Методы определения рН растворов

Теоретические сведения

В любом водном растворе при 22 ⁰С произведение концентраций ионов воды (ионное произведение воды – К_W) является величиной постоянной:

К_W = [Н⁺] ∙ [OH^─] = 10^–14, (4.8)

где [Н⁺] ─ равновесная концентрация ионов Н⁺;

[OH^─] ─ равновесная концентрация ионов ОН^─.

В нейтральной среде [Н⁺] = [OH‾] = 10^–7 моль/л;

в кислой среде [Н⁺] > [OH^─] , т.е. [Н⁺] >10^–7 моль/л, например [Н⁺] = 10^–6 моль/л;

в щелочной среде [Н⁺] < [OH^─], т.е. [Н⁺] < 10^–7 моль/л, например [Н⁺] = 10^–8 моль/л.

Реакция среды характеризуется через водородный показатель pH = ─ lg [Н⁺]. (4.9)

При решении задач будем пользоваться формулой pН = – lg с_H+ . В более точных расчётах следует пользоваться активностью ─ pН = – lg а_H+ , где а_H+ − активность ионов водорода.

Если подставить значения концентраций ионов водорода с_H+, полученные в вышеприведённом примере, в формулу для вычисления рН, то получим:

в нейтральной среде: рН = ─ lg 10^–7 = 7;

в кислой среде: рН = ─ lg 10^–6 = 6, (рН < 7);

в щелочной среде: рН = ─ lg 10^–8 = 8, (рН > 7).

ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАДАНИЯ

Колориметрический метод определения рН

В пробирки с водой (нейтральная среда) добавляются растворы индикаторов и наблюдается соответствующая окраска растворов. Затем содержимое пробирок делится на две части и в одних пробирках среду делают кислой, добавляя кислоту, а в других − щелочной. Наблюдаемое изменение цвета (лат. color цвет) растворов показано на рис. 4.4.

Более точные результаты определения рН среды даёт универсальная индикаторная бумага, где точность определения составляет ± единица рН. Современные приборы: иономеры и рН-метры имеют погрешность измерения ± 0,05 рН и меньше.

Рис. 4.4. Окраска некоторых индикаторов в нейтральной, кислой и щелочной среде

Пример 4.11. При разбавлении 0,5 М раствора соляной кислоты в пять раз, рН будет иметь значение, равное ... 1) 1 2) 10 3) 12 4) 5

Решение. После разбавления раствора соляной кислоты, имеющей концентрацию 0,5 моль/л в пять раз, концентрация раствора будет 0,1 моль/л. Соляная кислота является кислотой сильной, для неё степень диссоциации α = 1, поэтому концентрация ионов водорода с_H+ = 0,1 моль/л = 10 ‾¹ моль/л. Тогда в соответствии с формулой 4.9:

pН = – lg с_H⁺ = – lg 10 ‾¹ = 1.

Правильный ответ: 1.

Упражнение 4.8. При разбавлении 0,2 М раствора соляной кислоты в два раза, рН будет иметь значение, равное ... 1) 1 2) 13 3) 14 4) 4

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Пример 4.12. В 0,1 М растворе гидроксида калия рН будет иметь значение, равное ...

1) 1 2) 14 3) 13 4) 0,1

Решение. В соответствии со схемой диссоциации сильного основания

КОН → К⁺ + ОН‾

с _ОН‾ = 0,1 моль/л. По формуле 4.8 находим концентрацию ионов водорода:

с_H⁺ = (10 ‾¹⁴) : с _ОН‾ = (10 ‾¹⁴) : 10 ‾¹ = 10 ‾¹³.

Значение рН вычисляем по формуле 4.9: pН = – lg с_H⁺ = – lg 10 ‾¹³ = 13.

Правильный ответ: 3.

Упражнение 4.9. При разбавлении 0,03 М раствора гидроксида натрия в три раза, рН будет иметь значение, равное ... 1) 3 2) 12 3) 13 4) 14

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________