Лекция 9 ИОННОЕ ПРОИЗВЕДЕНИЕ ВОДЫ. ВОДОРОДНЫЙ

ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Лекция 9
ИОННОЕ ПРОИЗВЕДЕНИЕ ВОДЫ.
ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ
ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Содержание
 Электролитическая диссоциация воды
 Ионное произведение воды
 Водородный показатель (рН)
 Определение рН водных растворов
 Буферные растворы
Модуль 2. Лекция 9. Ионное произведение воды. Водородный показатель
ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Диссоциация воды
Упрощенная запись уравнения диссоциации воды :
H2O
H+ + OH
Константа диссоциации воды
[H ][OH ]
K
 1,8 10 16
[H2O]
при 298 К
При повышении температуры возрастают концентрации
ионов H+ и OH
T, K
([H ]  [OH])107
273
293
298
323
353
373
0,34 0,78 1,05 2,44 5,02 7,40
Модуль 2. Лекция 9. Ионное произведение воды. Водородный показатель
ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Ионное произведение воды Kw
[H ][OH ]
K
[H2O]
K w  K[H2O]
K w  [H ][OH ]
[H2O]  CH
O
2

m 1000

 55,56 моль
л
MV 18 1
K w  1,8 1016  55,56  1014
при Т=298 К
При повышении температуры Kw увеличивается
t,0C
25
50
70
100
Kw1014
1,0
5,5
15,8
55,0
Модуль 2. Лекция 9. Ионное произведение воды. Водородный показатель
ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Концентрации ионов H+ и OH−
K w  [H ][OH ]
[H ] 
Kw
[OH ]
Kw
[OH ]  
[H ]
-
Расчет [H+] и [OH-] в 0,01 М растворе NaOH
NaOH = Na+ + OH[OH ]  CNaOH  10- 2 моль / л

[H ] 
Kw
[OH ]

10 14
10 2
 10 12 моль/л
Модуль 2. Лекция 9. Ионное произведение воды. Водородный показатель
ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Водородный показатель рН
pH = -lg [H+]

Расчет рН 0,01 М раствора соляной кислоты
HCl = H+ + Cl
[H ]  CHCl  10  2 моль/л
pH  lg10  2  2
 Расчет рН 0,1 М раствора гидроксида калия
КОН = К+ + ОН[OH ]  CKOH  10-1моль / л

[H ] 
Kw
[OH ]

10 14
10 1
 10 13 моль/л
Модуль 2. Лекция 9. Ионное произведение воды. Водородный показатель
pH  lg10 13  13
ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Расчет рН 0,01 М раствора HBrO
HBrO - слабый электролит
HBrO
H+ + BrO−
[H ][BrO ]
K
 2,2 10 9
[HBrO]
[H+] = [BrO−]
[HBrO]  CHBrO
[H ]2
K
CHBrO
[H ]  K  CHBrO  2,2  10 9  0,01  4,7  10-5 моль / л
pH  lg(4,7  105 )  4,3
Модуль 2. Лекция 9. Ионное произведение воды. Водородный показатель
ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Расчет рН 0,01 М раствора аммиака
Гидрат аммиака NH3  H2O - слабый электролит
NH3  H2O
NH4  OH
[NH4 ][OH ]
K
 1,8  10  5
[NH3  H2O]
[NH4 ]  [OH ]
[OH- ]2
K
CNH  H O
3
2
[NH3  H2O]  СNH3 H2O
[OH ]  K  CNH
3
H O
2
 1,8  10 5  10 2  4,2  10 4 моль/л
pOH  lg[OH ]  lg(4,2  104 )  3,4
рН=14 – 3,4 = 10,6
Модуль 2. Лекция 9. Ионное произведение воды. Водородный показатель
ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Количественные
характеристики среды
 Нейтральная среда


7
 14
[H ]  [OH ]  K W  10
 10 моль/л
pH  lg10
 Кислая среда
7


[H ]  [OH ]

7
lg[H ]  lg10
 Щелочная среда

7
lg[H ]  lg10
7

7
[H ]  10 моль/л

 lg[H ]  7


[H ]  [OH ]

 lg[H ]  7
Модуль 2. Лекция 9. Ионное произведение воды. Водородный показатель
pH  7

