3.2.9 Вычисление концентраций

(АКТИВНОСТЕЙ) ИОНОВ Н⁺ и ОН^–.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ рН и рОН РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

В практике кислотно-основного тит­рования вопросы вычисления концентраций (активностей) ионов Н⁺ и ОН^– , а также определения рН и рОН растворов имеют важнейшее значение. Теоретическая сторона данных вопросов подробно рассматривалась в курсе общей химии, поэтому при выполнении контрольной работы следует опираться на ранее полученные знания. Особое внимание обратите на трактовку, соотношение и область применения таких понятий как «активность», коэффициент активности и «концентрация» иона.

При обсуждении вопросов концентрации (активности) ионов Н⁺, следует учитывать, что свободных ионов водорода в растворах нет. Ион Н⁺ соединен в водных растворах по меньшей мере с одной молекулой воды. Поэтому, когда говорят об ионе Н⁺, имеют в виду гидратированный ион Н₃О⁺, а рН, соответственно, следует понимать как рН₃О⁺, т. е. гидроксониевый (оксониевый) показатель. Эти представления по аналогии можно перенести и на неводные растворы. Если в воде протон гидратирован, то в других растворителях сольватирован, т. е. связан с молекулой рас­творителя. В спиртах будет сольватированный протон ROH₂⁺, в аминах RNH₃⁺, в органических кислотах RCOOH₂⁺ и т. д. Так как мы ограничиваемся водными растворами, то для них будут справедливы следующие соотношения:

КН₂0 = [Н⁺] ^. [ОН^–];

[Н⁺] = КН₂0/[ОН^–]

[ОН^–] = КН₂0/[Н⁺]

где КН₂0— ионное произведение воды; [Н⁺] и [ОН^-] - концен­трации (активности) Н⁺- и ОН^- - ионов.

При комнатной температуре, активности ионов Н⁺ и ОН^- составляют

10^-7 моль/л, поэтому справедливы формулы:

[Н⁺]^.[ОН^–] = 10^–14

[Н⁺] = 10^–14/[ОН^–]

[ОН^–] = 10^–14/[Н⁺]

рН = –lg [Н⁺] рОН= –lg[ОН^–]

рН + рОН = 14.

При комнатной температуре рН нейтральной среды составляет 7, при 0°С - 7,5 при 60°С - 6,5. Это связано с тем, что КН₂0 меняется с изменением температуры, а диапазон шкалы рН зависит от КН₂0. Активность водородных и гидроксидных ионов редко достигает 1 моль/л, поэтому диапазон шкалы рН при обычных условиях находится в интервале от 0 до 14.

Задачи

171. Рассчитайте концентрацию ионов водорода в чистой воде при 0°С.

172. Рассчитайте концентрацию ионов водорода в чистой воде при 60°С.

173. Рассчитайте концентрацию ионов ОН^– в чистой воде при 0°С.

174. Рассчитайте концентрацию ионов ОН^– в чистой воде при 60°С.

175. Рассчитайте рН и рОН 0,02н раствора NaOH. Какая масса щелочи содержится в 500 мл эотого раствора?

176. Рассчитайте рН и рОН 0,04н раствора КОН. Какая масса щелочи содержится в 200 мл эотого раствора?

177. Рассчитайте рН и рОН 0,01н раствора Ва(ОН)_2. Какая масса щелочи содержится в 700 мл эотого раствора?

178. Рассчитайте рН и рОН 0,05н раствора RbOH. Какая масса щелочи содержится в 400 мл эотого раствора?

179. Рассчитайте рН и рОН 0,02н раствора CsOH. Какая масса щелочи содержится в 600 мл эотого раствора?

180. Рассчитайте рН и рОН 0,1н раствора C₂H₅ONa. Какая масса этилата натрия содержится в 0,5л этого раствора?

181. Рассчитайте рН и рОН 0,05н раствора HCl. Какая масса кислоты содержится в 0,3л этого раствора?

182. Рассчитайте рН и рОН 0,02н раствора HBr. Какая масса кислоты содержится в 0,5л этого раствора?

183. Рассчитайте рН и рОН 0,2н раствора HI. Какая масса кислоты содержится в 1л этого раствора?

184. Рассчитайте рН и рОН 0,1н раствора HNO₃. Какая масса кислоты содержится в 0,2л этого раствора?

185. Рассчитайте рН и рОН 0,2н раствора HclO_4. Какая масса кислоты содержится в 0,2л этого раствора?

186. Рассчитайте рН и рОН 0,05н раствора H₂SO₄. Какая масса кислоты содержится в 0,5л этого раствора?

Для вычисления концентрации ионов Н⁺ и рН слабых кислот необходимо знать их общую концентрацию и константу диссоциации (К_д).

Если степень диссоциации кислоты меньше 5%, то концентрацию ионов Н⁺ можно вычислить по формуле

[Н⁺] = √ К _кисл^. С_кисл

Для вычисления концентрации ионов ОН^– очень слабых оснований можно использовать следующую формулу:

[ОН^–] = √ К _осн^. С_осн

К слабым основаниям относятся водный раствор аммиака (формулу часто изображают как NH₄OH или NН_3водн), анилин, пиридин, метиламин, гидроксиды многих металлов (таблица 8) и др.

Задачи

187. Рассчитайте рН 0,1М раствора уксусной кислоты (К_д = 1,8 ^. 10^-5 ).

188. Рассчитайте рН 0,05 М раствора муравьиной кислоты (К_д = 1,8 ^. 10^-4 ).

189. Рассчитайте рН 0,1 М раствора азотистой кислоты (К_д = 4 ^. 10^-4 ).

190. Рассчитайте рН 0,1 М раствора аммиака (К_д = 1,8 ^. 10^-5 ).