pH раствора 4,4. Определить концентрацию ионов водорода в этом растворе.
Решение задачи
Перед решением данной задачи хочу напомнить, водородный показатель (pH) раствора численно равен десятичному логарифму концентрации ионов водорода в этом растворе.
Пусть искомая концентрация . Тогда, учитывая, что pH раствора 4,4, найдем концентрацию ионов водорода в этом растворе:
Таким образом,концентрация ионов водорода в растворе равна 4 ∙ 10-5 моль/л.
Ответ: концентрация ионов водорода = 4 ∙ 10-5 моль/л.
Химия 7-9 класс
10 баллов
1. Как рассчитать концентрацию ионов[H+],если известно значение pH?
2.Как рассчитать значение pOH концентрацию ионов [OH-] если
известна концентрация ионов [OH-]?
3.Какое значение pH будет иметь раствор с концентрацией ионов H+ 3.3 ×10 в минус 4 степени моль/л?
Ирина Каминкова
23.04.2020 12:26:23
1. Формула для вычисления водородного показателя: pH = -lg (H+)
Поэтому, если известно pH, то концентрация [H+] равна 10^(-pH) моль/л
2. Если изввестна концентрация ионов [OH-]
то значение pOH = -lg (OH-)
3. Если концентрация ионов [H+] равна 3,3*10^-4 моль/л
значение pH = -lg(3,3*10^-4) = -lg(3,3) + 4 = -0.52+4 = 3.48
Что-то кислое в районе кока-колы 😉
Ответ эксперта
Все предметы
Рейтинг пользователей
Концентрацию водородных и гидроксильных
ионов часто выражают через
отрицательные логарифмы и обозначают
соответственно рН и рОН. Величину рН
называют водородным показателем, рОН
—гидроксильным:
pH= -lg[H+],pOH= -lg[OH⁻].
Зная концентрацию водородных ионов,
можно определить рН и наоборот. В
нейтральной среде [H+]= 10-7Логарифмируем это уравнение:
lg[H+]
=lg10-7= -7lg10 = -7.
Меняем знаки на обратные:
-lg[H+]
=7;pH= -lg[H+]
=7.
Следовательно, в нейтральной среде
рН=7.
В кислом растворе [H+]>10-7(например 10-2),а рН < 7(в данном примере
рН = 2).В щелочной среде,
[H+] <
10-7(например10-8),
а рН > 7(в данном примере
рН=8).
Логарифмируем уравнение (4),
§ 1:
lg[H+]+lg[OH⁻]
=lg10-14= -14.
Меняем знаки на обратные:
-lg[H+]
-lg[OH⁻]
=14.
Taк кaк -lg[H+]
= pH,—lg[OH⁻]
=pOH, вместо уравнения
(1)можем. записать:
рН + рОН=14 (2)
По известному значению рН или рОН
вычисляют концентрацию ионов водорода.
Пример 1.Вычислить
концентрацию ионов водорода в растворе,
если рН = 6,7.
Решение:
рН = -lg[H+] = 6,7;lg[H+]
= – 6,7 = 7,3;
[H+]
= 210-10
Пример 2. Вычислить концентрацию
водородных и гидроксильных ионов
в растворе, если рОН =
4,34.
Решение:
pH = 14 – 4,34=9,66;lg[H+]
= -9,66= 10,34;
[H+]=
2,2 10-10
Вычислить [OH⁻]
можно двояко:
a) [OH⁻]
=KH2O/[H+]
= 10-14/2,210-10= 4,510-5
мoжно воспользоваться
значением величины рОН:
б) pOH= 4,34;lg[OH⁻]=
-4,34 =5,66;
[OH⁻]
= 4,5•10-5
Так как в нейтральной среде [H+]
= 10-7,в кислой [H+]
> 10-7,а в щелочной [H+]<
10-7,то:
в нейтральной среде рН = 7;
в кислой среде рН< 7;
в щелочной среде рН>7.
