Кислотно-основные равновесия в растворах слабых электролитов

8.1. Ионное произведение воды. Водородный показатель.

Н₂О – слабый электролит (a = 1,7*10^–9)

2Н₂О Û Н₃О⁺ + ОН^– или упрощенно Н₂О Û Н⁺ + ОН^–

К_д =

[H₂O] @ const, т.к. Н₂О – слабый электролит

К_д[H₂O] = [H⁺][OH^–] = const

К_W = [H⁺][OH^–], где К_W – ионное произведение воды, величина постоянная, зависит от температуры.

При Т = 295 К К_W =10^–14.

Если [H⁺] = [OH^–], то среда нейтральная, [H⁺] > [OH^–] – кислая,
[H⁺] < [OH^–] – щелочная.

Для удобства оценки характера водной среды используют водородный (рН) и гидроксильный показатели (рОН).

рН = –lg[H⁺]; pOH = –lg[OH^–]

рН + рОН = 14; (Т = 298 К)

рН = рОН = 7 – среда нейтральная;

рН > 7 – среда щелочная;

рН < 7 – среда кислая.

Для сильных электролитов

[H⁺]» а _{кислоты}; [OH^–]» а _щелочи

Пример: Рассчитайте рН 0,1М раствора HCl и рН 0,1М раствора NaOH.

Решение:

HCl ® Н⁺ + Cl^– [H⁺] = a (HCl) = 0,1 моль/л

рН = –lg[H⁺]; pH = –lg0,1 = 1

NaOH ® Na⁺ + OH^–; [OH^–] = a (NaOH) = 0,1 моль/л

рОН = –lg[OH^–]; рH = 14 – pOH = 14 + lg[OH^–] = 13

8.2. Кислотно-основные равновесия в растворах слабых электролитов.

а) НА – слабая кислота

НА + Н₂О Û Н₃О⁺ + А^–

;

Т.к. [HА] – слабая кислота, то [HА] @ с(НА)

[H₃О⁺] = [А^–] = a*с(НА), тогда

К_а = (Закон разведения Оствальда)

Если a<< 1, то 1 – a ~ 1 и Ка = a²с(НА), отсюда a =

Т.к. [H₃О⁺] = [А^–], то или

[H⁺] =

–lg[H⁺] = –lgK_a – lgс(HA)

pH = pK_a – lgс(HA), где рК_а = –lgK_a

Пример: Ступенчатые константы ионизации сероводорода равны К_а(H₂S) = 6*10^–8, К_а(HS^–) = 10^–14. Вычислите концентрации ионов Н⁺, HS^– и S^2– в 0,01М растворе H₂S.

Решение: H₂S Û H⁺ + HS^–

К_а(H₂S) =

[H⁺] = [HS^–] = = = 2,45*10^–5 моль/л

HS^– Û H⁺ + S^2–

К_а(HS^–) =

Т.к. [H⁺] @ [HS^–], то [S^2–] @ К_а = 1*10^–14 моль/л

Пример: Вычислите степень ионизации, концентрации ионов и рН 0,1М раствора СН₃СООН.

Решение: СН₃СООН Û СН₃СОО^– + Н⁺

К_а =

[CH₃COO^–] = [H⁺] = = = 1,33*10^–3 моль/л

рН = –lg[H⁺] = –lg 1,33*10^–3 = 2,87

a = = = 0,0134 (1,34%)

в) В – слабое основание

В + Н₂О Û ВН⁺ + ОН^–

К_В = =

[BH⁺][OH^–] = K_B*с_осн; [OH^–]² = K_B*с_осн

[OH^–] = ; –lg[OH^–] = –lgK_B – lgc_осн

рОН = lgK_B – lgc_осн; рН = 14 – рОН;

рН = 14 – lgK_B + lgc_осн

Пример: Вычислите степень ионизации, концентрации ионов и рН 0,01н раствора аммиака.

Решение:

NH₃*H₂O Û NH+ ОН^–

К_В(NH₃*H₂O) =

[NH] = [OH^–] = = = 4,24*10^–4

рН = 14 + lg[OH^–] = 14 + lg4,24*10^–4 = 10,63

a = = = 0,0424 (4,24%)

Дата добавления: 2014-10-31