ДЛЯ ВЧИТЕЛІВ СЕРЕДНІХ ШКІЛ,
СТУДЕНТІВ ПЕДАГОГІЧНИХ ВНЗ І ШКОЛЯРІВ 9-10 КЛАСІВ,
Вирішили присвятити СЕБЕ ХІМІЇ І природознавства
ПІДРУЧНИК задачник ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ НАУКОВІ РОЗПОВІДІ ДЛЯ ЧИТАННЯ
У реакціях між сильними кислотами і підставами (лугами), що проходять у водних розчинах, якщо ви стикалися з одне і те ж кількість теплоти в розрахунку на 1 моль води, що утворюється, а саме 58 кДж / моль:
HCl + NaOH = H2 O + NaCl, Н = -58 кДж / моль,
HCl + КOH = H2 O + КCl, Н = -58 кДж / моль,
Згадайте, що чисельне значення теплоти нейтралізації, рівне 58 кДж / моль, ви отримали, виконуючи експеримент по визначенню теплових ефектів хімічних реакцій!
Всі рівняння записані молекульним (молекулярним) способом: формули вихідних речовин і продуктів реакції представлені для молекул, навіть якщо такі молекули і не існують у водному розчині.
У всіх наведених реакціях утворюється одну спільну речовина - вода. Тому можна припустити, що тепловий ефект таких реакцій в розчині обумовлений утворенням води з іонів водню (протонів) і гідроксид-іонів, що знаходяться в розчинах всіх цих реагентів в однаковому стані. Цей факт дуже важливий для доказу іонного поведінки кислот, підстав і солей у водних розчинах.
Всі перераховані реакції - це реакції нейтралізації сильної кислоти сильною основою. Рівність теплових ефектів цих реакцій доводить, що кислоти, підстави і утворюються солі знаходяться в іонному стані. З урахуванням цього рівняння кожної реакції можна записати молекульно-іонним або молекулярно-іонним способом. в якому сильні електроліти представляють у вигляді іонів, а слабкі - у вигляді молекул. наприклад:
H + + Cl - + Na + + OH - = H2 O + Na + + Cl -. Н = -58 кДж / моль.
Очевидно, одні і ті ж іони, що входять в праву і ліву частини рівняння реакції, можна не записувати. Тоді всі наведені вище чотири рівняння реакції можуть бути виражені одним рівнянням:
Такий спосіб написання рівнянь реакцій носить назву скороченого молекульно-іонного або молекулярно-іонного.
Зауважимо, що запис формул сильних електролітів у вигляді формул молекул принципово неправильна, т. К. В водному розчині немає таких речовин, як HCl, HNO3. NaOH, KOH, NaCl, KCl, NaNO3. KNO3. а є тільки іони цих речовин. У молекульном вигляді рівняння може бути записано, якщо реакція проходить в газоподібному стані, між кристалами або в неводному розчині, в якому речовини не дисоціюють на іони.
Рівняння реакцій у вигляді формул молекул записують для неелектролітів, слабких елетролітов, газоподібних і малорозчинних у воді речовин.
Далі в якості прикладу наведено рівняння реакцій нейтралізації за участю слабких електролітів:
1) CH3 COOH + NaOH = CH3 COONa + H2 O (невірний запис для водного розчину!),
CH3 COOН + OH - = CH3 COO - + H2 O (записувати тільки так!);
2) NH4 OH + HCl = NH4 Cl + H2 O (невірний запис для водного розчину!),
NH4 OH + H + = + H2 O (записувати тільки так!);
CH3 COOH + NH4 OH = + CH3 COO - + H2 O (записувати тільки так!).
Однак, якщо вас попросять відповісти на питання, які речовини залишаться в чашці після випарювання розчину, ви можете впевнено написати формули солей, що містять в своєму складі іони.
записане в зворотному напрямку:
Н2 О = Н + + ОН -. Н = 58 кДж / моль,
є рівняння дисоціації води як слабкого електроліту.
У воді і водних розчинах концентрації іонів Н + і ОН - взаємопов'язані константою дисоціації води:
Мольная концентрація води через її вкрай незначною дисоціації залишається постійною, тому вона дорівнює [Н2 О] = 1000/18 = 55,56 моль / л. Об'єднаймо константу рівноваги дисоціації води з постійним значенням її концентрації:
Отримана величина називається іонним твором водиКв:
Цей твір відповідно до закону діючих мас, будучи константою рівноваги, не залежить від концентрацій іонів водню і гідроксид-іонів і постійно при даній температурі.
