Задание 4. Электролитическая диссоциация pн-растворов
Электролитическая диссоциация – это распад вещества на ионы под действием полярных молекул растворителя.
По способности распадаться на ионы электролиты делятся на сильные – диссоциируют полностью и необратимо по всем ступеням:
H2SO4 → 2H+ + SO42-
и слабые – диссоциируют обратимо и ступенчато:
H
2SO3 H+
+
HSO3-
(I ступень),
H SO3- H+ + SO32- (II ступень).
Диссоциация слабых электролитов характеризуются степенью диссоциации () и константой диссоциации (Kд).
H
CN
H++CN-,
7,9*10-10
К сильным электролитам относятся:
1. Основания, образованные металлами главных подгрупп: I, II начиная с Ca(OH)2 и III только TeOH.
2. Кислоты – V группа – HNO3, VI группа – H2SO4, H2SeO4 и VII группа – HCl, HBr, HI, HClO4, HClO3 и соответствующие кислоты Br и I.
3. Соли – как правило, все хорошо растворимые.
Остальные электролиты, за немногим исключением, относятся к слабым.
Вода является слабым электролитом, для количественной характеристики которой применяется так называемое ионное произведение воды:
=
[H+][OH-]
= 10-14
(при 250С).
Из ионного произведения воды следует, что [H+] и [OH-] взаимосвязаны и поэтому характер среды можно определить по значению молярной концентрации H+. На практике для характеристики кислотности среды пользуются не молярной концентрацией ионов H+, а отрицательным значением её десятичного логарифма, который обозначают pH:
pH = -lg[H+].
Таким образом, pH – это отрицательный десятичный логарифм из молярной концентрации ионов водорода.
Молярную концентрацию ионов H+ определяют в случае сильного электролита по уравнению диссоциации, а для слабой кислоты (основания) можно пользоваться формулой
,
(при
условии, что
)
где K – константа диссоциации слабой кислоты (основания);
C – молярная концентрация соответствующей кислоты (основания).
Пример 1.
Определить pH 0,3 молярного раствора NH4OH.
Решение Запишем уравнение диссоциации NH4OH:
NH4OH NH4+ + OH-, Kд=1,8·10-5
Проверим условие .
,
т.е. расчет проводим по формуле
.
Так как pH + pOH = 14, находим вначале значение pOH.
pOH = -lg[OH-] = -lg 2,3×10-3 = -lg 2,3 – lg 10-3 = -0,36 + 3 = 2,64
pH = 14 – pOH = 14 – 2,64 = 11,36
Ответ pH = 11,36
Пример 2.
Смешали 150 мл 0,01 М Ca(OH)2 и 300 мл 0,02 М HCl. Определите pH после реакции нейтрализации.
Решение Напишем реакцию нейтрализации:
Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O.
Объем общего раствора составит 0,45 л. Реакцию среды будет определять избыток кислоты или основания, если данные вещества не взяты в эквимолярных соотношениях.
Количество молей Ca(OH)2 и HCl определяем по формуле:
n(Ca(OH)2) = C(Ca(OH)2) Vp-ра = 0,01 моль/л 0,15 л = 0,0015 моль,
n(HCl) = C(HCl) Vp-ра = 0,02 моль/л 0,3 л = 0,006 моль.
1 моль Ca(OH)2 реагирует с 2 моль HCl, следовательно, 0,0015 моль Ca(OH)2 прореагирует с 0,003 моль HCl. Таким образом, избыток количества молей HCl составляет:
n(HCl) = 0,006 моль – 0,003 моль = 0,003 моль
HCl сильная кислота и соответственно:
= 6,6
10-3
моль/л
pH = -lg[H+] = -lg 6,6 10-3 = 2,18.
Ответ pH = 2,18.
Таблица 3 – Константы диссоциации слабых электролитов в водных растворах при 250С.
Формула |
Кд (Iст) |
Формула |
Кд (Iст) |
HF |
6,61 10-4 |
HNO2 |
4,0 10-4 |
H2S |
9,0 10-8 |
H2CO3 |
4,45 10-7 |
H2Se |
1,9 10-4 |
HCN |
7,9 10-10 |
HIO |
2,0 10-11 |
NH4OH |
1,8 10-5 |
HCIO |
1,0 10-7 |
H2SO3 |
1,6 10-2 |