Ионное произведение воды. Вода является слабым электролитом и в незначительной степени диссоциирует на ионы по реакции:
H2O « H+ + OH–
K = ([H+][OH–]) / [H2O] = 1,8 · 10–16 (при 22 °С)
В знаменателе дроби – это концентрация недиссоциированных молекул воды, которую можно считать постоянной и определить в 1 л, приняв массу 1 л воды за 1 000 г:
[H2O] = 1 000 / 18 = 55,56 молей.
Тогда
K = ([H+][OH–]) / 55,56 = 1,8 · 10–16,
или Кw = ([H+][OH–] = 1 · 10–14 (ионное произведение воды),
PH раствора – это водородный показатель.
Величина pH используется для характеристики кислотности раст-вора. Если концентрация ионов водорода равна [H+], то pH = –lg [H+]
В чистой воде и нейтральных растворах
[H+] = [OH–] = 10–7
В кислых растворах
[H+] > [OH–] и pH < 7, например, в 10–3 М растворе HCl pH = 3
В щелочных растворах
[H+] < [OH–] и pH > 7, например, в 10–2 М растворе NaOH:
pOH = –lg2 · 10–2 = 2 – lg2 = 1,7;
pH = 14 – pOH = 14 – 1,7 = 12,3.
Задачи и тесты Задачи
1. Напишите уравнения диссоциации и констант диссоциации следующих электролитов:
а) уксусной кислоты – СН3СООН
б) азотистой кислоты – HN02
в) муравьиной кислоты – НСООН
г) сероводородной кислоты – H2S
д) борной кислоты – Н3ВО3
е) сернистой кислоты – H2SO3
ж) фосфорной кислоты – Н3РО4
з) гидроксида аммония – NH4OH
и) мышьяковистой кислоты – H3As03
к) синильной кислоты (циановодородной) – HCN
2. Напишите в молекулярном и ионном виде уравнения реакций:
а) HCI + AgN03 → e) Na2S04 + NaOH →
б) NaC'l + Pb(N03)2 → ж) FeCI3 + NaOH →
в) Na2S03 + HCI → з)Na2C0 3+ HCI →
г) Na2S + MnCi2 → и) Ni(OH)2 ↓ + HCI →
д) Na2S04 + AgN03 → к) NH4OH + H3P04 →
3. Какие из этих реакций идут до конца:
а) H2S04 + NaCI → e) H2S04 + BaCl2 →
б) ВаС12 + NaN03 → ж) NaN02 + HCI →
в) ZnS + HCI → з) HCI + NaOH →
г) NaOH + CuCl → и) CuCl2+ Na2S04 →
д) Ba(N03)2 + NaCI → к) Na2S04 + Ba(N03)2 →?
4. Напишите уравнение диссоциации NH4OH и константу диссоциации этого электролита.
5. Чему равно рН раствора, если рОН = 3?
6. Чему равно рН, если [ОН] = 1 · 108 г ион/л?
7. Найдите молярную концентрацию ионов ОН– в водных растворах, в которых концентрация ионов водорода (моль/л) равна:
а)10–13;
б) 6,5·10–7
в) 1,2·10–12.
8. Вычислите рН растворов, в которых концентрация ионов Н+ (моль/л) равна:
а)2·10–8;
б) 8,5·10–3;
в) 6,5·10–18.
9. Во сколько раз концентрация ионов водорода в крови (рН = 7,36) больше, чем в спинно-мозговой жидкости (рН = 7,53)?
10. Какова [Н+] и [ОН–], если рН = 1·10–8?
11. Какова среда раствора, если рОН = 2·10–7?
12. Какая будет среда (кислая или щелочная) при [ОН-] = 2 – 10–9?
13. Чему будет равно рН раствора, если дано:
[H+]= 1·10–1 г ион/л;
[Н+]= 1·10–2 г ион/л;
[ОН-]= 1·101 г ион/л ;
рОН = 5;
[ОН-] = 1·10–7 г ион/л;
рОН= 10;
[ОН-] = 1·10–2 г ион/л;
[Н+]= 1·10–7 г ион/л;
[Н+]= 1·10–8 г ион/л;
[ОН-]= 1·10–5 г ион/л.
Тесты
1.
