Раздел IX. Ионное произведение воды. Водородный и гидроксильный показатели.

[1, с. ; 2, с.120-129; 3, с. 224-231; 4, с.252-257; 5, с.145-155]

Решение типовых задач

Задача 1. Определите концентрацию ионов ОН^- в 0,01М растворе NaOH. Рассчитайте рН этого раствора. Диссоциацию считать полной.

Решение. Гидроксид натрия NaOH диссоциирует по уравнению:

NaOH→ Na⁺ + OH^-, считая диссоциацию полной, находим концентрацию гидроксид-ионов [ОН^-]=С_м (NaOH)=0,01 моль/л.

Водородный показатель равен рН= рК_в- рОН. По найденному значению концентрации гидроксид-ионов, рассчитываем гидроксильный показатель рОН= -lg[OH^-]= -lg 0,01=2. Таким образом рН= рК_в- рОН=14-2=12.

Задача 2. Определите концентрацию ионов ОН^— в 0,01 М растворе гидроксида аммония NH₄OH. Рассчитайте рН этого раствора при 298К.

Решение. Гидроксид аммония – слабый электролит (α<<1), диссоциирующий по схеме: NH₄OH NH₄ ⁺ + OН^—. Константа диссоциации NH₄OH при 25 ⁰С равна К_д = 1,8·10^—5 (см. в Приложении). В соответствии с законом разбавления Оствальда степень диссоциации α равна

Молярная концентрация ионов OН^— будет равна:

[OН^—] = С_{м ·} α = 0,01· 4,24·10^—2 = 4,24·10^—4 моль/л.

Константа K_В, равная произведению концентраций ионов Н⁺ и ОН^—, величина постоянная при данной температуре, получила название ионное произведение воды: K_В= [Н⁺]∙[ОН^—]=10^—14 .

Реакцию среды можно выразить другим, более удобным способом: вместо концентраций ионов указывают их десятичные логарифмы, взятые с обратным знаком: pH = - lg[H⁺] – водородный показатель;

pОH = - lg[ОH^—] – гидроксильный показатель.

Водородный показатель равен: рН = 14 – рОН. Гидроксильный показатель рОН = - lg[OН^—] = - lg 4,24·10^—4 = 3,37.

Соответственно рН = 14 – 3,37 = 10,63.

1103. Определите концентрацию ионов водорода и гидроксид-ионов в растворе, рН которого равен 10,2.

1104. Определить рН раствора, в 200 мл которого содержится 0,001 моль HCl.

1105. Определить [H⁺] и [OH^-] в растворе, рН которого равен 6,2.

1106. Определите молярную и эквивалентную концентрации Ba(OH)₂ в растворе, если известно, что рН=13,3.

1107. Значение рН слезы человека 7,4. Определите [H⁺] и [OH^-].

1108. Определить рН раствора, в 500 мл которого содержится 0,001 г HCl.

1109. Сколько молекул KOH содержится в 10 л раствора, рН которого равен 11?

1110. Вычислить рН 0,01% раствора HCl. Плотность раствора считать равной 1.

1111. Определить рН раствора, в 300 мл которого содержится 0,001 моль HNO₃.

1112. Во сколько раз концентрация ионов водорода в крови (рН = 7,36) больше, чем в спинномозговой жидкости (рН = 7,53)?

1113. Определить рН раствора, в 600 мл которого содержится 0,001 г HNO₃.

1114. Вычислите концентрацию ионов [ОH^-] и рН в 0,003 М растворе NH₄OH.

1115. Определите рН раствора, в 1 л которого содержится 2 г гидроксида натрия. Щелочь в растворе диссоциирует полностью.

1116. Кислотные дожди (следствие деятельности человека: при сжигании различного топлива (бензина, керосина, нефти, угля)) в атмосферу выделяется огромное количество диоксида серы и диоксида азота. Взаимодействуя с кислородом воздуха и атмосферной влагой, эти оксиды превращаются в серную и азотную кислоты. Определите значение рН природных вод, которые получаются из газовых выбросов химзавода, содержащих 10 кг диоксида азота. Объем воды, в которой будет растворена полученная азотная кислота, примите равным 10000 м³.

1117. Значение рН желудочного сока человека 0,9. Определите концентрацию соляной кислоты в желудке человека.

1118. Определите рН 0,001 н. раствора синильной кислоты HCN, считая диссоциацию полной.

