,56	234	NaOH	1500	6,0
220	KOH	500	0,112	235	KOH	1500	8,4
221	KOH	250	0,112	236	KOH	500	2,8
222	KOH	2000	1,12	237	KOH	750	1,68
223	HI	2000	2,56	238	KOH	1000	0,28
224	HI	1000	0,256	239	HCl	500	1,46
225	HI	500	1,28	240	HCl	250	0,73

Пример 3 Сравните концентрацию ионов Н⁺ в растворах уксусной кислоты К_дис =1,74·10^–5 и соляной кислоты (α=0,8), концентрация которых См=1моль/л.

Решение

В растворе уксусной кислоты, равновесие процесса диссоциации сдвинуто в сторону недиссоциированных молекул:

СН₃СООН H⁺ + Н₃СОО^– , С_H+ = √(1,7*10^-5*1) =4,17*10³моль/л.

В растворе соляной кислоты равновесие диссоциации сдвинуто в сторону продуктов диссоциации, на ионы диссоциировано 80% молекул (α=0,8):

HCl H⁺ + Cl^– , С_H+= α·Ск-ты = 0,8·1= 0,8 моль/л.

0,8/4,1710^-3= 800/4,17=192, т.е. концентрация ионов в растворе соляной кислоты почти в 200 раз выше, чем в растворе уксусной кислоты.

Задание 8-2 контрольной работы

Напишите уравнение электролитической диссоциации раствора слабой кислоты и найдите концентрации ионов Н⁺ и кислотного остатка в моль/л в растворе нормальной концентрации с, если известна К_дисс.

Вариант	Формула кислоты	Название кислоты	с,моль/л	Кдисс
241	HCOOH	Муравьиная	0,005	1,810^-4
242	CH3COOH	Уксусная	0,005	1,7410^-5
243	HNO2	Азотистая	0,05	5,110^-4
244	C6H6COOH	Бензойная	0,05	6,610^-5
245	HIO4	Иодная	0,005	2,810^-2
246	HIO3	Иодноватая	0,001	1,610^-1
247	HF	Плавиковая	0,01	6,810^-4
248	HCN	Синильная	0,1	6,210^-10
249	HBrO	Бромноватистая	0,1	2,510^-9
250	C2H5COOH	Пропионовая	0,01	1,3510^-5
251	HCNS	Роданисто-водородная	0,001	1,410^-1
252	C6H4(OH)COOH	Салициловая	0,001	1,110^-3
253	HClO2	Хлористая	0,001	1,110^-2
254	HClO	Хлорноватистая	0,05	5,010^-8
255	HCNO	Циановая	0,01	3,510^-4
256	HCOOH	Муравьиная	0,02	1,810^-4
257	CH3COOH	Уксусная	0,01	1,7410^-5
258	HNO2	Азотистая	0,01	5,110^-4
259	C6H5COOH	Бензойная	0,01	6,610^-5
260	HIO4	Йодная	1,0	2,810^-2
261	HIO3	Йодноватая	2,0	1,610^-1
262	HF	Плавиковая	0,05	6,810^-4
263	HCN	Синильная	0,5	6,210^-10
264	HBrO	Бромноватистая	0,5	2,510^-9
265	C2H5COOH	Пропионовая	0,05	1,3510^-5
266	HCNS	Роданистово-дородная	2,0	1,410^-1
267	C6H4(OH)COOH	Салициловая	1,0	1,110^-3
268	HClO2	Хлористая	1,0	1,110^-2
269	HClO	Хлорноватистая	0,1	5,010^-5
270	HCNO	Циановая	0,05	3,510^-4