Водородный показатель
методическая разработка по физике (11 класс) на тему

Водородный показатель

Очень часто затруднения вызывает решение задач на водородный показатель.

 Постараемся рассмотреть некоторые задачи на эту тему, и может быть это кому-нибудь из учителей поможет при рассмотрении данной темы.

 Вода слабый электролит.         Н2О+ОН

Напишем выражение для константы диссоциации воды:

                   КД=

Перепишем это уравнение следующим образом:

                =К[H2O];    [H2O]Kд=

Произведение концентраций ионов водорода и гидроксид – ионов называется ионным произведением воды.

Установлено, что при 250С ионное произведение воды КН2О=10-14 

Ионное произведение величина постоянная.

Растворы, в которых концентрация, ионов водорода и гидроксид-ионов одинакова, называются нейтральными растворами. При 250С, как уже сказано, в нейтральных растворах концентрация, как ионов водорода, так и гидроксид-ионов, равна 10-7моль/л.

В кислых растворах больше концентрация ионов водорода, в щелочных-концентрация гидроксид-ионов. Но какова бы ни была реакция раствора, произведение концентраций ионов водорода и гидроксид-ионов остаётся постоянным.

        Нейтральный раствор    [н+]=10-7моль/л

                              Кислый раствор              [н+]>10-7моль/л

                              Щелочной раствор          [н+]<10-7моль/л

Кислотность или щёлочность раствора можно выразить другим, более удобным способом: вместо концентрации ионов водорода указывают её десятичный логарифм, взятый с обратным знаком. Последняя величина называется водородным показателем и обозначается рН. Например, если [н+]=10-5моль/л, то рН=5; если[н+]=10-9моль/л, то рН=9.

Отсюда ясно, что в нейтральном растворе р Н =7

                                  В кислых растворах      р Н<7

                                  В щелочных растворах р Н>7

 Задача №1. Определить концентрацию гидроксид-ионов, если концентрация ионов водорода равна

10-3 моль/л.

ДАНО:                                         РЕШЕНИЕ

[Н+]=10-3 моль/л          КН2О=[Н+][ОН-];     КН2О=10-14;         10-3>10-7;    

__________           [ОН-]===10-11моль/л;  [Н+]>7 среда кислотная.

[ОН-]=?                                                        Ответ. [ОН-]=10-11моль/л;  

Задача №2.Определить концентрацию ионов водорода, если концентрация гидроксид-ионов равна

10-5 моль/л.

ДАНО:                                 РЕШЕНИЕ

[ОН-]=10-5моль/л        КН2О=[Н+][ОН-];  [Н+]==10-9моль/л

_______________         [Н+]<10-7    cреда щелочная.         Ответ. [Н+]=10-9моль/л

[Н+]=?

 Задача №3. Определить концентрацию ионов водорода, если р Н раствора равен 1,6

ДАНО:                                     РЕШЕНИЕ

р Н=1,6                     р Н=-lg[H+];     [H+]=10-р Н;      [Н+]=10-1,6 0,025 =2,510-2

________

[Н+]=?

Задача №4. Концентрация ионов водорода в растворе равна 410-3моль/л.

Определите р Н раствора.

ДАНО:                                      РЕШЕНИЕ

[Н+]=410-3моль/л          р Н= -lg[H+];     р Н=-lg410-3 = -(lg4+lg10-3)= -(lg4-3)=

________________           =3-lg4 =3-0,6 = 2,4

р Н=?

Задача №5. Чему равна концентрация гидроксид-ионов в растворе р Н которого равна 10,8

ДАНО:                                       РЕШЕНИЕ

р Н =10,8                         р Н =-lg[H+];    [H+]=10-PH;   [H+]=10-10,8;

__________                     KH2O=[H+][OH-];    [OH-]==10-3,2=6,3110-4/

[ОН-]=?

 Задача №6. Чему равна молярная концентрация растворов HNO3 и NaOH, если для первого раствора  р Н =2, а для второго-13?

