Как найти молярную концентрацию гидроксид ионов

Вычисление приближенных значений коэффициентов активности ионов, ионное произведение воды

Задача 535. 
Найти приближенные значения коэффициентов активности ионов  Cl^–,  SO₄^2-, PO₄^3-  и [Fe(CN)₆]^4- в растворе с ионной силой 0,0001.
Решение:
Активность концентрации иона в растворе электролита пропорциональна его концентрации  C_M, моль/л: (ион) = fC_M, где f – коэффициент активности иона.
Значение коэффициента активности иона рассчитаем по формуле  получим:

Ответ: f(Cl^–) = 0,99; f(SO₄^2-) = 0,95; f(PO₄^3-) = 0,90; f{[Fe(CN)₆]^4-} = 0,83.  

Задача 536.
Найти молярную концентрацию ионов H⁺ в водных растворах, в которых концентрация гидроксид-ионов (в моль/л) составляет: а)  10^-4; б)  3,2 ^. 10^-6; в) 7,4 ^. 10^-11. 
Решение:
Ионное произведение воды – это произведение концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов, образующихся при диссоциации воды: 

K(H₂O) = [H⁺] ^. [OH^–] = 10^-14.                       .

Подставляя в это уравнение е данные задачи, рассчитаем молярную концентрацию ионов водорода, получим:

Ответ: а) 10-3 моль/л; б) 6,5 ^. 10^-8 моль/л; в) 1,4 ^. 10^-12 моль/л. 

Задача 537.
Найти молярную концентрацию ионов OH^– в водных растворах, в которых концентрация ионов водорода (в моль/л) равна: а) 10^-3; б) 6,5 ^. 10^-8; в) 1,4 ^. 10^-12.
Решение:
Ионное произведение воды – это произведение концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов, образующихся при диссоциации воды: 

K(H₂O) = [H⁺] ^. [OH^–] = 10^-14.                    . 

Подставляя в это уравнение е данные задачи, рассчитаем молярную концентрацию ионов водорода, получим:

Ответ: а) 10^-11 моль/л; б) 1,54 ^. 10^-7 моль/л; в) 7,14 ^. 10^-3 моль/л.

Вычислите концентрации гидроксид ионов (OH^—) в растворе, pH которого равен 3,28.

Решение задачи

Водородный показатель (pH) раствора численно равен отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов водорода в этом растворе.

По значению pH определяем концентрацию ионов водорода ([H⁺]) в растворе:

-lg[H⁺] = -lg х = 3,28

lg х = -3,28

х = 5,25 ⋅ 10^-4 (моль/л).

Ионное произведение воды (K_H2O) – произведение концентраций ионов водорода ([H⁺]) и гидроксид-ионов ([OH^—]):

 

Исходя из ионного произведения воды, найдем концентрацию гидроксид ионов ([OH^—]):

Концентрацию гидроксид ионов ([OH^—]) в растворе определяют по значению ионного произведения воды:

[OH^—] = 10^-14 /5,25 ⋅ 10^-4=0,19 ⋅ 10^-10 (моль/л).

Ответ:

концентрация гидроксид ионов равна 0,19 ⋅ 10^-10 моль/л.

Уравнение
диссоциации бинарного электролита в
общем виде:

A_aB_b

aA^z+
+ bB^z−

Степень диссоциации,
по определению, равна отношению числа
моль A_aB_b,
распавшегося на ионы, к общему числу
моль A_aB_b.

Пусть объём раствора
равен одному литру. Тогда общее число
моль A_aB_b
− это молярная концентрация электролита
c.

При распаде одного
моля A_aB_b
образуется «a»
моль ионов A^z+.
Следовательно, число моль электролита
A_aB_b,
распавшегося на ионы, в «a»
раз меньше, чем молярная концентрация
ионов A^z+,
т.е. равна
(концентрацию ионов принято обозначать
в квадратных скобках).

Используя определение
степени диссоциации, получаем:

;

.

Поскольку, по
определению, степень диссоциации равна
отношению числа моль электролита,
распавшегося на ионы, к общему числу
моль электролита, а для одного литра
раствора это, как мы установили, величины,
соответственно равные
иc,
то:

;

.

Таким образом,
концентрация
ионов связана с молярной концентрацией
электролита следующим
образом:

;

.

Эти формулы
применимы и к слабым, и к сильным
электролитам.

Рассмотрим примеры.

Найдём
концентрацию ионов в 0,1 М растворе
Cr₂(SO₄)₃,
если степень диссоциации 60 %.

