Задачи к разделу Ионное произведение воды, pH

Задачи к разделу Ионное произведение воды:

Задача 1. Что называется ионным произведением воды? Чему оно равно? Дайте вывод выражения ионного произведения воды. Как влияет температура на ионное произведение воды?

Показать решение »

Решение.

Вода является слабым электролитом, ее молекулы в незначительной степени распадаются на ионы:

H2O ↔ H+ + OH

Константа равновесия реакции диссоциации воды имеет следующий вид:

K = [H+]·[OH]/[H2O]

при 22° K = 1,8 × 10-16.

Пренебрегая концентрацией диссоциированных молекул воды и принимая массу 1 л воды за 1000 г получаем:

[H2O] = 1000/18 = 55,56 г

K = [H+]·[OH]/55,56 = 1,8 × 10-16

[H+]·[OH] = 1,8 × 10-16· 55,56 = 1·10-14

[H+] определяет кислотность раствора, [OH] – определяет щелочность раствора.

В чистой воде [H+] = [OH] = 1 × 10-7.

Произведение [H+] и [OH] называется ионным произведением воды

KН2О = [H+]·[OH] = 1·10-14

Ионное произведение воды увеличивается с ростом температуры, так как при этом диссоциация воды также увеличивается.

Кислотность раствора обычно выражают через pH:

-lg[H+] = pH

-lg[OH] = pOH

pH < 7 в кислой среде

pH > 7 в щелочной среде

pH = 7 в нейтральной среде.

Кислотность среды можно определить с помощью индикаторов.

Задача 2. Сколько граммов гидроксида натрия находится в состоянии полной диссоциации в 100 мл раствора, рН которого равен 13?

Показать решение »

Решение.

pH = -lg[H+]

[H+] = 10-pH

[H+] = 10-13 М

[OH] = 10-14/10-13 = 0,1 М

Молярная масса гидроксида натрия равна

М (NaOH) = 23+16+1 = 40 г/моль

Найдем массу 0,1 М раствора NaOH:

1 моль раствора содержит 40 г NaOH

0,1 моль               —                    х г NaOH

х = 4 г.

4 г. NaOH содержится в 1000 мл раствора

у г.                    —                 в 100 мл раствора

у= 0,4 г.

Таким образом, в состоянии полной диссоциации находится 0,4 г. NaOH

Задача 3. Вычислите рН 2%-ного раствора гидроксида аммония.

Показать решение »

Решение.

Для определения pH раствора необходимо процентную концентрацию перевести в молярную:

Предположим, что плотность раствора равна 1, тогда V(раствора) = 1000 мл, m(раствора) = 1000 г.

Найдем сколько грамм гидроксида аммония содержится в 1000 г. раствора:

В 100 г раствора содержится 2 г NH4OH

В 1000 г                    —                  х г NH4OH

х = 20 г.

M (NH4OH) = 14+1·4+16+1 = 35 г/моль

1 моль раствора содержит 35 г NH4OH

у моль                    —                 20 г NH4OH

у=0,57 М

Для слабых оснований, которым является NH4OH, справедливо соотношение

[H+] = KН2О/(Кд. осн· Сосн)1/2

По справочным данным, находим Кд(NH4OH) = 1,77·10-5, тогда

[H+] = 10-14/(1,77·10-5·0,57)1/2= 3,12·10-12

pH = -lg[H+] = — lg 3,12·10-12 = 11,5

Задача 4. Рассчитать молярную концентрацию ионов водорода и гидроксида в растворе гидроксида натрия с pH = 12,5.

Показать решение »

Решение.

pH = -lg[H+]

[H+] = 10pH

[H+] = 10-12,5 = 3,16·10-13М

pOH = 14 – pH

pOH = 14 –12,5 = 1,5

pOH = -lg [OH]

[OH] = 10pOH

[OH] = 10-1,5 = 3,16·10-2 М

Задача 5. Найдите водородный показатель концентрированного раствора сильного электролита – 0,205 М HCl.

Показать решение »

Решение. При значительной концентрации сильного электролита, его активная концентрация отличается от истинной. Следует ввести поправку на активность электролита. Определим ионную силу раствора:

I = 1/2ΣCizi2 , где

Ci и zi – соответственно концентрации и заряды отдельных ионов

Итак,

I = ½(0,205·12 + 0,205·12) = 0,205

Далее, по вычисленной ионной силе по справочным данным, находим коэффициент активности H+:

fH+ = 0,83, тогда

aH= [H+] · fH+ = 0,205·0,83 = 0,17

pH = -lg[aH+] = -lg 0,17 = 0,77