les16 (Лекции по Химии 1 курс 1 семестр Ланская И.И. (2017))

Лекция 16Водородный показатель среды рНПлан лекции1. Ионное произведение воды.2. Водородный показатель рН.3. Расчет рН растворов сильных и слабых электролитов.Ионное произведение воды.Вода - очень слабый электролит. Диссоциирует в малой степени:Н2О + Н2О  Н3О+ + ОН - самоионизация или автопротолиз.H0 298дисс = -55,9 кДж; S0298 дисс = -80,48 Дж/КKД a H   aOH a H 2O=1,810-16при 25оСаН2О = const KW  a H   aOH  - ионное произведение водыG0дисс=Н0дисс - ТS0дисс =-RTlgKWlgKW =-55900/8,31298 - 80,48/8,31298KW = 10-14 при 298K KW = 7410-14 при 398KKW  aH   aOH   1014  aH   aOH   KW  107 моль/лИоны Н+ - носители кислотных свойств,ионы ОН - носители основных свойств.Раствор - нейтральный, если аН+ = аОН = 10-7;- кислый, если аН+ > аОН, аН+  10-7- щелочной, если аН+ < аОН , аОН-  10-7.Водородный показатель среды рНПрологарифмируем ионное произведение:lgKW = lgaH+ + lgaOH- = -14По определению: -lgaH+ = рН – водородный показатель;-lgaOH- = рОН- показатель ионов ОН-.рН + рОН = 14 – логарифмическая форма ионного произведенияводыВодородный показатель определяет характер реакции раствора.При 295 К:среда нейтральная, если рН = 7 (аН+ = 107 моль/л);среда кислая, еслирН < 7 (аН+ > 107 моль/л);среда щелочная , если рН > 7 (аН+ < 107 моль/л).Расчет рН слабых и сильных кислот и оснований1.

Для слабых электролитова) для кислот: допускаем аН+  [H+] .[H+]    c  K Д  с и рН  - lg [H+] .в) для оснований: [OH-]    c K Д  с и рН = 14 – lg[OH-].Пример.Рассчитать рН 0,05 М раствора НСN.НСN - слабая кислота: НСN  Н+ + СN.КД = 7,91010 ;  = K Д / c =7.9  10 10 / 0.05 = 1,26104.[H+] = с = 1,261040,05 = 6,3106.рН = -lg [H+] = - lg 6,3106 = 5,18.2. Для сильных электролитовОпределяют:а)ионную силу раствора I = 0,5 (сi z2i );б) коэффициенты активности Н+ или ОН по таблице или по формулам;в) активность аН+ = Н+ сН+ или аОН = ОНсОН-;г) рН = -lg аН+ или рН = 14 - lg аОН-.Пример.Рассчитать рН 0,05 М раствора NаОН.Сильный электролит: NаОН  Nа+ + ОНСNa+ = СOH- = 0,05 моль/лI = 1/2(0,0512 + 0,0512) = 0,05.По таблице для однозарядных ионов: Nа+ = ОН = 0,85.аОН = ОНСOH- = 0,850,05 = 0,043рОН = - lg аОН = 1,37.рН = рКW - рОН = 14 - 1,37 = 12,63.Задача.Оцените степень диссоциации  по 1-й ступени в 0,005 М и 0,05 М растворахсернистой кислоты Н2SО3.Решение.Сернистая кислота - слабый электролит, диссоциирует ступенчато:Н2SО3  Н+ + НSО3, КД1 = 1,7102 (1-я ступень),НSО3  Н+ + SО32, КД2 = 6,3108 (2-я ступень).Значение КД1 относительно велико (> 104), поэтому расчет  следуетпроводить по строгой формуле Оствальда: КД = 2с0/(1 - ).Для 0,005 М раствора:α1  K Д  К Д2  4с1  К Д2с1 1,7 10 2 1,7 10 2 2 4  5  10 3  1,7 10 2 0,812  5 10 3Расчет по приближенной формуле (КД  2с0) приводит к величине  > 1 чтоне имеет смысла.Для 0,05 М раствора:α2  К Д  К Д2  4с2  К Д2с2 0,44Расчет по приближенной формуле дает   0,58, что существенно отличаетсяот рассчитанного выше.ЗадачаРассчитать рН 0,05 М раствора Bа(ОН)2.РешениеBа(ОН)2  Bа2+ + 2ОН - сильное основание0,05 → 0,05 2.0,05 моль/лI = 1/2(0,0522 + 0,112) = 0,15;ОН ≈ 0,8 (по таблице для I=0,1);аОН = ОНсOH- = 0,80,1 = 0,08;рН = 14 + lg аОН = 14 - 1,1 = 12,9.Задача (обратная).Рассчитать концентрацию основания Ва(ОН)2 в растворе с рН = 11,3(принимая коэффициент активности ОН- = 0,965).Решение.Уравнение диссоциации: Ва(ОН)2  Ва2+ + 2ОН.Определим сначала рОН раствора и активность ионов ОН:рОН = 14 - 11,3 = 2,7,откуда аОН- = 102,7 моль/л.По определению аОН- = ОН-[OH–] концентрация ОН-ионов: [OH–]=102,7/0,965=0,002 моль/л.Одна молекула Ва(ОН)2 при диссоциации дает два ОН,следовательно, с(Ba(OH)2)= [OH–] /2 = 0,002/2 = 0,001 моль/л..