Это можно представить в виде схемы:
-
увеличение
кислотностирН
увеличение щелочности
0 1 2 3 4 5 6
7
8 9 10 11 12 13 14
кислая среда
нейтральная среда
щелочная среда
3. Концентрация ионов водорода в водных растворах кислот и щелочей
Концентрация ионов водорода в растворе
одноосновной сильной кислоты.К
сильным кислотам относятся галогеноводородные
(HCl,HBr,HI),,
серная, азотная, хлорная (НСlО4),
хлорноватая (НСlО3)
и другие. Схема диссоциации одноосновной
сильной кислоты:
НА⇄H+
+ А⁻.
Так как сильная кислота в растворе
диссоциирована практически полностью,
активность ионов водорода равна:
аН+
= скисл.
fН
(1)
гдескисл —молярная
концентрация кислоты,fH
— коэффициент активности
иона водорода.
ПриFH
= 1(сильно разбавленный
электролит)
aH+
= [H+] =cкисл.
(2)
Следовательно, в разбавленных растворах
сильных одноосновных кислот концентрация
ионов водорода, выраженная вг-ион/л,равна конценцентрации кислоты вмоль/лили вг-экв/л(для одноосновной
кислоты одно и то же).
Пример. Определить концентрацию ионов
водорода и рН в 0,05н.
растворе HCI.
Решение.
Так как [H+]
=скисл,
аскисл
= 0,05моль/л(по условию), то [H+]
= =0,05=5•10-2;
pH= -lg[H+]
= -lg5 •10-2 =
– (lg5 – 2 1g10) = – lg5+2.
Так какlg 5 ==
0,7,то рН =
2—0,7 =
1,3.
Концентрация ионов водорода в растворе
слабой одноосновной кислоты. Принимаем
следующие обозначения: кислота
—НА, ее концентрация —cкисл,
концентрация ионов водорода и ионов
аниона—соответственно
[H+] и [А⁻],
концентрация недиссоциированных молекул
—[НА], константа диссоциации
—Ккисл.
Уравнение диссоциации кислоты:
НА⇄H++А⁻.
Константа диссоциации:
Ккисл =
[H+][A⁻]/[HA]
Обозначим концентрацию диссоциированных
молекул кислоты черезх. Для
одноосновной кислоты [H+]
= [A⁻]
= х,[HA]
=cкисл—х.В растворе очень слабой кислоты
концентрация диссоциированных молекул
незначительна по сравнению с общей ее
концентрацией; поэтому разность
скисл—х
можно принять равнойскисл.
Тогда, пользуясь уравнением
(3),получим:
Ккисл = х2/скисл
Откуда
(4)
Логарифмируем уравнение (4):
lg[H+]
=½lgKкисл+½скисл
рН = рКкисл
+ рскисл/2
гдe pKкиcл
=—lgKисл;
рскисл= —lgскисл.
Показатель рКкисл— отрицательный
логарифм константы диссоциации слабой
кислоты — называется силовым показателем
кислоты.
Концентрация ионов водорода в растворе
одноосновной кислоты в присутствии её
соли. Уравнение диссоциации слабой
кислоты (НА) и ее соли (МА):
НА⇄ H++ А⁻–
МА⇄M++A⁻
Константа диссоциации кислоты:
Ккисл
= [H+] [А⁻]/[HА]
Концентрация анионов [А⁻]слагается из концентраций анионов
кислоты и анионов соли. Так как концентрация
анионов, образующихся при диссоциации
слабой кислоты, очень мала, то можно ею
пренебречь и концентрацию анионов [А⁻]
принять равной концентрации соли, т. е.
[А⁻]
= ccoли.
Концентрацию недиссоциированных молекул
слабой кислоты можно с достаточной
степенью точности принять равной общей
концентрации кислоты. Следовательно,
[НА] =скисл
Подставив эти значения в уравнение
константы диссоциации кислоты, получим:
Ккисл=[H+]ссоли/скисл
откуда
[H+] =Ккислскисл/ссоли
рН = рКкисл —lgскисл/ссоли
рН = рКкисл+рскисл—рссоли
(7)
Пример.Вычислить концентрацию
ионов водорода и рН раствора. содержащего
в 1л 0,03моляСН3СООН(К= 1,80 ·10-5)и 0,01моля СН3СООNа.
Решение.
