- •1. Теория электролитической диссоциации
- •1.1. Примеры решения задач
- •2. Растворы сильных электролитов. Активность электролитов
- •2.1. Примеры решения задач
- •2.2. Задачи для самостоятельного решения
- •3. Ионное произведение воды. Водородный показатель
- •3.1. Примеры решения задач
- •3.2. Задачи для самостоятельного решения
- •4. Растворы солей в воде и их гидролиз
- •4.1. Примеры решения типовых задач
- •4.2. Задачи для самостоятельного решения
- •5. Труднорастворимые соли. Произведение растворимости
- •5.1. Примеры решения типовых задач
- •5.2. Задачи для самостоятельного решения
- •6. Окислительно-восстановительные реакции
- •6.1. Определение коэффициентов уравнений окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса
- •6.2. Определение коэффициентов уравнений окислительно-восстановительных реакций методом ионно-электронного баланса
- •6.3. Задачи для самостоятельного решения
- •7. Электропроводность растворов электролитов. Числа переноса
- •7.1. Примеры решения задач
- •7.2. Задачи для самостоятельного решения
- •8. Электрохимические процессы на электродах. Типы электродов. Электродный потенциал
- •8.1.Примеры решения задач
- •8.2. Задачи для самостоятельного решения
- •9. Электролиз. Законы Фарадея
- •9.1. Примеры решения задач
- •9.2. Задачи для самостоятельного решения
- •10. Химические источники тока
- •10.1. Примеры решения задач
- •10.2. Задачи для самостоятельного решения
- •Библиографический Список
- •Приложения
- •Оглавление
3. Ионное произведение воды. Водородный показатель
Вода является слабым электролитом и диссоциирует по уравнению
(3.1)
Константа диссоциации воды очень мала, при 25 С
(3.2)
Из-за незначительной степени диссоциации можно концентрацию воды [H2O] принять неизменной и равной 1000/18=55,56 моль/л. Тогда при стандартной температуре
(3.3)
Для воды и всех водных растворов произведение концентрации ионов водорода и ионов гидроксида называется ионным произведением воды КВ. Ионное произведение воды – величина постоянная при неизменной температуре. Постоянство ионного произведения воды дает возможность в любых растворах вычислить концентрацию ионов [H+], если известна концентрация ионов [ОH–], и наоборот:
(3.4)
При стандартной температуре 298 К в чистой воде и нейтральных растворах [H+]=[ОH–]=10–7моль/л. В кислых растворах [H+]>10–7моль/л, а в щелочных [H+]<10–7моль/л. Удобной характеристикой среды являетсяводородный показатель pH, который равен десятичному логарифму концентрации водородных ионов, взятому со знаком минус,
. (3.5)
Для нейтральной среды pH=7, для кислойpH<7 и для щелочнойpH>7. Если выражение для ионного произведения поды прологарифмировать и поменять знаки на обратные, то получим для 25С
(3.6)
то есть сумма водородного и гидроксидного показателей равна 14.
Замечание. Константа диссоциации воды, а значит ионное произведение иpH,зависят от температуры. Например, для ледяной воды (~0 С) КВ=0,11410–14,pH=7,472; для предельно горячей воды (~100С)КВ=59,010–14,pH=6,115.
Для растворов кислот pHможет быть вычислен, если известна константа диссоциации кислоты. Для любой кислотыHкАа
выражение константы диссоциации
(3.7)
позволяет вычислить степень диссоциации , концентрацию ионов водорода и водородный показатель
(3.8)
Для слабой одно-однозарядной (к=1,а=1) кислоты, например уксуснойCH3COOH, эти формулы существенно упрощаются (<<1)
(3.9)
Для растворов щелочи
получим после аналогичных рассуждений
(3.10)
а для слабого одно-однозарядного основания, например NH4OH,Kд<<1,к=a=1,<<1, получим
(3.11)
3.1. Примеры решения задач
Пример 13. Вычислить концентрацию ионовOH–иpHраствора, если концентрация ионовH+равна: а) 210–4; б) 410–12моль/л.
Решение
Используя уравнение (3.4), получим:
а)
б)
Пример 14. Вычислить концентрацию ионовH+иpHраствора, если концентрация ионовOH–равна: а) 410–10; б) 510–6моль/л.
Решение
Используя уравнение (3.4), получим:
а)
среда кислая.
б) среда щелочная.
Пример 15. Для раствораpHсоставляет 6,3. Вычислить концентрации [H+] и [OH–].
Решение
По определению
Пример 16. ВычислитьpH1%-ного (мас.) раствора муравьиной кислоты (HCOOH), считая плотность раствора равной 1 г/см3; константа диссоциации кислотыKд=2,110–4моль/л.
Решение
В 1 л раствора содержится 10 г муравьиной кислоты, то есть концентрация моль/л. Получим для концентрации ионов водорода из формулы (3.7).
Среда кислая.
Пример 17. Вычислить степень диссоциации иpH0,1 М раствора синильной кислоты. Константа диссоциацииHCNравна 6,210–10моль/л. Как изменитсяpHсреды, если к 1 л 0,1 М раствораHCNдобавить 0,2 моляNaCN? Соль считать полностью диссоциированной.
Решение
Определим концентрацию ионов [H+] в исходном растворе:
Учитывая, что , получим
Среда кислая.
Добавление 0,2 моля NaCNк 1 л 0,1 М раствораHCNприведет к уменьшению концентрации ионовH+из-за увеличения концентрации ионовCN–. Обозначим концентрацию ионовH+черезх, концентрация ионовCN–будет тогда (х+0,2). Подставим это в выражение для константы диссоциации
так как хочень малая величина. Тогда 0,2х=6,210–11,х=[H+]=3,110–10моль/л. ОпределимpHтройного раствора
Среда стала щелочной.