Вопрос 47): Реакция в растворах электролитов, их направленность, смещение равновесия.

Равновесие в растворах электролитов остается неизменным, пока не изменятся определяющие его условия. По принципу Ле Шателье на равновесие влияет концентрация. При увеличении количества каких-либо ионов, они связываются с другими. CH3COOH = H⁺+CH3COO^-. Если добавить какую-либо соль уксусной кислоты, то увеличится концентрация ионов CH3COO^-. Равновесие сместится влево. (степень диссоциации уксусной кислоты уменьшается) Введение в раствор слабого электролита одноименных ионов уменьшает степень диссоциации этого электролита. Если же взять малорастворимый электролит, то всякий раз как только произведение концентраций превысит величину произведения растворимости, появится осадок. (пр: сульфат кальция)

Обязательным условием протекания реакции является удаление из раствора тех или иных ионов. Например, образованием слабодиссациируемого вещества, или веществ в виде осадка или газа.

При нейтрализации сильной кислоты сильным основанием в растворе образуется только один слабый электролит – вода. Причем в реакции H⁺+OH^-=H2O равновесие очень сильно смещено вправо, что показывает, что реакция проходит практически до конца.

А при нейтрализации слабой кислоты и слабого основания, получаются минимум два слабых электролита: вода и слабая кислота или основание. Например, при нейтрализации уксусной кислоты получается:

H⁺+CH3COO^-=CH3COOH H⁺+OH^-=H2O

Таким образом, ион водорода может связаться либо в молекулу уксусной кислоты или в молекулу воды. Ионы CH3COO и OH как б конкурируют друг с другом в связывании иона водорода. Поэтому в данном случае реакция доходит не до конца, а до некоего состояния равновесия CH3COOH+OH^-=CH3COO^-+H2O

Однако равновесие смещено вправо, так как вода более слабый электролит, чем уксусная кислота.

При нейтрализации слабого основания сильной кислотой в растворе тоже устанавливаются два равновесия:

NH4⁺+OH^-=NH4OH H⁺+OH^-=H2O

Конкурируют NH4⁺ и H⁺. В результате: H⁺+NH4OH=NH4⁺+H2O. Равновесие смещается вправо.

Вопрос 48): ионное произведение воды. Водородный показатель.

вода, хоть и является слабым электролитом, в малой степени диссоциирует на катионы Н+ и анионы ОН- . Тогда, константу диссоциации воды можно рассчитать по формуле К=([ Н+]*[ ОН-])/[Н2О] (**). Концентрация молекул Н2О в воде, учитывая её малую степень диссоциации, величина практически постоянная и =плотность воды/молярную массу (1000 г/л)/(18 г/моль) = 55,56 моль/л. При 25 °C константа диссоциации воды равна 1,8·10−16моль/л. Тогда, уравнение (**) можно переписать как К*[Н2О]= [ Н+]*[ ОН-]. Обозначим произведение K·[H2O] = Kв = 1,8·10−16 моль/л·55,56 моль/л = 10−14моль²/л² = [H+]·[OH−] (при 25 °C). Константа Kв, равная произведению концентраций протонов и гидроксид-ионов, называется ионным произведением воды. Она является постоянной не только для чистой воды, но также и для разбавленных водных растворов веществ. C повышением температуры диссоциация воды увеличивается, следовательно, растёт и Kв, при понижении температуры — наоборот. В нейтральной среде [H+]=[OH-]=10^-7.

Водородный показатель введен для удобства, как десятичный логарифм концентрации катионов водорода, pH= -lg[H+]. В нейтральной среде рН=7, при связывании гидроксид анионов их концентрация падает, а концентрация катионов водорода возрастает, в следствие чего реакция среды становится кислой рН<7, при связывании катионов водорода их концентрация падает, а концентрация гидроксид анионов возрастает, в следствие чего реакция среды становится щелочной рН>7.

Водородный показатель (рассчет):

Для характеристики кислотно-основных свойств растворов используют водородный показатель рН, равный отрицательному значению десятичного логарифма концентрации ионов водорода. Аналогично рассчитывают гидроксильный показатель рОН, равный отрицательному значению десятичного логарифма концентрации ионов гидроксила:

. (4.13)

Концентрации ионов водорода и гидроксила связаны между собой равновесием диссоциации воды:

Н2О  Н+ + ОН.

Константу равновесия называют ионным произведением воды. При 298 К константа равновесия

.

Прологарифмировав это уравнение, получим

рН + рОН = 14.

В чистой воде (нейтральная среда) рН = рОН = 7. В кислой среде рН  7, в щелочной среде рН  7.