Для сильных электролитов [Н+]=СМ (молярной концентрации)

ДАНО:                                 РЕШЕНИЕ

 р Н(HNO3)=2                     HNO3H++NO3-

_____________                   т. к. кислота одноосновная [HNO3]=[H+];

C(HNO3)=?                          p H =2[H+]=10-2моль/л. [H+]=C, тогда С(HNO3)=10-2моль/л

С(NaOH)=?                          NaOHNa++OH-;     [OH-]=[NaOH](т. к. основание однокислотное).   р Н =13; [H+]= 10 -p H; [H+]=10-13;   [OH-]=;  [OH-]==10-1моль/л.

        С(NaOH)=[OH-];   C(NaOH)=10-1моль/л

Для слабых электролитов [Н+]=, отсюда видно, что для слабых электролитов

необходимо знать константу диссоциации. (Кg-это справочный материал).

Задача №7.Какое значение р Н раствора, в котором а) концентрация HCN=0,1моль/л, в) молярная концентрация CH3COOH=5,7510-4моль/л

ДАНО:                                      РЕШЕНИЕ

С(HCN)=0,1моль/л         а)p H = -lg[H+]; [H+]==0,88810-5моль/л

Кд(HCN)=7,910-10          p H = -lg0,88810-5= -(lg0,888+lg10-5)= -(lg0,888-5)=5- lg0,888

C(CH3COOH)=5,7510-4           =5,05

Кq(CH3COOH)=1,810-5 

______________________

р Н =?                                б) р Н =- lg[H+];    [H+]=

        ==1,01710-4

                                                        p H = -lg1,01710-4 = -(lg1,017+lg10-4)= -(lg1,017-4) =

                                           =4-lg1,017=3,99

р Н можно вычислить и для солей, когда даётся буферный раствор, т. е. соль + кислота или соль + основание.

ПРИМЕР: слабая кислота и её соль.

CH3COOHCH3COO- +H+

CH3COONaCH3COO- +Na+

KK=;    [H+]= ;   CC =;   CK= .

[CH3COO-]=CКИСЛОТЫ(СК)

[CH3COO-]=CСОЛИ(СС)

КК-константа диссоциации кислоты, справочный материал.

 р Н= р К - lg;     р К = -lgК

 Задача №1 Рассчитать концентрацию ацетата натрия в 0,01 молярном  растворе уксусной кислоты, р Н которого равен 5.

ДАНО:                                                РЕШЕНИЕ

р Н =5                                               р Н=р К - lg;    5=4,75 -lg;

Кк=1,810-5        lgCCОЛИ=lg0,01+5-4,75;  lgCC= -2+0,25

С(сн3соон)=0,01моль/л                    lgCc= - 1,75

____________________        Cc=10-1,75 =0,01778моль/л

Сс=?

Можно решить через формулу Сс= ;   р Н =-lg[H+];   [H+]=10-PH

[H+]=10-5;      Cc=0,01=0,018моль/л

Справка: Кк=1,810-5; следовательно р К=4,75

ПРИМЕР: слабое основание и его соль

  NH4OHNH4++OH-

    NH4ClNH4++Cl-

КОСНОВ.=;    [OH-]=;

Cсоли=;                        КОСН=;

р ОН=р Косн-lg;       р ОН заменем на р Н и тогда р Н =14-р ОН отсюда

р Н =14- (р Кон- -lg=14-р Косн+lg;

 Задача №2 Рассчитать концентрацию хлорида аммония в 0,02 молярном растворе гидроксида аммония, р Н раствора которого равен 3.

ДАНО:                                         РЕШЕНИЕ

р Н =3                                Cсоли=;   [OH-]=; p H= -lg[H+];[H+]=10-pH

СNH4OH =0,02моль/л                [H+]=10-3; [OH-]==10-11моль/л

Косн=1,810-5        Ссоли==3,6104

р К =4,75

___________________

Ссоли=?                              

МОЖНО РЕШИТЬ ПО ДРУГОМУ:

 р ОН=р Косн-lg  т. к. р Н даётся, то его выразим так: р Н=14-(р Косн - lg)

3=14-4,75+lg;        lgCcоли= +lg0,02-3+9,25;             lgCc=-1,699-3+9,25;

lgCc=4,55;         Cc=104,551;         Cc=35563 или Сс =3,6104