Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Протолитические равновесия в воде.




В жидкой воде осуществляется протолитическое равновесие, которое называется автопротолизом воды:

Н2О + Н2О = Н3О+ + ОН- (3)

Вода – слабый электролит, поэтому за константу химического равновесия (3) можно приближенно принять концентрационную константу химического равновесия Кс, выраженную через равновесные концентрации участников реакции:

 

[H3O+][OH-]

Кс =

[H2O]2

и далее:

Кс[H2O]2 = [H3O+][OH-]

Кс[H2O]2 = const = Kw.

Для автопротолиза воды можно записать:

Kw = [H3O+][OH-] (4)

или упрощенно:

Kw = [H+][OH-]. (5)

Величина Kw, называется константа автопротолиза воды или ионное произведение воды. Она постоянно при постоянной температуре. При комнатной температуре (25 0С = 298,15К) числовое значение Kw равно:

Kw = 1,008*10-14 ≈ 10-14.

Так как числовые значения Kw очень маленькие, то вместо них принято использовать отрицательный десятичный логарифм («силовой показатель») величины Kw. При комнатной температуре

р Kw = -lg Kw = -lg 10-14 = 14. (6)

В чистой жидкой воде концентрации ионов водорода и ионов гидроксила одинаковы [H3O+] = [OH-]. Поэтому при t = 25ºC (298К) можно записать

:

[H3O+] = [OH-] = 10-7,

рН = - lg [H3O+] = -lg 10-7 = 7, (7)

pOH = - lg [OH-] = - lg 10-7 = 7

pKw = pH + pOH = 14. (8)

Таким образом, при комнатной температуре:

- в кислых водных растворах рН < 7,

- в нейтральных водных растворах рН = 7,

- в щелочных водных растворах рН > 7.

 

РН растворов слабых кислот

 
 


(9)

 

са – исходная концентрация слабой одноосновной кислоты

РН растворов слабых оснований

 
 


(10)

 

са – исходная концентрация слабой одноосновной кислоты

 

 
 


Kw = KaKb. (11)

Ионное произведение воды Кw равно произведению констант кислотности и основности сопряженной пары кислоты и основания.

Для показателя pKw получаем:

 
 


pKw = pKa + pKb. (12)

 

ЭТАЛОНЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

 

Задача 1

Определите значение рН, концентрацию ионов водорода и гидроксильных групп в чистой воде (нейтральный раствор) при температуре 50°С, если ионное произведение воды при этой температуре равно Kw = 5,50·10-14. Во сколько раз изменилась концентрация ионов водорода по сравнению с комнатной температурой?

Решение:

В соответствии с уравнением ионное произведение воды Kw=[H3O+][OH-]. В рассматриваемом случае [H3O+][OH-]=5,50·10-14. Поскольку концентрации ионов гидроксония и гидроксильных групп в чистой воде одинаковы, то [H3O+]=[OH-]=(5,50·10-14)1/2 = 2,34·10-7 моль/л.

Рассчитаем рН раствора: pH = - lg [H3O+] = - lg (2,34·10-7) = 6,63.

Это значение рН соответствует нейтральной среде воды и водных растворов при 50°С.

Известно, что при комнатной температуре для чистой воды Kw = 10-14, [H3O+]=[OH-]=10-7 моль/л, рН = 7. Следовательно, при 50°С концентрация ионов водорода в чистой воде увеличилась по сравнению с их концентрацией при комнатной температуре в 2,34·10-7/10-7 = 2,34.

 

Задача 2

Рассчитайте концентрацию формиат-ионов HCOO- в водном растворе муравьиной кислоты HCOOH c концентрацией кислоты с(HCOOH)=0,05 моль/л. Константа кислотной диссоциации муравьиной кислоты равна 1,8·10-4.

Решение:

Муравьиная кислота как слабый электролит в водном растворе подвергается электролитической диссоциации:

HCOOH + H2O = HCOO- + H3O+

c константой кислотной диссоциации Kа=[H3O+][HCOO-]/[HCOOH]. Равновесные концентрации ионов [H3O+] и [HCOO-] одинаковы, так как при диссоциации из одной молекулы муравьиной кислоты образуются по одному иону гидроксония и формиат-иону. Равновесную концентрацию муравтиной кислоты [HCOOH] можно принять равной ее исходной концентрации с(HCOOH) в растворе, поскольку степень ионизации мала, так что число молекул муравьиной кислоты, распавшихся на ионы, намного меньше общего числа молекул муравьиной кислоты в растворе. Поэтому Kа=[HCOO-]2/c(HCOOH) или 1,8·10-4 = [HCOO-]2/0,05. Решая последнее уравнение относительно [HCOO-], получаем:

[HCOO-] = (0,05·1,84·10-4)1/2 = 3·10-3 моль/л.

Задача 3

Рассчитайте рН водного раствора, содержащего в 1 л массу m(H3BO3) = 3,0 г ортоборной кислоты H3BO3. Константа кислотной диссоциации этой кислоты по первой степени равна K1 = 7,1·10-10, pK1 = 9,15. Диссоциацией по второй и третьей стадиям – пренебречь.

Решение:

Ортоборная кислота H3BO3 в водном растворе на первой стадии диссоциации распадается на ионы по схеме:

H3BO3 + H2O = H3O+ + H2BO3-

c константой кислотности K1 = [H3O+][H2BO3-]/[H3BO3]. В соответствии с уравнением можно записать для данного случая: рН=0,5[pK1 +pc(H3BO3)], где с(H3BO3) – исходная концентрация раствора ортоборной кислоты, выраженная в моль/л. Рассчитаем с(H3BO3). Очевидно с(H3BO3) = m(H3BO3)/M(H3BO3)=3,0/61,833=0,049 моль/л, где M(H3BO3) = 61,833 – молярная масса ортоборной кислоты.

Вычислим теперь рН раствора:

рН=0,5(9,15 – lg 0,049) = 5,23

 

Задача 4

Рассчитайте рН водного раствора пиридина С5H5N с концентрацией с(С5H5N)=0,20 моль/л. Константа основности пиридина равна Kb = 1,5·10-9, pKb=8,82.

Решение:

В водном растворе пиридина устанавливается равновесие с образованием катиона пиридиния С5H5NH+:

С5H5N + H2O = С5H5NH+ + OH-

Концентрационная константа этого равновесия выражается формулой Kb = [С5H5NH+][OH-]/[С5H5N]. Пиридин – однокислотное основание, поэтому в соответствии с выражением можно записать:

pH=14-0,5[pKb + pc(С5H5N)]=14-0,5(8,82 – lg0,20) = 9,2

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...