Схема реакции, соответствующая
сокращенному молекулярно-ионному
уравнению 2Н+
+
= H2O
+ CO2↑
имеет вид:
а) Na2CO3 + H2SO4 →
б) NaHCO3 + H2SO4 →
в) NaHCO3 + H2SO4 →
г) Na2CO3 + CH3COOH →
д) Na2CO3 + H2SiO3 →
2. Наибольшее число катионов образуется при диссоциации в воде 1 моль соли, формула которой:
а) Na3PO4
б) Na2SO3
в) Fe(NO3)3
г) Ag3PO4
3. Схема реакции, соответствующая сокращенному молекулярно-ионному уравнению Fe3+ + 3OH– = Fe(OH)3 ↓, имеет вид:
а)FeCl3 + NaOH →
б) FeCl3 + NH4OH →
в) FePO4 + NaOH →
г) Fe(NO3)3 + Cu(OH)2 →
4. Схема реакции, соответствующая сокращенному молекулярно-ионному уравнению 2H+ + S2– = H2S, имеет вид:
а) K2S + H2SO4 →
б) CuS + HCl →
в) Na2S + H2O →
г) FeS + H2SO4 →
5. Наибольшее число ионов образуется при диссоциации в воде 1 моль соли, формула которой имеет вид:
а) Al(NO3)3
б) Ba(NO3)2
в) Na2CO3
г) Ag3PO4
6. Сильным электролитом является раствор вещества, формула которого имеет вид:
а)Al2(SO4)3
б) CH3COOH
в) CaSO4
г) NH4OH
7. Формула соли, в водном растворе которой индикатор фенолфталеин приобретает малиновую окраску, имеет вид:
а) K2HPO4
б) FeSO4
в) KNO3
г) K2SO4
8. Схема реакции, соответствующая сокращенному молекулярно-ионному уравнению Сu2+ + 2OH– = Сu(OH)2 ↓, имеет вид:
а) CuSO4 + NaOH →
б) CuSO4 + Fe(OH)2 →
в) CuS + NaOH →
г) CuCO3 + Fe(OH)2 →
9. Уравнение реакции, которая в водном растворе протекает практически до конца, имеет вид:
а) CuSO4 + BaCl2 = BaSO4 + CuCl2
б) CuSO4 + 2HCl = CuCl2 + H2SO4
в) Na2SO4 + 2HCl = 2NaCl + H2SO4
г) BaSO4 + 2NaOH = Na2SO4 + Ba(OH)2
10. Схема реакции, соответствующая сокращенному молекулярно-ионному уравнению H+ + OH- = H2O, имеет вид:
а) H2SO4 + KOH →
б) H2SO4 + NH4OH →
б) CH3COOH + KOH →
в) CH3COOH + NH4OH →
11. Уравнение реакции, которая в водном растворе протекает практически до конца, имеет вид:
а) Fe(NO3)3 + 3KOH = Fe(OH)3 ↓ + 3KNO3
б) BaSO4 + 2HNO3 + Ba(NO3)3 + H2SO4
в) NaOH + KNO3 = NaNO3 + KOH
г) CuSO4 + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + H2SO4
12. Наибольшее число ионов образуется при диссоциации 1 моль соли, имеющей формулу:
а) Fe2(SO4)3
б) (NH4)3PO4
в) Na2CO3
г) Ca(HCO3)2
13. Формула вещества, 0,01 М, раствор которого характеризуется наименьшим значением рН, имеет вид:
а) HNO3
б) HF
в) Ca(H2PO4)2
г) H2SO3
14. Формула вещества, 0,01 М раствор которого характеризуется наименьшим значением рН, имеет вид:
а) HClO4
б) CH3COOH
в) CuCl2
г) Ca(OH)2
15. При разбавлении ацетатного буферного раствора в два раза значение величины pH:
а) не изменится;
б) увеличится в 2 раза;
в) уменьшится в 2 раза;
г) уменьшится на 2.
16. Масса гидроксида натрия, содержащаяся в 1 л его раствора, значение рН которого равно 12, составляет ____ г (α = 1):
а) 0,4;
б) 4;
в) 0,8;
г) 8.
17. Значение рН раствора, полученного путем разбавления 0,05 М раствора серной кислоты (α = 1) в 10 раз, равно:
а) 2,0;
б) 2,3;
в) 1,3;
г) 1,0.
18. Масса гидроксида калия, содержащаяся в 10 л его раствора, значение рН которого равно 11, составляет ____ г (α = 1):
а) 0,56;
б) 0,28;
в) 0,056;
г) 0,112.