Концентрацию ионов водорода определяем
из уравнения:
Ккисл= [H+]ссоли/скисл
Подставляя значение константы диссоциации
уксусной кислоты, ее
концентрации и концентрации ацетата
натрия, получаем:
[H+] = 1,8·10-5
0,03/0,01 =1,8·10-5·3
= 5,4·10-5,
рН = 5- lg5,4 = 5-0,74==4,26,
или
pH=pKкисл‑lg1,8·10-5‑lg(0,03/0,01)
=5-0,26-lg3=5-0,26-0,48-4,26.
Концентрация ионов водорода в растворе
слабой многоосновной кислоты. Двух-
и многоосновные кислоты диссоциируют
в несколько ступеней:
а) Н2А⇄Н++НА⁻(первая ступень),
б) НА ⇄Н+
+А⁻
(вторая ступень).
В растворах двух- и многоосновных кислот
устанавливается, несколько равновесий,
отвечающих различным ступеням диссоциации,
каждая из которых характеризуется своей
константой. Константы диссоциации по
первой и второй ступеням соответственно
равны:
K1иК2называют первой и второй константами
диссоциации кислоты. Например, константы
диссоциации угольной кислоты равны:
Фосфорная кислота имеет три константы
диссоциации:
Как видим, первая константа диссоциации
значительно больше второй, а вторая
больше третьей. При определении
концентрации ионов водорода в растворе
многоосновной кислоты в большинстве
случаев принимают во внимание лишь
первую ступень Диссоциации, если
константа ее не меньшее чем в
1000раз больше константы диссоциации
последующей ступени. Имея в виду первую
ступень диссоциации, все сказанное
относительно одноосновной кислоты
можно применить и для .многоосновных
кислот.
Пример. Имеется 0,025М
раствор H2S.Вычислить концентрацию ионов
водорода [H+],
гидросульфид-ионов [НS–]и
сульфид-ионов [S2⁻]
(KH2S=5,7•10-8;KHS
= 1,2 •10-15)
Решение
Все ионы водорода и гидросульфид-ионы
получены в результате диссоциации
сероводорода только по первой ступени:
H2S
⇆
H+
+HS⁻,
[H2S]
= 0,025; [H+]=
[HS⁻]
= x;
Oтcюдa
KH2S
= x2
/0,025
Ответ: [H+]= [HS⁻]
=3,77•10-7г-ион/л.
Иoны S2⁻
врастворе
сероводорода получаются в результате
диссоциации кислоты по второй ступени:
HS⁻
⇄H+ +
S2⁻.
Так как
[H+]= [HS–]
[S2⁻]
=1,2•10-15
Таким образом, в растворе слабой
двухосновной кислоты концентрация
двузарядного аниона (полученного от
диссоциации по второй ступени) равна
второй, константе диссоциации.
Концентрация, ионов гидроксила и рН
в растворах щелочи.Все сказанное о
вычислении концентрации ионов водорода
в растворах кислот может быть применено
и к вычислению концентрации гидроксильных
ионов в растворах щелочей и слабых
оснований.
Примем следующие обозначения:
основание—МеОН, константа диссоциации
основания —Косн,его концентрация —сосн,
—lgКосн
=рКосн, ‑lgсocн,
рсocн.
В водных растворах щелочи активность
ионов ОН⁻равна:
аОН-=сМеОН•fОН.
При f= 1[OH⁻]
=cосн
Для водных растворов слабого однокислотного
основания концентрация гидроксильных
ионов равна:
откуда:
Для водного раствора слабого основания
в присутствии его соли:
Примеры вычисления концентрации ионов
и рН в водных раствора: щелочей.
1.Вычислить [OH⁻]
и рН в 0,05н. раствореNaOH.
Решение: [ОН⁻]
-cNaOH
= 0,05 = 5•10⁻2
pOH= 2 ‑lg5
= 2 ‑0,70 =l,30,
pH= 14 ‑ 1,3 =
12,7.
2.Вычислить [ОН⁻]
и рН в 0,3н. раствореNH3.
Решение:
pOH= 3 -lg2,3 =
2,64;
рН = 14 – 2,64 =
11,36.
3.Вычислить рОН⁻и рН раствора аммиака, в 1 лкоторого
содержится0,5моляNH3 и 0,1моляNH4Cl.
