Ионное произведение воды.
Водородный показатель
По способности проводить электрический ток в растворе или расплаве вещества делятся на электролиты и неэлектролиты. Электропроводность растворов и расплавов объясняется процессом распада электролитов на ионы, который называется электролитической диссоциацией.
В водных растворах одни электролиты полностью распадаются на ионы, другие - частично, т.е. часть молекул электролита остается в растворе в недиссоциированном виде.
Число a, показывающее, какая часть молекул растворенного вещества распалось на ионы, называется степенью электролитической диссоциации:
Степень диссоциации зависит от природы растворяемого вещества и растворителя, температуры (с ее ростом a, как правило, увеличивается), концентрации раствора (при разбавлении раствора a возрастает).
В зависимости от степени диссоциации электролиты делятся на сильные (a>30 % при концентрации раствора 0,1 моль/л) и слабые (a<3 % при концентрации 0,1 моль/л).
К сильным электролитам относятся:
- почти все соли;
- из важнейших кислот: HCl, HBr, HJ, H2SO4, HNO3, HClO4;
- щелочи - гидроксиды металлов IА и IIА групп, кроме Mg и Be.
Слабые электролиты и электролиты средней силы:
- почти все органические вещества;
- из кислот: H2CO3, H2S, HCN, H2SiO3, H3PO4, H2SO3, H2C2O4;
- гидроксиды, кроме щелочей, а также NH4OH;
- многие бинарные соединения (Н2О, оксиды и др.).
В растворах слабых электролитов устанавливается равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами, например:
СН3СООН ↔ Н+ + СН3СОО-,
к которому применим закон действия масс, и можно определить константу равновесия, называемую в таких случаях константой диссоциации:
К=[Н+][СН3СОО-] / [СН3СООН]недисс
В случае электролита АX, диссоциирующего на ионы А+ и Х-, К и a связаны соотношением
К=a2См(1-a) (Закон разбавления Оствальда).
Если a<< 1, то 1-a » 1. Тогда выражение закона разбавления упрощается:
К=a2 См, откуда a= (К / См )1/2.
Концентрации ионов А+ и X- составляют:
[А+]=[X-]=a × См или [А+]=[X-]= (К× См)1/2
Вода, будучи очень слабым электролитом, диссоциирует в незначительной степени:
Н2О « Н+ + ОН-
Этому процессу соответствует константа диссоциации
К=[Н+] [ОН-] / [Н2О]
Поскольку a очень мала, то равновесная концентрация недиссоциированных молекул воды [H2О] практически равна общей концентрации воды, т.е. 1000/18=55,55 моль/л, и выражение для константы диссоции воды можно преобразовать:
[H+] [OH-]=K[H2O] =KH2O
KН2О- постоянная при данной температуре величина, называется ионным произведением воды; она зависит только от температуры.
В чистой воде при 25°С [Н+]=[ОН-]=10-7 моль/л, следовательно, КН2О=10-14.
Эта величина справедлива и для разбавленных водных растворов.
Концентрации [H+] и [ОН-] взаимосвязаны: чем больше одна величина, тем меньше другая, и наоборот. Но их произведение при данной температуре остается постоянным.
Растворы, в которых [Н+]=[ОН-], называются нейтральными, если [H+]>[OH-], -кислыми, если [OH-]>[H+], - щелочными.
Вместо концентрации ионов Н+ и ОН- удобнее пользоваться их обратными десятичными логарифмами; эти величины обозначаются символами rH и rOH и называются соответственно водородным и гидроксильным показателями:
rH=-lg [H+] и rOH=-lg [OH-]
При 25°С rH+rOH=14. При этой температуре в нейтральных растворах rH=7, в кислых rH<7, в щелочных rH>7.
Примеры решения задач
Пример 1. Вычислить степень диссоциации и концентрацию ионов водорода в 0,1 М растворе HClO . 
Константа диссоциации HClO равна 5 ×10-8 .
Решение. [H+]=ÖК×См =Ö5× 10-8× 0,1=7×10-5 моль/л.
[H+]=a× Cм , a=[H+]/CM=7×10-5/0,1=7×10-4 моль/л
или 
a=ÖК/См =Ö5 ×10-8/0,1 = 7×10-4 моль/л,
[Н+]= a×См=7×10-4 × 0,1=7×10-5 моль/л.
Пример 2. При какой массовой доле муравьиной кислоты в растворе (плотность~1 г/мл) rH=2? Константа диссоциации кислоты при 25°С равна 1,8 ×10-4.
Решение
rH=-lg[H+]=2, отсюда [H+]=10-2 моль/л.
Находим молярность раствора.
[H+]= Ö K× Cм , тогда См= [H+]2/K=(10-2)2/1,8×10-4=0,55 моль/л.
Пересчитываем молярную концентрацию в массовую долю.
MНСООН=46 г/моль
w=mВ/mР-РА=См× М/V×r=0,55×46/1000×1=0,025 (2,5%)
Пример 3. [OH-]=10-3 моль/л. Вычислить rH.
Решение
rH=-lg[H+]
[OH-][H+]=10-14,
следовательно, [H+]=10-14/[OH-]=10-14/10-3=10-11 моль/л;
rH=-lg 10-11=11.
Пример 4.Определить rH раствора Bа(OH)2 при 25°С, имеющего концентрацию 0,012 моль/л.
Решение
Bа(OH)2 ® Bа2+ + 2OH-, rH>7
rH=14-rOH; rOH=-lg[OH]
Из уравнения диссоциации гидроксида следует, что [OH-]=2×0,012=0,024 моль/л. Тогда
rOH=-lg0,024=1,62; rH=14-1,62=12,38.
Задачи
111. Вычислить концентрацию ионов OH- и NH4+ в 0,5 М растворе NH4OH, если константа диссоциации К = 1,8× 10-5.
112. Вычислить степень диссоциации и концентрацию ионов H+ и HS- в 0,1 м растворе H2S, если константа диссоциации (первая ступень) К = 3×10-7.
113. Вычислить степень диссоциации и концентрацию ионов H+ в 0,1%-ном растворе CH3COOH (плотность 1г/см3), если константа дисоциации К=1,85×10-5.
114. Вычислить pH и pOH 0,1 н. раствора HCN, если константа диссоциации К=7×10-10.
115. Определить концентрацию ионов ионов H+ и OH- при pH 3.
116. Определить молярную концентрацию раствора CH3COOH, если pH 6, а степень диссоциации равна 1,3%.
117. Определить pH и pOH 0,1 н. раствора CH3COOH, если константа диссоциации ее К=1,8×10-5.
118. Определить pH и pOH раствора, содержащего 0,1 г/л NaOH, если степень диссоциации равна 1.
119. Определить pH и pOH насыщенного раствора Zn(OH)2, если его растворимость 2,3×10-6 моль/л, а степень диссоциации равна 1.
120. Определить молярную концентрацию раствора NH4OH, если pH 8, а степень диссоциации равна 1,3%.
Дата: 2018-12-21, просмотров: 215.
