Водородный показатель. Ионное произведение воды

Водородный показатель

Методические указания к лабораторной работе

Великий Новгород 2006

Водородный показатель: Метод указ. / Сост. Е.Н.Бойко; Г.Н.Олисова; Н.И.Ульянова/

НовГУ им. Ярослава Мудрого, - Великий Новгород, 2006

Рассмотрены теоретические методы расчета и эксперименталь­ные способы определения концентрации водородных ионов в растворах электролитов (рН растворов).

Методические указания предназначены для студентов всех специальностей, изучающих курс химии.

Утверждено на заседании кафедры химии и экологии НовГУ им. Ярослава Мудрого ……………….

Зав. кафедрой ХиЭ В.Ф. Литвинов

ВВЕДЕНИЕ

Протекание различных химических процессов сильно зависит от реакции среды в растворе. Поэтому величина рН раствора является важнейшим показателем, который необходимо контролировать как при проведении реакций в научно-исследовательских лабораториях, так и в ходе разнообразных технологических процессов.

Настоящая лабораторная работа даёт возможность освоить спо­собы измерения и методы расчёта рН в водных растворах электроли­тов. Перед её выполнением необходимо усвоить понятия: ионное про­изведение воды, характер среды, индикатор, гидролиз солей, водо­родный показатель.

I. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить методы расчета рН растворов электролитов.

Освоить методы определения рН растворов.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Водородный показатель. Ионное произведение воды

Водородный показатель (рН) величина, характеризующая актив­ность или концентрацию ионов водорода в растворах. Водородный показатель обозначается рН.

Водородный показатель численно равен отрицательному десятичному логарифму активности или концентрации ионов водорода, выраженной в молях на литр:

В воде концентрация ионов водорода определяется электролитической диссоциацией воды по уравнению

Константа диссоциации при 22° С составляет

Пренебрегая незначительной долей распавшихся молекул, можно концентрацию недиссоциированной части воды принять равной обшей концентрации воды, которая составляет: С_H2O =1000/18=55,55моль/л.

Тогда:

Для воды и ее растворов произведение концентраций ионов Н⁺ и ОН^- величина постоянная при данной температуре. Она называется ионным произведением воды и при 25° С составляет .

Постоянство ионного произведения воды дает возможность вычис­лить концентрацию ионов если известна концентрация ионов ОН
и наоборот: .

Понятия кислая, нейтральная и щелочная среда приобретают количественный смысл.

В случае, если ,эти концентрации (каждая из них) равны моль/л, т.е моль/л и среда нейтральная, в этих растворах и

рОН=-lg[ OH^-]

Если >10 моль/л, [ OH^-]<10 моль/л -среда кислая; рН<7.

Если <10 моль/л, [ OH^-]>10 моль/л -среда щелочная; рН>7.

В любом водном растворе рН + рОН =14, где

Величина рН имеет большое значение для биохимических процес­сов, для различных производственных процессов, при изучении свойств природных вод и возможности их применения и т.д.

2.2 Вычисление рН растворов кислот и оснований.

Пример 1. Вычислить рН 0,001H раствора гидроксида натрия.

Решение: гидроксид натрия является сильным электролитом, дис­социация в водном растворе происходит по схеме:

Степень диссоциации в разбавленном растворе можно принять равной 1. Концентрация ионов ОН (моль/л) в растворе равна:

Пример 2. Вычислить рН 1%-ного раствора муравьиной кислоты, считая, что плотность раствора равна 1г/мл; Кдисс =

Решение: 1л раствора содержит 10г НСООН, что составляет 10/46= =0,22моль, где 4б г/моль - молярная масса муравьиной кис­лоты. Следовательно, молярная концентрация раствора равна 0,22моль/л. Муравьиная кислота – слабый электролит, поэтому

, так как

,

Пример 3. рН раствора составляет 4,3. Вычислить и

Решение:

[Н⁺] = 10^-рН =10^-4,3 = 5∙10^-5моль/л

моль/л.