Химия (стр. 10 )

Кдис(HClO) = 5 • 10–8 моль/дм3

Концентрацию ионов водорода определяем по формуле (3.7):

с(Н+) = cэл. • a • к; к(Н+) =1 (т. к. при диссоциации HClO ⇄ H ++ ClO– образуется один ион Н+)

c(Н+) = 5 •10–2 •1 •10–3 •1=5 •10–5 моль/дм3.

Ответ:a( HClO)=1•10–3; c(Н+) =5 •10–5 моль/дм3.

Ионное произведение воды, водородный показатель (pH)

Вода является слабым электролитом и диссоциирует на ионы в незначительной степени. Процесс диссоциации воды может быть записан: HOH⇄H++OH–. Константа диссоциации будет равна:

Преобразуем выражение [H+][OH-]= Kдис..[H2O]

Концентрацию молекул воды можно рассчитать, разделив массу 1 дм3 на массу 1 моля:1000/18 = 55,5 моль/. Кдис. 1,8•10-16. Произведение двух постоянных величин есть величина постоянная ( Кдис.[H2O]=const=KH2O), тогда уравнение принимает вид:

[H+][OH-]= KH2O = 10-14 (3.11)

Полученное уравнение показывает, что для воды и разбавленных водных растворов при постоянной температуре произведение концентрации ионов водорода и гидроксила есть величина постоянная. Эта постоянная величина называется ионным произведением воды.

Отсюда для чистой воды концентрация ионов при 295К равна

[H+]=[OH–]=

Если к чистой воде добавить кислоту, то часть ионов Н+ кислоты соединятся с ионами ОН– и образуют молекулы воды. При этом концентрация Н+ возрастает, а ОН– уменьшается, а произведение этих концентраций будет оставаться постоянным, равным 10 –14. В растворах с различной средой всегда присутствуют ионы Н+ и ОН–, если:

[H+] = [OH–] = 10-7 – нейтральная среда

[H+] > [OH–] > 10-7 – кислая среда

[H+] < [OH–] < 10-7 – щелочная среда.

Для характеристики кислотности (щелочности) среды введен специальный параметр — водородный показатель, или рН. Водородным показателем, или рН, называется взятый с обратным знаком десятичный логарифм активности ионов водорода в растворе:

pH= –lg[H+] (3.12)

Пример 1. Если [H+]=10–2моль/дм3, то pH= - lg10–2 = 2

Если pH=7 – нейтральная среда

pH>7 – щелочная среда

pH<7 – кислая среда.

Пример 2. Вычислите рН следующих растворов:

а) НВг с концентрацией вещества, равной 0,02 моль/дм3.

б) NaOH с концентрацией вещества, равной 0,2 моль/дм3.

Решение

а) НВг ⇄ Н+ + Вг–, сильный электролит. В разбавленном растворе степень диссоциации a = 1; к =1(к – число ионов водорода, образовавшихся при диссоциации одной молекулы НВг)

Для нахождения концентрации ионов водорода используем формулу (3.7.): ci = cэл. • a • к;

с(Н+)= 0,02 •1•1=0,02моль/дм3 = 2•10–2моль/дм3

Полученное значение подставляем в выражение (3.12): pH= – lg (2 •10–2) = 1,7

б) NaOH ⇄ Na+ + ОН– - сильный электролит. В разбавленном растворе степень диссоциации a = 1.

Для нахождения концентрации гидроксид-ионов используем формулу (3.7.): ci = cэл.•a• к;

с(ОН–)= 0,2 •1•1=0,2моль/дм3 = 2•10–1моль/дм3. Зная концентрацию ионов гидроксила находим рОН. Подставляем значения: pОH = – lg (2 •10–1) = =0,7;

рН + рОН = 14 (3.13),

отсюда pH = 14 – 0,7 = 13,3.

Ответ: а) pH = 1,7 ;б) pH = 13,3.

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

1.  Степень диссоциации угольной кислоты по первой ступени в растворе с концентрацией кислоты 0,05 моль/дм3 равна 0,2%. Вычислите константу диссоциации для этого случая.

2.  Определите величину рН в 0,092%-ном растворе муравьиной кислоты НСООН (ρ=1 г/см3), если степень диссоциации кислоты равна 5%.

3.  Определите концентрацию (моль/дм3) ионов алюминия в растворе сульфата алюминия молярной концентрации 0,05 моль/дм3, если кажущаяся степень диссоциации соли в этом растворе равна 90%.

4.  Константа диссоциации слабого однокислотного основания равна 1,10-4. Вычислите концентрацию (моль/дм3) гидроксид-ионов в растворе с концентрацией этого основания 0,01 моль/дм3 .

5.  Вычислите рН 0,171%-ного раствора гидроксида бария, считая диссоциацию ионной, а плотность раствора равной 1г/см3.

6.  Считая диссоциацию нитрата магния полной, вычислите концентрацию (моль/дм3) нитрат-ионов в растворе соли с молярной концентрацией 0,4 моль/дм3

7.  Вычислите степень диссоциации азотистой кислоты в растворе с концентрацией вещества, равной0,01моль/дм3, если константа диссоциации кислоты равна 4,6·10-4.

8.  Степень диссоциации одноосновной кислоты в растворе молярной концентрации 0,1 моль/дм3 равна 1%. Определите рН раствора.

9.  Раствор содержит 0,1 моля хлорида кальция и 0,1 моля хлорида алюминия в 1. Считая диссоциацию солей полной, определит концентрацию (моль/дм3) хлорид-ионов в растворе.

10. В растворе циановодородной (синильной) кислоты неизвестной концентрации степень диссоциации кислоты равна 2,7·10-4. Определите концентрацию раствора, если константа диссоциации кислоты равна 7,2·10-10.