Cr₂(SO₄)₃

2Cr³⁺
+ 3SO₄²⁻

[Cr³⁺]
= 2c
= 2∙0,1∙0,6 = 0,12 моль/л.

[SO₄²⁻]
= 3c
= 3∙0,1∙0,6 = 0,18 моль/л.

В указанные
соотношения входит именно молярная
концентрация. Если в условии задачи
приведены другие способы выражения
концентрации раствора, то необходимо
сначала определить молярную концентрацию.

Например, в условии
данной задачи могла быть дана нормальность
раствора сульфата хрома (III),
равная 0,6 г-экв/л, или же сказано, что
концентрация составляет 39,2 г/л (проверьте
самостоятельно, что это 0,1 М раствор).

Для
растворов кислот и оснований
приведённые соотношения особенно важны
для определения молярных концентраций
соответственно ионов водорода и
гидроксид-ионов.

Например, для
раствора серной кислоты

H₂SO₄

2H⁺
+ SO₄²⁻

[H⁺]
= 2c;

Для раствора
аммиака

NH₃∙H₂O

NH₄⁺
+ OH⁻

[OH⁻]
= c;

Рассмотрим пример
ещё одного задания.

Найдем
степень диссоциации гидрата аммиака в
его 0,23 М растворе, если в трех литрах
раствора содержится 0,0045 моль ионов
аммония.

В формуле
известно значениеc.
Молярную концентрацию ионов NH⁺
найдем, составив пропорцию:

в
3 л содержится 0,0045 моль NH₄⁺

в
1 л » x
моль NH₄⁺

[NH₄⁺]
= x
= 0,0015 моль/л

Вычислим:
,
или 0,65 %.

3) Водородный показатель (рН) растворов, ионное произведение воды, шкала рН.

Ионное
произведение воды K_в
− постоянная при данной температуре
величина. При стандартной температуре

K_в
= [H⁺][OH⁻]
= 10⁻¹⁴.

Произведение
концентраций ионов H⁺
и OH⁻
не меняется, следовательно, во сколько
раз увеличивается концентрация ионов
H⁺,
во столько же раз уменьшается концентрация
OH⁻,
и наоборот.

Водородный
показатель рН = −lg[H⁺].

В нейтральной
среде, когда [H⁺]
= [OH⁻],
[H⁺]
= 10⁻⁷
и рН = 7;

В кислой среде
[H⁺]
> 10⁻⁷
и рН < 7;

В щелочной среде
[H⁺]
< 10⁻⁷
и рН > 7.

Пусть рН = 10. Тогда
[H⁺]
= 10⁻¹⁰ моль/л,
а
.

В данном растворе
концентрация ионов OH⁻
больше
концентрации ионов H⁺
в
раз, или в миллион раз. Концентрация
ионовOH⁻
больше, чем в нейтральной среде в
раз, или в тысячу раз.

Рассмотрим схему
решения задач,
в которых требуется найти
рН в растворах кислоты или основания.
Не забывайте, что в растворах оснований
рН > 7.

I.
В условии даны «c»
и
«».

а) Написать уравнения
диссоциации.

б) Вычислить для
кислоты [H⁺]
= a∙c;

для основания
[OH⁻]
= b∙c.

Здесь «a»
− число ионов водорода и «b»
число гидроксид-ионов, которые образуются
при диссоциации одной молекулы
соответственно кислоты и основания
(см. примеры в пункте 2).

в) Для основания
вычислить
.

г) Зная [H⁺],
определить рН.

II.
В условии нет значения «».
Тогда для слабых электролитов «»
определяется через константу диссоциации
,
а для разбавленных растворов сильных
электролитов принимается, что
равно 1.

Например, определим
рН в 0,001 М растворе NaOH.
Концентрация гидроксид-ионов совпадает
с молярной концентрацией щелочи:

[OH⁻]
= c
= c∙1=
c
= 0,001 = 10⁻³
моль/л.

Найдём:

;

рН = −lg[H⁺]
= −lg10⁻¹¹
= 11.

III.
Если в условии задачи нет значения «c»,
то там содержится вся необходимая
информация для определения молярной
концентрации. Например, может быть
приведена нормальность, или процентная
концентрация и плотность раствора, или
число моль электролита в известном
объёме раствора (см. комментарии к
решению задач №1 ВКР-2).

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах. 

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте. 

Как быстро и эффективно исправить почерк?  Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.