IV.Водородный и гидроксильный показатели растворов

Расчет pH и pOH растворов сильных кислот.

Вода является слабым амфотерным электролитом. В чистой воде содержатся молекулы Н₂О, а также ионы Н⁺ и ОН^-, образующиеся при диссоциации воды:

Н₂О↔Н⁺ + ОН^-

Произведение концентраций ионов Н⁺ и ОН^- называется ионным произведением воды К_в. Для воды и разбавленных растворов электролитов К_в=cont и при 298 К равно 10^-14:

К_в= [H⁺]∙[OH^-]= 10^-14 (17)

Cильные кислоты в растворе диссоциируют полностью:

HCl→ H⁺ + Cl^-, N_H⁺=1

Согласно теории электролитической диссоциации ионы Н⁺являются носителями кислотных свойств раствора. Концентрацию Н⁺-ионов можно вычислить:

[H⁺]= c(B)∙α∙N_H⁺ (18)

c(B) – молярная концентрация кислоты, моль/л;

α – степень диссоциации;

N_H⁺- число Н⁺-ионов, образующихся при диссоциации 1 молекулы кислоты.

Кислотность среды водного раствора сильной кислоты характеризуют водородным показателем рН:

pH= -lg[H⁺] (19)

Водородный и гидроксильный показатели взаимосвязаны:

рН + рОН =14 (20)

Пример 11. ОпределитеpOH 0,1н раствора Н₂SO₄, степень электролитической диссоциации которой равна 90%.

Решение. Н₂SO₄ – сильный электролит, процесс диссоциации описывается уравнением: H₂SO₄ = 2H⁺ + SO₄^2-; N_H⁺ = 2;

1. Определим молярную концентрацию кислоты:

моль/л;

2. Определим концентрацию Н⁺ - ионов по формуле (18): моль/л;

3.Определим рН раствора кислоты:

рН = -lg 0,09 = 1,05;

4. pOH = 14 – pH = 14 – 1,05= 12,95

Пример 12. Определите концентрацию гидроксид-ионов 5%-ного раствора HCl, степень электролитической диссоциации HCl равна 80%, плотность раствора 1,03 г/мл.

Решение. HCl – сильный электролит, уравнение диссоциации: HCl =H⁺ + Cl^-; N_H⁺ = 1.

1. Определим молярную концентрацию HCl:

Примем m(р-ра)=100г, тогда m(HCl)= 5г,

V_р-ра= m(р-ра)/ρ(р-ра)= 100/1,03=97,08 мл;

моль/л

2. Определим концентрацию Н⁺ - ионов в растворе по формуле (18):

моль/л;

3. Определим концентрацию ОН^– - ионов по ионному произведению воды по формуле (17):

моль/л

Пример 13. В 3л раствора содержится 0,015 моль HCl и 0,075 моль H₂SO₄, a(HCl)=1, a(H₂SO₄)=1. Определите pOH раствора.

Решение. Раствор содержит две сильные кислоты, уравнения их диссоциации:

HCl = H⁺ + Cl^-; N_H⁺= 1; H₂SO₄ = 2H⁺ + SO₄^2-; N_H⁺ = 2;

1. Определим концентрацию H⁺ - ионов, обусловленных содержанием HCl:

моль/л;

Определим концентрацию H⁺ -ионов, обусловленных

содержанием H₂SO₄:

моль/л;

Общая концентрация H⁺ - ионов равна:

[H⁺] = [H⁺]₁ + [H⁺]₂= 0,005 + 0,05 = 0,055 моль/л;

Определим концентрацию ОH^– - ионов по формуле (17):

моль/л;

Определим рОН раствора:

pOH = -lg[OH^-] =

Пример 14. Рассчитайте pH раствора, полученного при смешивании 50 мл 0,1М HCl, 15мл 0,1M NaOH и 935мл H₂O.

Решение. При смешивании щелочи и кислоты в растворе происходит реакция нейтрализации:

NaOH + HCl = NaCl + H₂O

Реакция среды раствора будет определяться избытком

кислоты или щелочи, оставшейся после реакции.

1. Определим n_эк(HCl):

моль-эк;

2. Определим n_эк(NaOH):

z(NaOH) = 1

моль-эк;

3. Взаимодействующие в ходе реакции вещества подчиняются закону эквивалентов: n_эк(HCl) = n_эк(NaOH). Следовательно, после реакции в растворе останется избыток HCl в количестве:

моль-эк;