5.3.3 Ионное произведение воды. Водородный показатель

Молекулы воды полярные и при их электростатическом взаимодействии в чистой воде происходит диссоциация, которую можно представить уравнениями:

2H₂O  H₃O⁺ + OH⁻

или в упрощенном виде:

Н₂О  Н⁺ + ОН⁻

Как показывает величина константы диссоциации, вода является слабым электролитом, для нее можно считать концентрацию недисоциированных молекул равной общей концентрации воды. Для воды объемом 1л концентрация будет равна 1000 г /18 г/моль = 55,6 моль/л. Тогда К_д =Н₂О=Н⁺ОН^-,Н⁺ОН^-= 55,61,810^-16 = 10^-14.

Величина Н⁺О^ = 10^14 = К_в называется ионным произведением воды. Так как в воде концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов равны, то

Концентрация ионов водорода в растворе может служить мерой кислотности или щелочности среды. Если Н⁺> 10^7моль/л – среда кислая, в щелочных растворах [Н⁺] < 10^-7моль/л.

Для определения характера среды более удобной величиной является водородный показатель рН, который представляет отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода:

рН = lg[H⁺].

Для нейтральных растворов рН=7, для кислых – меньше 7, щелочных– больше 7.

Если выражение Н⁺ОН^= 10^14прологарифмировать и поменять знаки на обратные, то получим рН + рОН = 14, где рОНгидроксидный показатель.

Пример 2. Определите рН раствора хлороводородной кислоты, молярная концентрация которого равна 0,01 моль/л.

Решение.Сильные кислоты в водных растворах диссоциируют полностью:

HCl=H⁺+Cl^,

поэтому Н⁺= С(НСl) = 0,01 моль/л.

рН = lgН⁺=lg·10^2; рН = 2.

Пример 3. Вычислите рН раствора, массовая доля муравьиной кислоты в котором равна 2 %, а плотность раствора принять равной единице. К_д(НСООН) = 1,8·10^-4.

Решение.Муравьиная кислотаслабый электролит.

НСООН ↔ Н⁺+ НСОО^-

.

Рассчитываем молярную концентрацию раствора кислоты:

С(В) =

где М(НСООН) = 46 г/моль.

Используя выражение константы диссоциации, находим концентрацию ионов водорода:

Определяем водородный показатель:

рН = lgН⁺=lg8,810^3 = 2,06.

Пример 4. Вычислите концентрацию ионов водорода и гидроксид-ионов в растворе, рН которого равен 5.

Решение.рН = −lgН⁺= 5. КонцетрацияН⁺= 10^-5моль/л.

Исходя из ионного произведения воды Н⁺ОН^-=10^-14, находим концентрацию гидроксид-ионов:

Задачи к разделу 5.3:

«Свойства растворов электролитов»

141 Вычислите рН раствора, молярная концентрация NH₄OHв котором равна 0,02 моль/л. К_д(NH₄OH)=1.810^-5.

142 Рассчитайте рН раствора, массовая доля уксусной кислоты СН₃СООН в котором равна 5 %. Плотность раствора примите равной 1г/мл, К_д(СН₃СООН)=1,810^-5.

143 Определите рН раствора муравьиной кислоты, массовая доля НСООН в котором равна 6 %. Плотность раствора примите равной 1 г/мл, К_д(НСООН)=1,810^-4.

144 Рассчитайте концентрацию хлорноватистой кислоты, если рН раствора равен 2. К_д(НСlO)=510^-8.

145 Вычислите молярную концентрацию циановодородной кислоты HCN, если рН раствора равен 3. К_д(HCN)=7,210^-10.

146 Определите концентрацию гидроксида калия в растворе, рН которого равен 9. Степень диссоциации гидроксида калия примите равной единице.

147 Определите молярную концентрацию азотистой кислоты HNO₂в растворе, рН которого равен 2. К_д(HNO₂)=5,110^-4.

148 Вычислите рН раствора с массовой долей гидроксида аммония NH₄OH8%. Плотность раствора примите равной единице. К_д(NH₄OH)=1,810^-5.

149 Определите молярную концентрацию уксусной кислоты СН₃СООН в растворе, рН которого равен 3. К_д(СН₃СООН)=1,810^-5.

150 Раствор объемом 1,0 л содержит гидроксид натрия массой 0,6 г. Определите рН этого раствора. Степень диссоциации гидроксида натрия примите равной единице.

151 Найдите концентрацию ионов водорода и рН раствора, в котором массовая доля хлороводородной кислоты составляет 0,005 %. Степень диссоциации кислоты и плотность раствора принять равными единице.

152 Вычислите водородный показатель рН раствора, в котором концентрация гидроксида калия КОН 0,006 моль/л. Степень диссоциации гидроксида и плотность раствора примите равной единице.

153 Вычислите рН раствора с концентрацией уксусной кислоты СН₃СООН 0,01М, в котором степень диссоциации кислоты равна 0,04.

154 Степень диссоциации слабой одноосновной кислоты в растворе с концентрацией 0,20 М равна 0,05. Вычислите концентрацию ионов водорода, гидроксид-ионов и рН этого раствора.

155 Вычислите рН раствора, концентрация гидроксида аммония NH₄OHв котором равна 0,04 моль/л. К_д(NH₄OH)=1,810^-5.

156 Определите рН раствора с массовой долей азотной кислоты HNO₃5%. Степень диссоциации и плотность раствора принять равными единице.

157 Вычислите рН раствора гидроксида натрия, массовая доля NaOHв котором равна 1%. Степень диссоциацииNaOHи плотность раствора примите равными единице.

158 Вычислите рН раствора, массовая доля хлороводородной кислоты HClв котором равна 0,05 %. Степень диссоциации и плотность раствора принять равными единице.

159 Определите концентрацию ионов водорода и рН раствора циановодородной кислоты HCN, молярная концентрация которой равна 0,2 моль/л. К_д(HCN)=7,210^-10.

160 Вычислите концентрацию ионов водорода и рН раствора, если концентрация гидроксид-ионов ОН^в растворе равна 0,03 моль/л.