Водородный показатель рН
Лекция по теме: «Диссоциация кислот, оснований, солей. Слабые и сильные электролиты. Константа диссоциации. Диссоциация воды. Водородный показатель рН.» План лекции: 1. Диссоциация кислот, оснований и солей в водных растворах. 2. Слабые и сильные электролиты. Константа диссоциации. 3. Диссоциация воды. 4. Водородный показатель рН и кислотно-основные индикаторы. Диссоциация кислот, оснований и солей в водных растворах. 1. Кислоты– это электролиты, при диссоциации которых в водных растворах всегда образуются катионы Н+. HNO3 ↔ Н+ + NO3- Основность кислоты – это число ионов Н+, которое может образоваться при полной диссоциации одной молекулы кислоты. Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато: I ступень: H2CO3 ↔ Н+ + HCO3-, II ступень: HCO3- ↔ Н+ + CO32-. Сумма: H2CO3 ↔ 2Н+ + CO32- Количество ступеней диссоциации кислоты равно ее основности. 2. Основания – это электролиты, при диссоциации которых в водных растворах всегда образуются анионы ОН-. NaОН ↔ Na+ + ОН-. Кислотность основания - это число ионов ОН-, которое может образоваться при полной диссоциации одной молекулы основания. Многокислотные основания диссоциируют ступенчато: I ступень: Bi(OH)3 ↔ Bi(OH)2+ + ОН-, II ступень: Bi(OH)2- ↔ Bi(OH)2++ ОН-, III ступень: Bi(OH)2 ↔ Bi3+ + ОН-. Сумма: Bi(OH)3 ↔ Bi3+ + 3ОН-. Количество ступеней диссоциации основания равно его кислотности. 3. Соли – это электролиты, при диссоциации которых образуются катионы металлов (или катион аммония NH4) и анионы кислотных остатков. KNO3 ↔ K+ + NO3- а) средние соли – такие соли, у которых все ионы Н+ в кислоте замещены на катионы металлов. Средние соли диссоциируют сразу и полностью. CaCl2 ↔ Ca2+ + 2Cl-. б) кислые соли – такие соли, у которых не все ионы Н+ в кислоте замещены на катионы металла. Кислые соли диссоциируют ступенчато: I ступень: КН2РО4 ↔ К+ + Н2РО4-, II ступень: Н2РО4- ↔ Н++ НРО42-, III ступень: НРО42- ↔ Н+ + РО43- . Сумма: КН2РО4 ↔ К+ + 2Н+ + РО43-. в) основные соли – такие соли, у которых часть кислотных остатков в соли замещена на ионы ОН-. Основные соли диссоциируют ступенчато. I ступень: Са(ОН)Cl ↔ Са(ОН)+ + Cl-, II ступень: Са(ОН)+ ↔ Са2+ + ОН-. Сумма: Са(ОН)Cl ↔ Са2+ + Cl- + ОН-. Слабые и сильные электролиты. Константа диссоциации. Электролиты подразделяют на слабые и сильные в зависимости от степени диссоциации. Сильные электролиты диссоциируют полностью (α=0,5 - 1), слабые – частично (α= 0,001-0,5). Сильные электролиты: некоторые кислоты (сильные кислоты): HNO3, HCl, H2SO4; щелочи (сильные основания) NaOH, KOH, LiOH и др.; все соли. Слабые электролиты:некоторые кислоты (слабые кислоты) H2CO3, H2S, H2SiO3, H2SO3, HClO; нерастворимые основания (слабые основания): Сu(OH)2, Fe(OH)3 и др. Но степень диссоциации электролита сильно зависит от его концентрации. Более удобной характеристикой силы электролита является константа диссоциации Кд , которая не зависит от концентрации электролита. Для равновесия: АВ ↔ А+ + В- константа диссоциации выглядит: Кд = с(А+)*с(В-)/с(АВ). Чем меньше Кд, тем меньше концентрация ионов в растворе и больше концентрация нераспавшихся молекул, тем слабее электролит. Константа диссоциации имеет смысл только для слабых электролитов, т.к. для сильных электролитов величина в знаменателе стремится к 0. Если электролит диссоциирует ступенчато, то существует Кд для каждой ступени. I ступень Н3РО4 ↔ Н+ + Н2РО4- Кд = с(Н+)*с(Н2РО4-)/с(Н3РО4)=7,52*10-3, II ступень: Н2РО4- ↔ Н++ НРО42- Кд = с(Н+)*с(НРО42-)/с(Н2РО4-)=6,31*10-8, III ступень: НРО42- ↔ Н+ + РО43- Кд = с(Н+)*с(РО43-)/с(НРО42-)=1,26*10-12. Фосфорная кислота разлагается по второй и третьей ступеням гораздо меньше, чем по первой. Т.