Ионное произведение воды. Водородный показатель

В чистой воде незначительная часть молекул Н₂О диссоциирована на ионы:

Н₂О Н⁺+ОН^-

Измерением электропроводности воды установлено, что при t=22 ^оС концентрация ионов Н⁺ и ОН^- в чистой воде составляет 10^-7г-ион/л:

[Н⁺]=[ОН^-]= 10^-7г-ион/л

Произведение концентраций ионов водорода и гидроксила воды называется ионным произведением воды и численно равно 10^-14. Ионное произведение воды – величина постоянная не только для воды, но и для разбавленных водных растворов любых веществ. Обозначим эту величину К_H2O: К_Н2О=10^-14

1) В нейтральных растворах концентрация ионов водорода и гидроксила одинакова и равна 10^-7г-ион/л:

[Н⁺]=[ОН^-]= 10^-7 г-ион/л

2) В кислых растворах концентрация ионов водорода выше, чем ионов гидроксила:

[Н⁺]>[ОН^-]

3) В щелочных растворах концентрация ионов гидроксила выше, чем концентрация ионов водорода:

[Н⁺]<[ОН^-]

Но как бы ни менялись концентрации ионов водорода и гидроксила, их произведение остается постоянным и равным (при t=22 ^оC) 10^-14.

Поэтому, зная концентрацию одного из ионов воды, можно вычислить концентрацию другого иона. Пусть концентрация ионов водорода равна:

[Н⁺] =5*10^-4 г-ион/л, тогда концентрация ионов гидроксила:

[ОН^-]= = =2*10^-11 г-ион/л или 2*10^-11 моль/л

Реакцию водного раствора принято количественно характеризовать концентрацией ионов водорода. Удобно вместо концентрации ионов водорода указывать взятый с обратным знаком показатель степени, в которую надо возвести число 10, чтобы получить числовое значение концентрации. Эта величина называется водородный показатель и обозначается рН.

Математически рН – это десятичный логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком:

рН=-lg[H⁺]

1) В нейтральном растворе рН = 7;

2) В кислом растворе рН < 7;

3) В щелочном растворе рН > 7

Зная рН раствора, можно вычислить концентрации ионов Н⁺ и ОН^-. И, наоборот, по величине концентрации ионов Н⁺ и ОН^- можно вычислить рН раствора.

Примеры решения задач

Пример 1. Вычислить водородный показатель – рН водного раствора КОН, содержащегося в растворе с концентрацией 4,2*10^-3 моль/л.

Решение:

Концентрация ионов ОН^- равна концентрации самой щелочи в растворе:

[OH^-] = 4,2 *10^-3 г-ион/л

Определим концентрацию ионов Н⁺:

[Н⁺]= = =0,24 *10^-11г-ион/л

Водородный показатель раствора КОН равен: рН=-lg[H⁺]=-lg 0,24*10^-11=11,62.

 

Пример 2. Определить концентрацию ионов ОН^- в растворе, рН которого равен 3,28.

Решение:

рН= -lg [H⁺]

lg[H⁺]=-3,28

[H⁺]=5,25*10^-4моль/л или 5,25 *10^-4 г-ион/л

Концентрация ионов ОН^-:

[ОН^-]= = =0,19*10^-10 моль/л или 0,19*10^-10 г-ион/л

 

Пример 3 Определить рН 0,17н раствора СН₃СООН, константа диссоциации которой равна 1,75*10^-5.

Решение:

Константа и степень диссоциации слабого электролита связаны между собой законом разбавления Оствальда:

α= = = =10^-2

Определим концентрацию ионов водорода в растворе СН₃ СООН:

[Н⁺]=С* α = 0,17*1*10^-2= 0,17*10^-2 моль/л или 0,17*10^-2 г-ион/л

Водородный показатель СН₃СООН:

рН=-lg[H⁺]=-lg 0,17*10^-2=2,77