1119. Определите рН 0,74% раствора гидроксида кальция Са(ОН)₂, считая диссоциацию полной. Плотность раствора ρ=1,000 г/мл.

1120. Определите рН раствора, полученного растворением 0,22 г оксида углерода(IV) в 500 мл воды, учитывая лишь первую стадию диссоциации угольной кислоты.

1121. Вычислите рН 0,015 М раствора уксусной кислоты.

1122. Определите молярную и эквивалентную концентрации серной кислоты в растворе, если известно, что рН=2,2.

1123. Значение рН крови человека 7,45. Определите [H⁺] и [OH^-].

1124. Вычислить рН 0,05% раствора NaOH. Плотность раствора считать равной 1.

1125. К 2 л воды прибавлено 2 мл 72 % (по массе) раствора азотной кислоты плотностью 1,43 г/мл. Вычислите рН раствора.

1126. Вычислите рН 0,4 %-ного раствора HCl плотностью 1,02 г/мл. Степень диссоциации кислоты 1.

1127. 2 мл 96 %-ной H₂SO₄ ( = 1,84 г/мл) разбавили водой до трех литров. Вычислите рН раствора при  = 1.

1128. Значение рН слюны человека 6,35. Определите [H⁺] и [OH^-].

1129. Вычислите рН 1 М раствора щавелевой кислоты H₂C₂O₄. Константа диссоциации первой ступени равна 5,6  10^-2.

1130. Вычислите рН полученного раствора, если 0,01 л 30 %-ного раствора NaOH ( = 1,328 г/мл) разбавили водой до 0,75 л. степень диссоциации NaOH равна 100 %.

1131. Значение рН молока 6,9. Определите [H⁺] и [OH^-].

1132. На предприятии не хватило запаса соды для нейтрализации кислотных отходов, и 3,15 кг азотной кислоты были вылиты в канализацию, а оттуда попали в пруд емкостью 10000 м³. После этого в пруду погибла вся рыба, даже такая неприхотливая, как плотва. Определите водородный показатель воды, загрязненной азотной кислотой.

1133. Самый дешевый щелочной реагент для нейтрализации кислотных промышленных стоков - гашеная известь (гидроксид кальция). Используют как суспензию гидроксида кальция ("известковое молоко"), так и прозрачный раствор ("известковую воду"). Рассчитайте рН 0,02М раствора Ca(OH)₂.

1134. Значение рН крови человека 7,35. Определите [H⁺] и [OH^-].

1135. Уксусная кислота была единственной, которую знали древние греки. Отсюда и ее название: "оксос" - кислое, кислый вкус. Уксусная кислота - слабая (диссоциирует в водном растворе только частично). Тем не менее, поскольку кислотная среда подавляет жизнедеятельность микроорганизмов, уксусную кислоту используют при консервировании пищевых продуктов, например, в составе маринадов. Рассчитайте рН 0,01 M раствора уксусной раствора.

1136. В связи с сильным загрязнением атмосферы оксидами серы в районе Аньшаньского металлургического комбината в Китае в 1981 году выпали осадки со значением рН, равным 2,25. Рассчитайте массовую долю содержащейся в этом "кислотном дожде" серной кислоты.

1137. В 1974 году в Шотландии зафиксирован европейский "рекорд" по значению кислотности атмосферных осадков. Водородный показатель для дождевой воды оказался равен 2,4. Рассчитайте для этого случая концентрацию катионов Н⁺ в шотландском "кислотном дожде".

1138. Значение рН слюны человека 6,85. Определите [H⁺] и [OH^-].

1139. При аварии на складе ядовитых веществ произошла утечка 0,05 кг опасного газа фосгена - оксида-дихлорида углерода COCl₂. Прибывшая команда специалистов по дегазации обработала помещение склада водой из пожарного брандспойта. При распылении воды фосген подвергается необратимому гидролизу с образованием диоксида углерода и хлороводорода. Определите рН полученных водных стоков, если всего при дегазации было израсходовано 10 м³ воды.

1140. Определите концентрацию ионов водорода и гидроксид-ионов в растворе, рН которого равен 5,4.

1141. Значение рН яичного белка 8. Определите [H⁺] и [OH^-].

1142. Чистая вода (рН = 7), находясь на воздухе, растворяет присутствующий в атмосфере диоксид углерода, поэтому ее водородный показатель с течением времени становится равен 6,5-6,8. Определите молярную концентрацию ионов Н⁺ в воде, если рН = 6,7.