11. Концентрация ионов водорода в растворе равна 0,05моль/дм3. Определите рОН раствора.

12. Определите концентрацию (моль/дм3) хлорид-ионов в растворе с концентрацией хлорида железа(II), равной 0,15моль/дм3 , если кажущаяся степень диссоциации соли в этом растворе равна 70%.

13. Степень диссоциации кислоты в растворе с концентрацией вещества 0,001 моль/дм3 равна 2,12%. Вычислите константу диссоциации кислоты.

14. Смешали равные объемы растворов сильных кислот с рН=1 и рН=2. Вычислите рН полученного раствора.

15. В 1дм3 раствора содержится 0,1моля сульфата натрия и 0,1моля сульфата алюминия. Какова концентрация (моль/дм3) сульфат-ионов в этом растворе?

16. Константа диссоциации гидроксида аммония равна 1,8·10-5. Вычислите концентрацию гидроксид-ионов (моль/дм3) в растворе с концентрацией гидроксида аммония, равной 0,5 моль/дм3 .

17. Определите рН раствора, содержащего в 1 дм3 0,1 г гидроксида натрия, считая диссоциацию полной.

18. Раствор содержит 0,25 моля хлорида лития и 0,3 моля сульфата лития в 1. Какова концентрация (моль/дм3) ионов лития в указанном растворе?

19. Константа диссоциации гидроксида аммония равна 1,8·10-5. Вычислите концентрацию (моль/дм3) раствора гидроксида аммония, при которой α = 4%.

20. Чему равен рН раствора, в 1дм3 которого содержится 0,0051г гидроксид-ионов?

21. Определите концентрацию (моль/дм3) нитрат-ионов в растворе нитрата хрома (III) с концентрацией соли, равной 0,2 моль/дм3, если кажущаяся степень диссоциации соли в этом растворе равна 80%.

22. Константа диссоциации циановодородной (синильной) кислоты равна 7,2·10-10. Вычислите степень диссоциации кислоты и концентрацию ионов водорода, если ее концентрация в растворе равна 0,01 моль/дм3.

23. Определите рН раствора азотной кислоты с концентрацией вещества, равной 0,002 моль/дм3, считая диссоциацию полной.

24. Вычислите концентрацию раствора нитрата железа (III), если концентрация нитрат-ионов составляет 0,15моль/дм3, а кажущаяся степень диссоциации соли равна 80%.

25. В растворе с концентрацией борной кислоты, равной 0,1 моль/дм3 концентрация ионов водорода составляет 7,6·10-6 моль/дм3. Вычислите константу первой стадии диссоциации кислоты.

26. Смешаны равные объемы растворов сильной кислоты с рН равными 2 и сильного основания с рН равным 11. Вычислите рН полученного раствора.

27. Рассчитайте общую концентрацию (моль/дм3) ионов в растворе хлорида бария молярной концентрации 0,1 моль/дм3, считая диссоциацию соли полной.

28. Вычислите концентрацию муравьиной кислоты в моль/дм3 и в г/дм3 , в котором степень диссоциации кислоты равна 6% (Кдис.=1,8·10-4).

29. Смешали равные объемы растворов щелочей с рН=12 и рН=11. Вычислите рН полученного раствора.

30. Вычислите концентрацию сульфат-ионов в растворе сульфата железа (II), если концентрация соли в растворе равна 0,25 моль/дм3, а кажущаяся степень диссоциации соли - 65%.

3.3 РЕАКЦИИ ИОННОГО ОБМЕНА. ГИДРОЛИЗ. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РАЕКЦИИ

3.3.1  Реакции ионного обмена

Согласно теории электролитической диссоциации все реакции в водных растворах электролитов являются реакциями между ионами. Такие реакции называются ионными, а уравнения этих реакций – ионными уравнениями. Необходимым условием протекания реакций ионного обмена в растворах электролитов является удаление из раствора ионов, в результате взаимодействия которых образуются малодиссоциируемые, малорастворимые или газообразные соединения.

В ионно-молекулярных уравнениях сумма электрических зарядов левой части уравнения должна быть равна сумме электрических зарядов правой части. В иооно-молекулярных уравнениях сильные электролиты записываются в виде ионов, а слабые электролиты, нерастворимые вещества или газы записываются в молекулярном виде.

Примеры реакций, протекающих практически необратимо:

образование малодиссоциирующих соединений:

1)  HCl + NaOH = NaCl + H2O.- молекулярная форма уравнения

H+ + Cl - + Na+ + OH - = Na+ + Cl - + H2O – полное ионно-молекулярное уравнение

Сущность реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием выражается кратким ионно-молекулярным уравнением: Н+ + ОН– = Н2О;

Образование малорастворимых веществ:

1) NaCl + AgNO3 = AgCl↓ + NaNO3.

Ионно-молекулярное уравнение : Cl– + Ag+ = AgCl↓ ;

2) Na2S + 2HCl = 2NaCl + H2S↑.

Ионно-молекулярное уравнение : Н+ + S–= H2S↑.

3.3.2  Гидролиз

Обменная реакция между водой и соединением называется его гидролизом. Гидролиз солей – взаимодействие в водных растворах катионов и (или) анионов солей с молекулами воды, при котором к катиону, оказавшемуся в растворе, присоединяется группа OH–-, а к аниону – ион H+ молекулы воды.

В результате гидролиза в растворе появляются ионы Н+ и (или) ОН - и среда становится соответственно кислой или щелочной.

Возможны следующие случаи гидролиза солей:

1) по аниону,

2) по катиону,

3)по катиону и аниону одновременно.

Гидролиз по аниону.