Решение:
[OH⁻]=KNH3•cNH3
/cNH4Cl= 1,8•10-5•0,5 /0,1 = 9,0• 10-5
рОН = 5—lg9= 5 — 0,95 = 4,05,
рН = 14 — 4,05 = 9,95.
Соседние файлы в папке Razdatochnyy_material
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Как правильно рассчитать молярность кислот по значению рН их растворов
Задача 90.
Вычислите молярность раствора НСООН, имеющего рН 3,0.
Решение:
рН = 3,0;
КD(НСООН) = 1,77 · 10–4.
Водородный показатель (pH) раствора численно равен десятичному логарифму концентрации ионов водорода в этом растворе:
рН = -lg[H+]
Пусть искомая концентрация ионов водорода будет “х“. Тогда, учитывая, что pH раствора 3,0, найдем концентрацию ионов водорода в этом растворе:
-lg[H+] = -lgx = 3,0
Тогда
х = 1 · 10–3.
Таким образом,концентрация ионов водорода в растворе равна 1 · 10–3 моль/дм3.
Концентрации ионов [H+] и ионов [НCOO–] в растворе НCOOH равны:
НCOOH ⇔ НCOO– + H+
Обозначим искомую концентрацию уксусной кислоты через “у” и найдём его значение из выражения константы диссоциации, получим:
КD(НСООН) = [H+][НCOO–]/[НCOOH];
1,77 · 10–4 = (1 · 10–3)2/у;
у = (1 · 10–3)2/(1,77 · 10–4) = 5,65 · 10–3 моль/дм3.
Ответ: СМ(НСООН) = 5,65 · 10–3 моль/дм3.
Задача 91.
Определите молярность раствора НСN, имеющего рН 5,0.
Решение:
рН = 5,0;
КD(НСN) = 7,90 · 10–10.
Водородный показатель (pH) раствора численно равен десятичному логарифму концентрации ионов водорода в этом растворе:
рН = -lg[H+]
Пусть искомая концентрация ионов водорода будет “х“. Тогда, учитывая, что pH раствора 5,0, найдем концентрацию ионов водорода в этом растворе:
-lg[H+] = -lgx = 5,0
Тогда
х = 1 · 10–5.
Таким образом, концентрация ионов водорода в растворе равна 1 · 10–5 моль/дм3.
Концентрации ионов [H+] и ионов [CN–] в растворе НСN равны:
НСN ⇔ СN– + H+
Обозначим искомую концентрацию уксусной кислоты через “у” и найдём его значение из выражения константы диссоциации, получим:
КD(НСN) = [H+][CN–]/[НСN];
7,90 · 10–10 = (1 · 10–5)2/у;
у = (1 · 10–5)2/(7,90 · 10–10) = 0,127 моль/дм3.
Ответ: СМ(НСN) = 0,127 моль/дм3.
Задача 92.
Определите молярность раствора СН3СООН, имеющего рН 4,0.
Решение:
рН = 4,0;
КDСН3СООН) = 1,78 · 10–5.
Водородный показатель (pH) раствора численно равен десятичному логарифму концентрации ионов водорода в этом растворе:
рН = -lg[H+]
Пусть искомая концентрация ионов водорода будет “х“. Тогда, учитывая, что pH раствора 4,0, найдем концентрацию ионов водорода в этом растворе:
-lg[H+] = -lgx = 4,0
Тогда
х = 1 · 10–4.
Таким образом,концентрация ионов водорода в растворе равна 1 · 10–4 моль/дм3.
Концентрации ионов [H+] и ионов [СН3СОО–] в растворе СН3СООН равны:
СН3СООН ⇔ СН3СОО– + H+
Обозначим искомую концентрацию уксусной кислоты через “у” и найдём его значение из выражения константы диссоциации, получим:
КD(СН3СООН) = [H+][СН3СОО–]/[СН3СООН];
1,78 · 10–5 = (1 · 10–4)2/у;
у = (1 · 10–4)2/(1,78 · 10–5) = 5,6 моль/дм3.
Ответ: СМ(СН3СООН) = 5,6 моль/дм3.
Задача 93.