1143. Для понижения кислотности почву подвергают известкованию. В результате известкования почвы в ней происходит химическая реакция: 2H⁺ + CaCO₃ = Ca²⁺ + CO₂ + H₂O. Рассчитайте объем CO₂ (при н.у.), который выделяется при обработке 200 л воды со значением рН = 3,3 избытком CaCO₃.

1144. Значение рН молока 6,6. Определите [H⁺] и [OH^-].

1145. Кислотные дожди следствие деятельности человека ( при сжигании различного топлива (бензина, керосина, нефти, угля) в атмосферу выделяется огромное количество диоксида серы и диоксида азота). Взаимодействуя с кислородом воздуха и атмосферной влагой, эти оксиды превращаются в серную и азотную кислоты. Определите значение рН природных вод, которые получаются из газовых выбросов химзавода, содержащих 20 кг диоксида серы. Объем воды, в которой будет растворена полученная серная кислоты, примите равным 5000 м³.

1146. Кислотность почвы, так же как и кислотность водных растворов, оценивают водородным показателем рН, который измеряют, делая водную "вытяжку" (взбалтывают образец почвы массой 10 г с 10 мл воды и дают отстояться твердым частицам). При значении рН 5 почва обладает слабой кислотностью. Какова молярная концентрация Н⁺ в водной вытяжке такой почвы?

1147. рН раствора составляет 4,3. Вычислить [ H⁺ ] и [ OH^- ].

1148. Вычислить рН 1%-ного раствора муравьиной кислоты, считая, что плотность раствора равна 1г/мл.

1149. В толстой кишке утки рН равен 6,37, а в мускульном желудке он равен 2,33.В каком из отделов пищеварительного тракта утки концентрация катионов водорода выше и во сколько раз?

1150. Вычислите рН раствора, полученного растворением 2,24 л аммиака в 1 л воды (н.у.).

1151. Определите молярную и эквивалентную концентрации сернистой кислоты в растворе, если известно, что рН=4,8.

1152. Сколько молекул LiOH содержится в 1,5 л раствора, рН которого равен 10?

1153. В 50 л воды растворили 100 л хлороводорода (н.у.). Вычислите рН раствора.

1154. Определите рН 5 % раствора гидроксида кальция Sr(ОН)₂, считая диссоциацию полной. Плотность раствора ρ=1,000 г/мл.

1155. Определите концентрацию ионов водорода и гидроксид-ионов в растворе, рН которого равен 8,5.

1156. Значение рН томатного сока 4,3. Определите [H⁺] и [OH^-].

1157. Определить рН раствора, в 300 мл которого содержится 0,001 г HClО₄.

1158. Определите рН раствора, в 1,8 л которого содержится 5 г гидроксида цезия. Щелочь в растворе диссоциирует полностью.

1159. Определите молярную и эквивалентную концентрации HBr в растворе, если известно, что рН=3,3.

1160. Вычислить рН 0,1% раствора RbOH. Плотность раствора считать равной 1, а диссоциацию полной.

1161. На предприятии не хватило запаса соды для нейтрализации кислотных отходов, и 2,5 кг соляной кислоты были вылиты в канализацию, а оттуда попали в пруд емкостью 6000 м³. Определите водородный показатель воды, загрязненной азотной кислотой.

1162. Определить рН раствора, в 400 мл которого содержится 0,001 моль H₂S.

1163. Определите молярную и эквивалентную концентрации Ca(OH)₂ в растворе, если известно, что рН=12,2.

1164. Вычислите рН полученного раствора, если 0,01 л 30 %-ного раствора HI ( = 1,128 г/мл) разбавили водой до 0,75 л. степень диссоциации HI равна 100 %.

1165. Определите молярную и эквивалентную концентрации HCOOH в растворе, если известно, что рН=4,4.

1166. Водородный показатель для дождевой воды оказался равен 3,6. Рассчитайте для этого случая концентрацию катионов Н⁺ в "кислотном дожде".

1167. Определите концентрацию ионов водорода и гидроксид-ионов в растворе, рН которого равен 6,5.

1168. 10 мл 69 %-ной H₂SO₄ ( = 1,84 г/мл) разбавили водой до двух литров. Вычислите рН раствора при  = 1.

1169. Вычислите концентрацию ионов [H⁺] и рН в 0,02 М растворе Н₂Сr₂O₇.

1170. Значение рН апельсинового сока 2,6. Определите [H⁺] и [OH^-].

