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 1016 55,56 1014 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(4,7 105 ) 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 NH4 OH [NH4 ][OH ] K 1,8 10 5 [NH3 H2O] [NH4 ] [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(4,2 104 ) 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 NH4 OH NН4Cl = NH4+ + Cl− Смещение ионного равновесия в растворе аммиака [NH4 ][OH ] K [NH3 H2O] [OH ] [NH3 H2O] CNH3 [OH ] [NH4 ] Cсоли pH не изменяется K [NH3 H2O] [NH4 ] K CNH3 Ссоли при разбавлении при добавлении сильной кислоты NH3 H2O + H+ = NH4 H2О при добавлении щелочи NH4 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