Водородный показатель рН

Если в водном растворе с(ОН^-)>>с(Н⁺), то среда щелочная.

Если с(ОН^-)<<с(Н⁺), то среда кислая.

Если с(ОН^-)=с(Н⁺) = 10^-7 моль/л, то среда нейтральная.

рН – количественная характеристика кислотности (основности) среды раствора. Она равна отрицательному десятичному логарифму от концентрации ионов Н⁺.

рН= - lg c(Н⁺).

Если среда нейтральная, то с(Н⁺) = 10^-7 моль/л, тогда lg c(Н⁺)=-7, а рН=7.

Если среда щелочная, то концентрация ионов ОН^- увеличивается, а концентрация ионов Н⁺ уменьшается. Например, с(Н⁺) = 10^-12 моль/л, тогда lg c(Н⁺)=-12, а рН=12.

Если среда кислая, то концентрация ионов Н⁺ увеличивается. Например, с(Н⁺) = 10^-3 моль/л, тогда lg c(Н⁺)=-3, а рН=3.

Шкала рН

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

кислая среда щелочная среда

Реже используется гидроксильный показатель рОН, который равен:

рОН=- lg c(ОН^-).

Показатели рН и рОН связаны следующим образом:

рН+ рОН=14

Задача: концентрация НBr в воде равна 0,01моль/л (α=1). Какова концентрация ионов ОН^- в этом растворе? Каков рН раствора?

Решение: НBr ↔ Н⁺+ Br^-. Если концентрация НBr была 0,01моль/л, а α=1 (т.е. продиссоциировали все молекулы), то и с(Н⁺)=0,01моль/л=10^-2 моль/л.

Если К_в= с(Н⁺)*с(ОН^-)=10^-14, то с(ОН^-)= К_в/с(Н⁺)= 10^-14/10^-2=10^-12 моль/л.

рОН=- lg c(ОН^-)=- lg c(10^-12)=12, если рН+ рОН=14, то рН=14-12=2

Ответ: концентрация ионов ОН^- в данном растворе составит 10^-12 моль/л, рН=2

Для измерения рН существуют различные методы. Приближенно реакцию среды в растворе можно определить с помощью кислотно-основных индикаторов, окраска которых меняется в зависимости от концентрации ионов водорода.

Определение кислотности среды – практически важная аналитическая задача. Многие растворы, используемые в промышленности и сельском хозяйстве, природные объекты (почва), физиологические жидкости (кровь, желудочный сок) должны иметь строго определенное значение рН.

Теоретические вопросы:

1.Дайте определение понятиям «кислота», «основание», «соль» в соответствии с теорией электролитической диссоциации.

2. Что такое основность кислоты? Какова основность H₂SO₄?, H₃PO₄? (Ответ: 2, 3)

3. Что такое кислотность основания? Какова кислотность Bi(OH)₃?, Ca(OH)₂? (Ответ: 3,2)

4. Приведите примеры средней, кислой и основной соли.

5. По какому принципу электролиты подразделяют на сильные и слабые? Приведите примеры сильных и слабых электролитов?

6. Какой показатель является самой удобной характеристикой силы электролита? Почему?

7. Запишите выражение для ионного произведения воды. Чему оно равно при нормальных условиях? Как взаимосвязаны концентрации ионов Н⁺ и ОН^- в водных растворах?

8. Чему равен водородный показатель рН? Каков его смысл?

9. Изобразите шкалу рН. Какова среда раствора, если его рН равен 5,5? 8?

10. Дайте определение понятию «кислотно-основной индикатор». Какие индикаторы вы знаете?

Практические задания с контролем у доски:

1. Запишите схему ступенчатой диссоциации H₂SO₄.

Ответ: 1-я ступень: H₂SO₄ ↔ H⁺ + HSO₄^-

2-я ступень: HSO₄^- ↔ H⁺ + SO₄^2-

Суммарное уравнение: H₂SO₄ ↔ 2 H⁺ + SO₄^2-

2. Запишите схему ступенчатой диссоциации Bi(OH)₃.

Ответ: 1-я ступень: Bi(OH)₃ ↔ Bi(OH)₂⁺ + ОН^-

2- я ступень: Bi(OH)₂⁺ ↔ Bi(OH)²⁺ + ОН^-

3- я ступень: Bi(OH)²⁺ ↔ Bi³⁺ + ОН^-

Суммарное уравнение: Bi(OH)₃ ↔ Bi³⁺ + 3ОН^-

3. Как диссоциирует гидросульфид натрия NaHS? Запишите схему диссоциации. Всегда ли соли диссоциируют ступенчато?

Ответ: 1- я ступень: NaHS ↔ Na⁺ +HS^-

2-я ступень: HS^- ↔ Н⁺ + S^2-

Суммарное уравнение: NaHS ↔ Na⁺ + Н⁺ + S^2-

Ступенчато диссоциируют кислые и основные соли. Средние диссоциируют сразу и полностью.

4. Запишите выражение для константы диссоциации

Суммарное уравнение реакции: Fe(OH)₃ ↔ Fe³⁺ + 3ОН^-

Ответ: К_д=с(Fe³⁺)*с(ОН^-)³/с(Fe(OH)₃)

5. Определите интервал рН раствора, если фенолфталеин в нем остается бесцветным, а метилоранж – желтым. (Ответ: 4,4-8).

Домашнее задание:

Задача: концентрация КОН в воде равна 0,02моль/л (α=1). Какова концентрация ионов Н⁺ в этом растворе?

Решение: КОН ↔ К⁺+ ОН^-.

Если концентрация КОН была 0,001моль/л, а α=1 (т.е. продиссоциировали все молекулы), то и с(ОН^-)=0,001моль/л=10^-3 моль/л.

Если К_в= с(Н⁺)*с(ОН^-)=10^-14, то с(Н⁺)= К_в/с(ОН^-)= 10^-14/10^-3)=10^-11 моль/л.

Тогда рН раствора составит: рН=-lg с(Н⁺)=-lg с(10^-11)=11

Ответ: концентрация ионов Н⁺ в данном растворе составит 10^-11 моль/л. рН раствора равен 11.