Химия

Общий тест

11. Электролитическая диссоциация. Ионные уравнения реакций

11.7. Водородный показатель (рН). Кислотно-основные индикаторы

Молярные концентрации ионов H⁺ и OH⁻ в водных растворах взаимосвязаны: при увеличении концентрации ионов водорода (добавление кислоты) концентрация гидроксид-ионов уменьшается, а при увеличении концентрации гидроксид-ионов (добавление щелочи) уменьшается концентрация ионов водорода. При этом произведение равновесных молярных концентраций ионов H⁺ и OH⁻ остается постоянным:

c(H⁺) ⋅ c(OH⁻) = 10⁻¹⁴,

поэтому, зная концентрацию одного из ионов (Н⁺ или ОН⁻), можно найти концентрацию другого, например:

с(ОН⁻) = 10⁻¹⁴/с(Н⁺).

Растворы, в которых c(H⁺) = c(OH⁻), называются нейтральными, а растворы, в которых c(H⁺) > c(OH⁻) и c(H⁺) < c(OH⁻) — соответственно кислыми и щелочными.

Для характеристики кислотно-основных свойств среды на практике удобно использовать так называемый водородный показатель pH, который равен показателю степени молярной концентрации ионов водорода, взятому с противоположным знаком, например: c(H⁺) = 10⁻², pH = −(−2) = 2, а точнее: pH = −lg c(H⁺).

Шкала изменения рН водных растворов электролитов:

В табл. 11.4 приведены характеристики сред различного типа с указанием окраски в них некоторых индикаторов.

Таблица 11.4

Характеристика различных сред и кислотно-основных индикаторов

Тип среды	Значение pH	Соотношение концентраций ионов H⁺ и OH⁻	Цвет индикатора
Тип среды	Значение pH	Соотношение концентраций ионов H⁺ и OH⁻	Лакмус фиолетовый	Фенолфталеин	Метилоранж
Нейтральная	pH = 7	c(H⁺) = c(OH⁻)	Фиолетовый	Бесцветный	Оранжевый
Кислая	pH < 7	c(H⁺) > c(OH⁻)	Красный	Бесцветный	Красный
Щелочная	pH > 7	c(H⁺) < c(OH⁻)	Синий	Малиновый	Желтый

1. Чем меньше значение pH, тем больше кислотность раствора и концентрация в нем ионов водорода и меньше концентрация гидроксид-ионов.

2. Чем больше значение pH, тем больше щелочность раствора и концентрация в нем гидроксид-ионов и меньше концентрация ионов водорода

В организме человека различные жидкости имеют разное значение pH: 1,7 — желудочный сок; 7,4 — кровь; 6,9 — слюна; 7,0 — слезы (у здорового человека).

Пример 11.7. В растворе объемом 200 см³ находится серная кислота массой 0,098 г. Считая диссоциацию полной по обеим стадиям, определите pH раствора.

Решение.

M(H₂SO₄) = 98 г/моль; V(р-ра) = 200 см³ = 0,2 дм³.

Записываем уравнение электролитической диссоциации и проводим расчеты:

$H_{2} {SO}_{4} = 2 H^{+} + {SO}_{4}^{2 -}$ ,

n(H₂SO₄) = m(H₂SO₄)/M(H₂SO₄) = 0,098/98 = 0,001 (моль),

n(H⁺) = 2n(H₂SO₄) = 0,002 моль;

с(H⁺) = n(H⁺)/V _(р-ра) = 0,002/0,2 = 0,01 = 10⁻² (моль/дм³),

pH = 2.

Ответ: 2.

Пример 11.8. В растворе одноосновной кислоты HAn число непродиссоциировавших молекул в 10 раз больше суммарного числа ионов H⁺ и An⁻. Определите pH раствора, если исходная молярная концентрация кислоты равна 0,021 моль/дм³.

Решение. Записываем схему процесса диссоциации

Пусть молярная концентрация продиссоциировавшей кислоты равна x (моль/дм³). Тогда согласно схеме имеем:

$\frac{0,021 - x}{x + x} = 10$ .

Откуда

x = 0,001 моль/дм³ = 10⁻³ моль/дм³.

c(H⁺) = x = 10⁻³ моль/дм³, т.е. pH = 3.

Ответ: 3.

Пример 11.9. Укажите, при растворении каких веществ в воде pH образующегося раствора меньше 7: а) NH₃; б) SO₃; в) CO; г) HCl.

1) а, б;

2) б, г;

3) б, в, г;

4) а, в, г.

Решение. Значение рН раствора уменьшается, если при растворении вещества образуется кислота.

Кислота образуется при растворении в воде SO₃ (SO₃ + H₂O = = H₂SO₄) и HCl. В этих случаях pH < 7.

При растворении в воде аммиака образуются ионы OH⁻ (pH > 7):

${NH}_{3} + H_{2} O ⇄ {NH}_{3} \cdot H_{2} O ⇄ {NH}_{4}^{+} + {OH}^{-}$

Оксид углерода(II) является несолеобразующим оксидом и с водой при обычных условиях не реагирует (pH = 7).

Ответ: 2).