Вычислите молярность раствора C2H5COOH, имеющего рН 3,2.
Решение:
рН = 3,2;
КD(C2H5COOH) = 1,40 · 10–4.
Водородный показатель (pH) раствора численно равен десятичному логарифму концентрации ионов водорода в этом растворе:
рН = -lg[H+]
Пусть искомая концентрация ионов водорода будет “х“. Тогда, учитывая, что pH раствора 3,2, найдем концентрацию ионов водорода в этом растворе:
-lg[H+] = -lgx = 3,2
Тогда
х = 6,3 · 10–4.
Таким образом,концентрация ионов водорода в растворе равна 6,3 · 10–4 моль/дм3.
Концентрации ионов [H+] и ионов [C2H5COO–] в растворе C2H5COOH равны:
C2H5COOH ⇔ C2H5COO– + H+
Обозначим искомую концентрацию уксусной кислоты через “у” и найдём его значение из выражения константы диссоциации, получим:
КD(C2H5COOH) = [H+][C2H5COO–]/[C2H5COOH];
1,40 · 10–4 = (6,3 · 10–4)2/у;
у = (6,3 · 10–4)2/(1,40 · 10–4) = 2,84 · 10–3 моль/дм3.
Ответ: СМ([C2H5COOH) = 2,84 · 10–3 моль/дм3.
Теоретическое введение
Примеры решения задач
Задачи для самостоятельного решения
Теоретическое введение
Равновесие процесса диссоциации воды:
Н2О ↔ Н+ + ОН—
описывается константой Кw, которая носит название “ионное произведение воды”. Ионное произведение воды равно:
Кw = [Н+] [ОН— ] (1)
Для разбавленных водных растворов ионное произведение воды не зависит от состава раствора и постоянно при данной температуре. Так, Кw=10— 14 для воды, миллимолярных растворов К2SO4, H2SO4 и KOH при Т=298 К. Строго говоря, постоянство Кw справедливо в случае, когда аналитические концентрации ионов заменены их активностями (лишь для малых концентраций Н+ и ОН— значения концентрации и активности практически совпадают).
Процесс диссоциации Н2О идет с поглощением теплоты, поэтому при повышении температуры в интервале от 0 до 100оС величина Кw увеличивается.
Для практических целей удобно пользоваться не концентрацией ионов водорода, а её водородным показателем – отрицательным десятичным логарифмом – рН. Величина рН равна:
рН = — lg[H+]. (2)
Как выше отмечалось, более строгим является уравнение рН = – lg aН+, где aН+ – активность ионов водорода. Однако для практических целей при расчете рН разбавленных растворов обычно используется уравнение (2).
При этом:
рН + рОН = 14, (3)
где рОН = — lg[ОH—].
Для нейтральных растворов рН = 7, для кислых растворов рН < 7, а для щелочных растворов рН > 7. В аналитической практике редко приходится работать с растворами, рН которых выходит из интервала 0 ÷14. Тем не менее, в сильнощелочной среде рН может быть немного больше 14, а в очень кислой среде может принимать отрицательные значения.
Примеры решения задач
Задача 1. Вычислите рН 0,001М растворов HСl и КОН.
Решение. HСl и КОН являются сильными электролитами и в разбавленных растворах практически полностью диссоциируют на ионы. В растворе НСl: [Н+] = 0,001 моль/л.
рН = –lg [H+] = –lg 0,001 = 3
В растворе КОН: [ОН–] = 0,001 моль/л. рОН = –lg [ОH—] = –lg 0,001 = 3. рН=14 – 3 = 11.
Задача 2. Рассчитайте рН раствора КОН, 350 мл которого содержат 0,0035 моль КОН.
Решение.
КОН → К+ + ОН—
См(КОН) = 0,0035:0,35 = 0,01М. см(КОН) = [ОН–].
рОН = –lg [ОH—] = –lg 0,01 = 2.
рОН + рН = 14. рН = 14 – 2 = 12
или [Н+] = 10–14/[ОН–] = 10–14/0,01 = 10–12 моль/л.
рН = –lg 10–12 = 12.
Задача 3. Вычислите молярную концентрацию раствора Ba(OH)2, если рН раствора составляет 12 при 298 К.
