Вычисление рН в растворах слабых многоосновных кислот

Многоосновные кислоты ионизируются в несколько стадий, например ионизация угольной кислоты:

Н₂СО₃ ↔ Н⁺ + НСО₃^- (первая ступень)

НСО₃^- ↔ Н⁺ + CO₃^2- (вторая ступень)

Константы ионизации угольной кислоты соответственно равны:

Поскольку первая константа ионизации значительно больше второй, концентрация ионов водорода будет определяться в основ­ном ионизацией угольной кислоты по первой ступени и может быть вычислена по формуле:

Например, при концентрации угольной кислоты, равной 0,01 М,

Итак, при вычислении рН раствора многоосновной слабой кислоты обычно принимают во внимание лишь первую ступень ионизации. Это возможно в тех случаях, когда константа ионизации кислоты по первой ступени в 1000 раз больше константы ионизации этой кислоты по второй ступени.

Вычисление рОН и рН в растворах щелочей и оснований.

В рас­творах сильных щелочей рОН вычисляется, исходя из 100 % иони­зации гидроксида и учета ионной силы раствора.

Пример 6. Вычислить рОН и рН 0,05 н. раствора гидроксида калия.

Решение.

1. Находим активность ионов ОН^- в данном растворе:

При ионной силе 0,05 f он- = 0,81.

а _OH- = [ОН^-] · f он- = 0,05 · 0,81 = 0,0405, или 4,05 ·10^-2 г-ион/л

2. По найденной а _OH- вычислим рОН:

pOH = -lg а _OH- = -lg4,05 · 10^-2 = 1,39

3. pH =14 — рОН = 14 — 1,39 = 12,61

Пример 7. Вычислить рН раствора, содержащего 3,427 г гидр­оксида бария Ва(ОН)₃ в 1 л.

Решение.

1. Вычислим молярную концентрацию гидроксида бария:

С_М = m/M = 3,427 / 171,35 = 0,02 моль/л

2. Вычислим активность ионов ОН^-.

Гидроксид бария — силь­ный электролит. Следовательно,

Ва(ОН)₂ ↔ Ba²⁺ + 2OH^-

Концентрации ионов в растворе соответственно равны:

[Ва²⁺] = 0,02 г-ион/л, [ОН^-] = 2 · 0,02 = 0,04 (г-ион/л)

3. Найдем а _OH- с учетом ионной силы раствора:

m =		(0,02 · 2^2 + 0,04 · 1^2) = 0,06

При ионной силе. равной 0,06, f он-» 0,81. Следовательно,

а _OH- = 0,04 · 0,81 = 0,0324, или 3,24 · 10^-2 г-ион/л

4. рОН = -lg3,24 · 10^-2 = 1,49

5. рН = 14 — рОН = 14 - 1,49 = 12,51

В процессе качественного анализа часто приходится определять величину рН исследуемых растворов. Существует много методов определения рН, простейший из них индикаторный.

В учебных лабораториях качественного анализа последователь­но применяют пять индикаторов, изменяющих окраску в следую­щих областях перехода или интервалах значений рН (табл. 3.1).

Таблица 3.1 Область перехода и окраска кислотно-основных индикаторов в кислой и щелочной средах

Индикатор	Область перехода	Окраска
кислотной формы	щелочной формы
Метиловый оранжевый Метиловый красный Лакмус Феноловый красный Фенолфталеин	3,1 — 4,4   4,4 — 6,2 5,0 — 8,0 6,8 — 8,0 8,0 — 10	Розовая   Красная Красная Желтая Бесцветная	Оранжево-желтая   Желтая Синяя Красная Малиновая

Но чаще пользуются лишь тремя индикаторами: метиловым оранжевым, лакмусом и фенолфталеином. Для определения рН отдельным пробам исследуемого раствора последовательно прибавляют по 1—2 капли каждого индикатора и по изменению окраски индикаторов судят о приблизительном значении рН раствора. В настоящее время для определения рН растворов часто пользуются универсальными индикаторами — смесями из нескольких простых индикаторов, позволяющих определять величину рН в широком интервале значений с точностью до 1—2 единиц рН. Универсальный индикатор Кольтгофа состоит из смеси пяти веществ: иметиламиноазобензола, бромтимолового, метилового красного, фенолфталеина и тимолфталеина. В зависимости от величины рН индикатор принимает различные окраски (табл. 3.2).

Таблица 3.2 Зависимость окраски индикатора Кольтгофа от рН

рН	Окраска индикатора	рН	Окраска индикатора
	Красная Красно-оранжевая Оранжевая Желто-оранжевая Лимонно-желтая		Желто-зеленая Зеленая Сине-зеленая Фиолетовая

Универсальный индикатор применяется или в виде раствора, каплю которого смешивают на капельной пластинке с 1—3 каплями исследуемого раствора, или же в виде индикаторной бумаги. К пачке индикаторной бумаги прилагается цветная шкала, показы­вающая, какие краски принимает бумага при различных величинах рН. Практически рН определяется так: на полоску индикаторной бумаги наносят каплю исследуемого раствора. Полученную окрас­ку индикаторной бумаги сравнивают с окраской шкалы и по шкале определяют рН с точностью до единицы. Для более точного определения рН пользуются приборами Михаэлиса, Алямовского и потен­циометрами, методика использования которых дается в учебниках количественного анализа и физической химии.

Дата добавления: 2015-06-30