7
[H ]  10 моль/л
pH  7
ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Значения рН в различных средах
pH
14
12
10
щелочная
8
нейтральная
6
4
кислая
2
0
Модуль 2. Лекция 9. Ионное произведение воды. Водородный показатель
ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Схема измерения рН раствора
1 - полый шарик из стекла
2 - стеклянный электрод
3 - внутренний контактный электрод
4 - вспомогательный электрод
3
2
1
Модуль 2. Лекция 9. Ионное произведение воды. Водородный показатель
4
ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Прибор для измерения рН
рН-метр «ЭКСПЕРТ-рН»
Модуль 2. Лекция 9. Ионное произведение воды. Водородный показатель
ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Индикатор фенолфталеин
H+
HInd
бесцветный
+
малиновый
в кислой среде
1
2
3
4
5
Ind
6
в щелочной среде
7
преобладает
молекулярная форма
Модуль 2. Лекция 9. Ионное произведение воды. Водородный показатель
8
9
10
11
преобладает
ионная форма
рН
ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Индикатор метиловый оранжевый
HInd
H+ + Ind−
красный
желтый
в нейтральной и
щелочной среде
в кислой среде
1
2
3
4
5
6
7
преобладает
молекулярная форма
Модуль 2. Лекция 9. Ионное произведение воды. Водородный показатель
8
9
10
преобладает
ионная форма
рН
ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Кислотно-основные индикаторы
метиловый оранжевый
лакмус
фенолфталеин
универсальный
индикатор
0
1
2
3
4
Модуль 2. Лекция 9. Ионное произведение воды. Водородный показатель
5
6
7
8
9
10 рН
ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Ацетатный буферный раствор – смесь уксусной кислоты и ее соли
СН3СООН
СН3СОО− + Н+
СН3СООNa = СН3СОО− + Na+
Смещение равновесия в растворе CH3COOH
[CH3COO- ][H ]
К
[CH3COOH]
[H ] 
[CH3COO- ]
K  Cкислоты
[H ] 
Ссоли

[CH3COOH] ≈ Cкислоты
[CH3COO−] ≈ Ссоли
рН не изменяется
K  [CH3COOH]
при разбавлении
при добавлении сильной кислоты
CH3COO- + H+ = CH3COOH
при добавлении щелочи
OH- + CH3COOH = H2O + CH3COO-
Модуль 2. Лекция 9. Ионное произведение воды. Водородный показатель
ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Аммиачный буферный раствор –
– водный раствор аммиака с добавлением соли аммония
NH3  H2O
NH4  OH
NН4Cl = NH4+ + Cl−
Смещение ионного равновесия в растворе аммиака
[NH4 ][OH ]
K
[NH3  H2O]

[OH ] 
[NH3  H2O]  CNH3

[OH ] 
[NH4 ]  Cсоли
pH не изменяется
K  [NH3  H2O]
[NH4 ]
K  CNH3
Ссоли
при разбавлении
при добавлении сильной кислоты
NH3  H2O + H+ = NH4  H2О
при добавлении щелочи
NH4  OH = NH3  H2O
Модуль 2. Лекция 9. Ионное произведение воды. Водородный показатель
ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Заключение





Электропроводность чистой воды обусловлена ее
автопротолизом. Вода проявляет свойства слабого электролита
Для воды и разбавленных водных растворов значение ионного
произведения воды при данной температуре является
постоянной величиной
Водородный показатель рН является количественной
характеристикой кислотности или щелочности среды
Определение рН проводят с помощью приборов (рН-метров);
для приблизительной оценки рН используют кислотно-основные
индикаторы
Буферные растворы применяют для создания и сохранения
постоянства значений рН раствора в определенном диапазоне
Модуль 2. Лекция 9. Ионное произведение воды. Водородный показатель
ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
Рекомендуемая литература


Никольский А.Б., Суворов А.В. Химия. - СПб: Химиздат, 2001

Карапетьянц М.Х. Общая и неорганическая химия. - М.:
Химия, 2000

Угай Я.А. Общая и неорганическая химия. - М.: Высш. шк.,
2007

Неорганическая химия. В 3 т. Т. 1: Физико-химические основы
неорганической химии. Под ред. Ю. Д. Третьякова. - М.:
Академия, 2004

Гаршин А.П. Неорганическая химия в схемах, рисунках,
таблицах, формулах, химических реакциях. - СПб.: Лань, 2000
Степин Б.Д., Цветков А.А. Неорганическая химия. - М.: Высш.
шк., 1994
Модуль 2. Лекция 9. Ионное произведение воды. Водородный показатель