Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Методичка. Конспект лекций по химии 3-2010 / Методичка. Конспект лекций по химии 3-2010.doc
Скачиваний:
330
Добавлен:
29.03.2015
Размер:
8.51 Mб
Скачать

5.5. Ионные реакции в растворах

При нейтрализации любой сильной кислоты любым сильным основанием на каждый моль образующейся воды выделяется около 57,6 кДж теплоты:

HCl + NaOH = NaCl + H2O + 57,53 кДж;

HNO3 + KOH = KNO3 + H2O + 57,61 кДж.

Это говорит о том, что подобные реакции сводятся к одному процессу. Уравнение этого процесса мы получим, если рассмотрим подробнее одну из приведенных реакций, например, первую. Перепишем ее уравнение, записывая сильные электролиты в ионной форме, поскольку они существуют в растворе в виде ионов, а слабые – в молекулярной, поскольку они находятся в растворе преимущественно в виде молекул:

H+ + Cl- + Na+ + OH- = Na+ + Cl- + H2O.

Рассматривая получившееся уравнение, видим, что в ходе реакции ионы Na+ и Cl- не претерпели изменений. Поэтому перепишем уравнение еще раз, исключив эти ионы из обеих частей уравнения:

H+ + OH- = H2O.

Таким образом, реакции нейтрализации любой сильной кислоты любым сильным основанием сводятся к образованию молекул воды из ионов водорода и гидроксид-ионов. Ясно, что тепловые эффекты этих реакций тоже должны быть одинаковы.

Строго говоря, реакция образования воды из ионов обратима, что можно выразить уравнением:

H+ + OH- ↔ H2O.

Протекание реакции между электролитами возможно в 3-х случаях:

1. Если ионы, соединяясь, образуют труднорастворимое соединение:

;

.

2. Если образуется летучее вещество:

;

.

3. Если образуется малодиссоциирующий электролит:

;

.

На основании ионного уравнения делают вывод о том, присутствие каких ионов необходимо для получения данного продукта реакции. Ионная форма уравнения реакции показывает и направление протекания этой реакции: реакция протекает в направлении связывания одного или более ионов в более прочное соединение, т. е. уменьшения концентрации его в растворе.

5.6. Ионное произведение воды. Водородный показатель рН

Молекулы воды частично распадаются на ионы, то есть Н2О является слабым электролитом.

или

Этот процесс называется самоионизацией. Константа диссоциации воды:

.

Опытом установлено, что в одном литре воды при комнатной температуре (С) диссоциации подвергается лишь 10-7 моль воды и при этом образуется 10-7 моль/л ионов Н+ и 10-7 моль/л ионов ОН-.

Произведение концентраций ионов водорода и гидроксид-ионов в воде называется ионным произведением воды (КВ). При определенной температуре КВ – величина постоянная, численно равная 10-14 (при С)

.

При расчетах, связанных с водными растворами электролитов, используют не концентрации, а активности ионов:

Активность Н+ и ОН- при связаны между собой, если известна активность одного из них, можно определить активность другого.

Ионы Н+ – носители кислотных свойств, а ионы ОН- – носители основных свойств.

Поэтому раствор будет нейтральным, если , кислым, если, щелочным при.

Для характеристики кислотности введен параметр – водородный показатель или рН.

Водородным показателем, или рН, называется взятый с обратным знаком десятичный логарифм активности ионов водорода в растворе:

Водородный показатель определяет характер реакции раствора.

Нейтральная среда при рН = 7 (моль/л)

Кислая среда при рН < 7 (моль/л)

Щелочная при рН > 7 (моль/л)

Значение рН = 7 соответствует нейтральному раствору только при 295 К (С).

По аналогии рН введен показатель рОН

и показатель рКВ, равный

рКВ = -lgКВ,

следовательно

рКВ = рН + рОН.

Таким образом, зная рОН, можно рассчитать рН, и наоборот, по известному значению рН легко определяется рОН.

Водородный показатель имеет важное значение для понимания большинства процессов, протекающих в жидкой фазе, так как ионы Н+ и ОН- непосредственно участвуют во многих из этих процессов. Величина рН может служить критерием силы кислоты или основания. В ряду кислот более сильной будет та, у которой при одинаковой молярной концентрации активность ионов Н+ выше (рН ниже). Для оснований подобная зависимость имеет обратный характер.

Водородный показатель играет важную роль в жизнедеятельности организма, так в норме рН сыворотки крови 7,4 ± 0,05, слез – 7,4 ± 0,1, слюны – 6,65 6,85, желудочного сока – 0,91,1… Отклонение рН от нормальных значений приводит к расстройству деятельности организма.

Расчет рН слабых и сильных кислот и оснований. При расчете рН слабых электролитов обычно принимают, что аН+ ≈ [Н+]. В этом случае

рН ≈ -lg[Н+].

Концентрации ионов водорода в растворе слабых кислот определяют по уравнению Оствальда:

аналогично для ионов ОН-

где Кg – константа диссоциации слабого электролита.