1171. Вычислить рН 2%-ного раствора хлоруксусной кислоты СН₂СlCOOH, считая, что плотность раствора равна 1г/мл.

1172. Значение рН слюны человека 6,75. Определите [H⁺] и [OH^-].

1173. Определите концентрацию ионов водорода и гидроксид-ионов в растворе, рН которого равен 3,7.

1174. Определить рН раствора, в 2000 мл которого содержится 0,02 моль H₂Те.

1175. Определить [H⁺] и [OH^-] в растворе, рН которого равен 13,3.

1176. Определите молярную и эквивалентную концентрации Вa(OH)₂ в растворе, если известно, что рН=9,9.

1177. Во сколько раз концентрация ионов водорода в крови (рН = 7,36) больше, чем в спинномозговой жидкости (рН = 7,53)?

1178. Определить рН раствора, в 800 мл которого содержится 3 г H₂Sе.

1179. Вычислите концентрацию ионов [H⁺] и рН в 0,004 М растворе НОBr.

1180. Определите рН раствора, в 5 л которого содержится 10 г гидроксида лития. Щелочь в растворе диссоциирует полностью.

1181. Определите значение рН природных вод, которые получаются из газовых выбросов химзавода, содержащих 15 кг диоксида азота. Объем воды, в которой будет растворена полученная азотная кислота, примите равным 25000 м³.

1182. Значение рН желудочного сока человека 0,9. Определите концентрацию соляной кислоты в желудке человека.

1183. Определите рН 0,025 М раствора синильной кислоты HCN.

1184. Определите рН 1,5 % раствора гидроксида кальция Са(ОН)₂, считая диссоциацию полной. Плотность раствора ρ=1,000 г/мл.

1185. Определите рН раствора, полученного растворением 0,44 г оксида углерода(IV) в 1000 мл воды, учитывая лишь первую стадию диссоциации угольной кислоты.

1186. Вычислите рН 0,015 М раствора кремниевой кислоты Н₂SiO₃.

1187. Значение рН крови человека 7,4. Определите [H⁺] и [OH^-].

1188. Вычислить рН 0,05% раствора RbOH. Плотность раствора считать равной 1г/мл.

1189. К 3 л воды прибавлено 3 мл 42 % (по массе) раствора плотностью 1,23 азотистой кислоты г/мл. Вычислите рН раствора.

1190. Вычислите рН 0,8 %-ного раствора HF плотностью 1,02 г/мл. Степень диссоциации кислоты 1.

1191. 4 мл 92 %-ной H₂SO₄ ( = 1,82 г/мл) разбавили водой до трех литров. Вычислите рН раствора при  = 1.

1192. Значение рН слюны человека 6,45. Определите [H⁺] и [OH^-].

1193. Вычислите рН 0,35 М раствора щавелевой кислоты H₂C₂O₄. Константа диссоциации первой ступени равна 5,6  10^-2.

1194. Вычислите рН полученного раствора, если 0,04 л 35 %-ного раствора КОН ( = 1,305 г/мл) разбавили водой до 0,75 л. степень диссоциации КOH равна 100 %.

1195. Значение рН апельсинового сока 4,4. Определите [H⁺] и [OH^-].

1196. Определите рН раствора, в 2,5 л которого содержится 8,5 г гидроксида цезия. Щелочь в растворе диссоциирует полностью.

1197. Определите молярную и эквивалентную концентрации Н₂ТеО₃ в растворе, если известно, что рН=5,5.

1198. Чистая вода (рН = 7), находясь на воздухе, растворяет присутствующий в атмосфере диоксид углерода, поэтому ее водородный показатель с течением времени становится равен 6,5-6,8. Определите молярную концентрацию катионов Н⁺ в воде, если рН=6,6.

1199. Вычислите рН раствора, полученного растворением 4,48 л аммиака в 2 л воды (н.у.).

1200. Определить рН раствора, в 4000 мл которого содержится 0,7 моль H₂СО₃.

1201. Кислотность почвы, так же как и кислотность водных растворов, оценивают водородным показателем рН, который измеряют, делая водную "вытяжку" (взбалтывают образец почвы массой 10 г с 10 мл воды и дают отстояться твердым частицам). При значении рН 4 обладает слабой кислотностью. Какова молярная концентрация Н⁺ в водной вытяжке такой почвы?

1202. Определите молярную и эквивалентную концентрации Н₃РО₄ в растворе, если известно, что рН=6,6.