е в растворе можно найти все частицы: Н+, Н3РО4, Н2РО4-, РО43-. Диссоциация воды. Вода – очень слабый электролит: Н2О ↔ Н+ + ОН- Кд (Н2О) = с(Н+)*с(ОН-)/с(Н2О) При t=22°C в чистой воде с(Н+)=с(ОН-)=10-7моль/л, при этом с(Н2О)=55,56моль/л Кд (Н2О) = 10-7*10-7/55,56=1,8*10-16. Т.к концентрация целых молекул Н2О будет постоянной по сравнению со значением в числителе, из выражения для Кд(Н2О) выделяют выражение для ионного произведения воды: Кв= с(Н+)*с(ОН-)=10-14, Ионное произведение воды Кв при данной температуре – постоянная величина не только для воды, но и для водных растворов электролитов. При t=22°C Кв = 10-14 Как бы ни менялись в водных растворах концентрации ионов Н+ и ОН- , произведение этих концентраций Кв всегда останется постоянным при данной температуре. Водородный показатель рН Если в водном растворе с(ОН-)>>с(Н+), то среда щелочная. Если с(ОН-)<<с(Н+), то среда кислая. Если с(ОН-)=с(Н+) = 10-7 моль/л, то среда нейтральная. рН – количественная характеристика кислотности (основности) среды раствора. Она равна отрицательному десятичному логарифму от концентрации ионов Н+. рН= - lg c(Н+). Если среда нейтральная, то с(Н+) = 10-7 моль/л, тогда lg c(Н+)=-7, а рН=7. Если среда щелочная, то концентрация ионов ОН- увеличивается, а концентрация ионов Н+ уменьшается. Например, с(Н+) = 10-12 моль/л, тогда lg c(Н+)=-12, а рН=12. Если среда кислая, то концентрация ионов Н+ увеличивается. Например, с(Н+) = 10-3 моль/л, тогда lg c(Н+)=-3, а рН=3. Шкала рН 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 кислая среда щелочная среда
Реже используется гидроксильный показатель рОН, который равен: рОН=- lg c(ОН-). Показатели рН и рОН связаны следующим образом: рН+ рОН=14 Задача: концентрация НBr в воде равна 0,01моль/л (α=1). Какова концентрация ионов ОН- в этом растворе? Каков рН раствора? Решение: НBr ↔ Н++ Br-. Если концентрация НBr была 0,01моль/л, а α=1 (т.е. продиссоциировали все молекулы), то и с(Н+)=0,01моль/л=10-2 моль/л. Если Кв= с(Н+)*с(ОН-)=10-14, то с(ОН-)= Кв/с(Н+)= 10-14/10-2=10-12 моль/л. рОН=- lg c(ОН-)=- lg c(10-12)=12, если рН+ рОН=14, то рН=14-12=2 Ответ: концентрация ионов ОН- в данном растворе составит 10-12 моль/л, рН=2 Для измерения рН существуют различные методы. Приближенно реакцию среды в растворе можно определить с помощью кислотно-основных индикаторов, окраска которых меняется в зависимости от концентрации ионов водорода.
Определение кислотности среды – практически важная аналитическая задача. Многие растворы, используемые в промышленности и сельском хозяйстве, природные объекты (почва), физиологические жидкости (кровь, желудочный сок) должны иметь строго определенное значение рН. 1. Запишите схему ступенчатой диссоциации H2SO4. Ответ: 1-я ступень: H2SO4 ↔ H+ + HSO4- 2-я ступень: HSO4- ↔ H+ + SO42- Суммарное уравнение: H2SO4 ↔ 2 H+ + SO42- 2. Запишите схему ступенчатой диссоциации Bi(OH)3. Ответ: 1-я ступень: Bi(OH)3 ↔ Bi(OH)2+ + ОН- 2- я ступень: Bi(OH)2+ ↔ Bi(OH)2+ + ОН- 3- я ступень: Bi(OH)2+ ↔ Bi3+ + ОН- Суммарное уравнение: Bi(OH)3 ↔ Bi3+ + 3ОН- 3. Как диссоциирует гидросульфид натрия NaHS? Запишите схему диссоциации. Всегда ли соли диссоциируют ступенчато? Ответ: 1- я ступень: NaHS ↔ Na+ +HS- 2-я ступень: HS- ↔ Н+ + S2- Суммарное уравнение: NaHS ↔ Na+ + Н+ + S2- Ступенчато диссоциируют кислые и основные соли. Средние диссоциируют сразу и полностью. Домашнее задание: 1. Задача: концентрация КОН в воде равна 0,02моль/л (α=1). Какова концентрация ионов Н+ в этом растворе? 2. Определите интервал рН раствора, если фенолфталеин в нем остается бесцветным, а метилоранж – желтым. 4. Запишите выражение для константы диссоциации Fe(OH)3.
Популярное: Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (469)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |