Поиск:  




ЦУ (ценные указания)

Задачник по общей и неорганической химии

7. Водные растворы протолитов. 7.1. Вода. Нейтральная, кислая и щелочная среда. Сильные протолиты

Смотрите задания >>>

Теоретическая часть

Современной теорией кислот и оснований является протонная теория БренстедаЛаури, которая объясняет проявление веществами кислотной или основной функции тем, что они вступают в реакции протолиза – реакции обмена протонами (катионами водорода) Н+:

          НА       +       Е А-     +         НЕ+

         кислота    основание   основание     кислота

Согласно этой теории кислота – это протонсодержащее вещество НА, являющееся донором своего протона; основание – вещество Е, акцептирующее протон, отданный кислотой. В общем случае реагент – кислота НА и реагент – основание Е, а также продукт – основание А- и продукт – кислота НЕ+ конкурируют между собой за обладание протоном, что приводит обратимую кислотно-основную реакцию к состоянию протолитического равновесия. Поэтому в системе присутствуют четыре вещества, составляющие две сопряженные пары «кислота – основание»: НА / А- и НЕ+/Е. Вещества, проявляющие кислотные или оснóвные свойства, называют протолитами.

7.1. Вода. Нейтральная, кислая и щелочная среда. Сильные протолиты

Наиболее распространенный на Земле жидкий растворитель – вода. Помимо молекул Н2О, в чистой воде содержатся гидроксид-ионы ОН- и катионы оксония Н3О+ вследствие протекающей реакции автопротолиза воды:

Н2O   +   H2O     OH   +   Н3O

кислота  основание  основание  кислота

Количественной характеристикой автопротолиза воды является ионное произведение воды:

KВ = [Н3О+][ОН] = 1 . 10–14 (25 °С)

Следовательно, в чистой воде

3О+] = [ОН] =1 . 10–7 моль/л (25 °С)

Содержание катионов оксония и гидроксид-ионов выражают также через водородный показатель pH и гидроксильный показатель pOH:

pH = -lg[H3O+],   pOH = -lg[OH]

В чистой воде при 25 °С pH = 7, pOH = 7, pH + pOH = 14.

В разбавленных (менее 0,1 моль/л) водных растворах веществ значение pH может быть равно, больше или меньше pH чистой воды. При pH = 7 среду водного раствора называют нейтральной, при pH < 7 – кислотной, при pH > 7 – щелочной. Значительное увеличение концентрации ионов H3O+ в воде (создание кислотной среды) достигается при необратимой реакции протолиза таких веществ, как хлороводород, хлорная и серная кислоты:

 

HCl    +    H2O   =   Cl   +   H3O+,   pH < 7

      

 

HClO4  +  H2O   =   ClO4   +   H3O+,   pH < 7

 

 

H2SO4  +  2H2O  =  SO42–  +  2H3O+,   pH < 7

Ионы Cl, ClO4, SO42–, сопряженные с этими кислотами, основными свойствами в воде не обладают. Аналогичным образом ведут себя в водном растворе некоторые гидроанионы, например гидросульфат-ион:

 

HSO4  +  H2O  =  SO42–  +  H3O+,   pH < 7

В связи с необратимостью реакций протолиза, сам ион H3O+, вещества HCl, HClO4 и H2SO4, подобные им по протолитическим свойствам HClO3, HBr, HBrO3, HI, HIO3, HNO3, HNCS, H2SeO4, HMnO4, ионы HSO4, HSeO4 и некоторые другие в водном растворе считаются сильными кислотами. В разбавленном растворе сильной кислоты НА (т.е. при сНА менее 1 моль /л) концентрация катионов оксония и рН связаны с аналитической (по приготовлению) молярной концентрацией сНА следующим образом:

[H3O+] = сНА, pH = -lg[H3O+] = -lgсНА

Пример 1. Определите водородный показатель рН в 0,006М растворе серной кислоты при 25 °С.

Решение

рН = ?

сB = 0,006 моль/л

[H3O+] = 2сB

H2SO4 + 2H2O = SO42– + 2H3O+, pH<7

pH = –lg[H3O+] = –lg(2сB) = –lg(2´0,006) = 1,92

Ответ: 0,006М раствор H2SO4 имеет рН 1,92

Значительное увеличение концентрации ионов ОН- в воде (создание щелочной среды) достигается растворением и полной электролитической диссоциацией таких веществ, как гидроксиды калия и бария, называемых щелочами:

KOH = K+ + ОН; Ва(ОН)2 + 2ОН, рН>7

Вещества КОН, Ва(ОН)2, NaOH и подобные им основные гидроксиды в твердом состоянии являются ионными кристаллами; при их электролитической диссоциации в водном растворе образуются ионы ОН (это сильное основание), а также ионы K+, Ва2+, Na+ и др., которые кислотными свойствами в воде не обладают. При данной аналитической концентрации щелочи МОН в разбавленном растворе (сB менее 0,1 моль/л) имеем:

[ОН] = сMOH; pH = 14 – рОН = 14 + lg[ОН] = 14 + lgсMOH

Пример 2. Определите рН в 0,012М растворе гидроксида бария при 25 °С.

рН = ?

сB = 0,012 моль/л

[ОН] = 2сB

Ва(ОН)2 = Ва2+ + 2ОН, pH>7

pH = 14 – pOH = 14 + lg[ОН] = 14 + lg(2св) = 

= 14+lg(2.0,012)=12,38


Ответ
: 0,012М раствор Ва(ОН)2 имеет pH 12,38

 


|| Содержание Задачника || || Содержание раздела "Студгородок" ||


 


Рассылки Subscribe.Ru
Алхимик - новости и советы