Решение.
Ba(OH)2 → Ва2+ + 2ОН–
рОН = 14 – 12 = 2
-lg [ОH–] = 2, откуда [ОH–] = 0,01 М.
Cм(Ba(OH)2) = [ОH—]/2 = 0,01/2 = 0,005М.
Задача 4. Рассчитайте степень диссоциации и рН 0,01 М водного раствора аммиака при 298 К, если константа диссоциации NH4OH при указанной температуре равна 1,76·10–5.
Решение.
NH3 H2O ⇔ NH4+ + OH— или упрощенно: NH4ОH ⇔ NH4+ + OH—
KД = [NH4+]·[OH–]/[NH4OH],
Поскольку [NH4+]=[OH–] и Cм(NH4OH) ≈ [NH4OH], то
KД = [OH–]2/Cм(NH4OH)
[OH–] = √(KД·Cм(NH4OH)) = 4,2·10-4 моль/л.
[Н+] = 10-14/[ОН—] = 10-14/4,2·10-4 = 2,4·10-11 моль/л.
рН = –lg [H+] = –lg 2,4·10–11 = 10,6.
или 4,2 %.
Задача 5. К 1 л 0,01М раствора CH3CОOH добавили 6 г СН3СООNa. Определите рН полученного раствора при Т = 298 К, если при указанной температуре Кд(CH3CОOH) = 1,75·10–5.
Решение.
Присутствие в растворе CH3CОOH сильного электролита СН3СООNa приводит к сдвигу равновесия диссоциации уксусной кислоты влево в силу действия принципа Ле Шателье. В результате степень диссоциации уксусной кислоты уменьшается.
n(СН3СООNa) = 6:82 = 0,073 моль.
См(СН3СООNa) = 0,073/1 = 0,073 М
(считаем, что объем раствора после добавления 6 г СН3СООNa не изменился).
Ацетат–ионы в растворе образуются как за счет диссоциации уксусной кислоты:
CH3CОOH ⇔ СН3СОО– + Н+,
так и за счет диссоциации СН3СООNa:
СН3СООNa → СН3СОО— + Na+
Поскольку СН3СООNa в растворе диссоциирует полностью, то концентрацией ацетат-ионов, образующихся при диссоциации уксусной кислоты можно пренебречь, так как она мала по сравнению с величиной 0,073 моль/л. Принимаем, что:
См(CH3CОONa) = [CH3CОO—];
[CH3CОOH] = См(CH3CОOН).
Cледовательно,
[H+] = Кд · См(CH3CОOН) / [CH3CОO—]
[H+] = 1,75·10–5 · 0,01 / 0,073 = 2,4·10–6 моль/л.
рН = –lg2,4·10–6 = 5,6.
Задачи для самостоятельного решения
1. Определите величину рН 0,0001 М раствора HCl.
2. Определите рН 0,01 М раствора KOH.
3. рН раствора гидроксида бария равен 11. Определите концентрацию этого раствора.
4. Степень диссоциации в 0,01 М растворе муравьиной кислоты при некоторой температуре составляет 10 %. Определите рН этого раствора.
5. Рассчитайте рН 1 М раствора азотной кислоты. Степень диссоциации кислоты примите равной 100 %.
6. Определите, сколько граммов Ba(OH)2 необходимо растворить в 5 л воды, чтобы рН раствора стал равен 10.
7. Определите рН раствора H2SO4, титр которого равен 0,005 г/см3. Степень диссоциации серной кислоты примите равной 100 % по двум ступеням.
14.8. Степень диссоциации муравьиной кислоты в 0,34 М растворе составляет 2,3 %. Определите константу диссоциации HCOOH и рН этого раствора.
9. Вычислите рН 0,01М раствора NH4OH, содержащего в 1 л 0,02 моль NH4Cl при 298 К, если при указанной температуре Кд(NH4OH) = 1,76·10–5.
10. Как изменится рН, если к 0,2М раствору циановодородной (синильной) кислоты добавить 5 мл 1 мас.% раствора KCN, плотность которого равна 1,01 г/см3? Константа диссоциации HCN при 298 К составляет 4,9·10–10.