У чистій воді або нейтральному (НЕ кислотному, що не лужному) розчині концентрації іонів водню і гідроксид-іонів рівні:
У чистій воді або нейтральному водному розчині концентрація іонів водню дорівнює
а концентрація гідроксид-іонів дорівнює:
Якщо в чисту воду додати іони водню (долити кислоту), то вийде кислотний розчин, в якому концентрація іонів водню буде більше 1 • 10 -7 моль / л:
[Н +]> 1 • 10 -7 моль / л.
Якщо в чисту воду додати гідроксид-іони (долити лугу), то вийде основний (лужної) розчин, в якому концентрація іонів водню буде менше 1 • 10 -7 моль / л:
[Н +] <1•10 –7 моль/л.
[ОН - -] <1•10 –7 моль/л,
а в основних розчинах:
[ОН -]> 1 • 10 -7 моль / л.
Користуватися такими значеннями концентрацій, вираженими у вигляді числа 10 в негативній ступеня, дуже незручно, і було запропоновано застосовувати негативні десяткові логарифми концентрацій іонів водню і гідроксид-іонів і позначати їх відповідно рН і рОН:
Величина рН називається водневим показником.
Прологаріфміровав вираз
[Н +] [ОН -] = 1 • 10 -14,
lg [Н +] + lg [ОН -] = -14.
Для водних розчинів виконується співвідношення:
Для нейтральних розчинів рН = 7, для кислотних розчинів рН <7, для основных (щелочных) растворов рН> 7.
Зміна рН на одиницю відповідає зміні концентрації водневих іонів в 10 разів.
Прийнято вважати сильнокислотную розчинами ті розчини, рН яких дорівнює 1-2, слабокислотні - 4-5, нейтральними - близько 7, слаболужними - 9-10 і лужної - 12-13.
Розглянемо деякі типові приклади розрахунків рН і концентрацій іонів водню в розчинах кислот і підстав.
Обчислення бажано проводити на найпростішому електронному калькуляторі для інженерних розрахунків.
Приклад 1. Чому дорівнює рН 0,01 М розчину соляної (соляної) кислоти?
Щоб дати правильну відповідь, слід написати рівняння дисоціації. Хлороводородная кислота - сильна кислота, тому з 0,01 моль НCl у водному розчині утворюється по 0,01 моль іонів водню і хлорид-іонів:
Концентрація іонів водню дорівнюватиме концентрації сильної одноосновної кислоти:
с (Н +) = 0,01 моль / л. Звідки
рН = -lg 0,01 = -lg 10 -2 = - (- 2) = 2.
Приклад 2. Розрахуйте рН 0,001 розчину гідроксиду натрію.
Гідроксид натрію у водному розчині - сильний електроліт, тому
Концентрація гідроксид-іонів буде дорівнює концентрації сильного однокіслотного підстави:
з (ОН -) = 0,001 моль / л. Звідки
рОН = -lg 0,001 = -lg 10 -3 = - (- 3) = 3,
рН = 14 - рОН = 14 - 3 = 11.
Приклад 3. Припускаючи, що дисоціація сірчаної кислоти як сильного електроліту проходить по першій ступені, розрахуйте рН розчину кислоти концентрації 0,123 моль / л.
рН = -lg 0,123 = -lg (1,23 • 10 -1) = -lg 1,23 + (- lg 10 -1) =
-0,0899 + [- (- 1)] = -0,0899 + 1 = 0,91.
Приклад 4. Розчин соляної кислоти має рН = 3. Розрахуйте концентрацію іонів водню в цьому розчині.
-lg з (Н +) = 3. Отже, з (Н +) = 10 -3 = 0,001 моль / л.
Приклад 5. Розчин соляної кислоти має рН = 3,21. Розрахуйте концентрацію іонів в цьому розчині і концентрацію кислоти.
-lg з (Н +) = 3,21, значить, з (Н +) = 10 -3,21 = 0,00062 моль / л.
Концентрація сильної соляної кислоти дорівнює концентрації іонів водню.
Зауважте, ми умовно говоримо про концентрацію соляної кислоти НСl, адже в розчині немає молекул НСl, а тільки іони водню і хлорид-іони.
Приклад 6. Розчин гідроксиду натрію має рН = 12,4. Розрахуйте концентрацію гідроксид-іонів, іонів водню і концентрацію гідроксиду натрію в цьому розчині.
с (Н +) = 10 -12,4 = 10 -13 • 10 0,6 = 3,98 • 10 -13 моль / л.
Далі, рОН = 14 - рН = 14 - 12,4 = 1,6.
Отже, з (ОН -) = 10 -1,6 = 0,025 моль / л. Концентрація сильного електроліту гідроксиду натрію дорівнює концентрації гідроксид-іонів.
Зауважте, ми умовно говоримо про концентрацію гідроксиду натрію, адже в розчині немає молекул цієї речовини, а тільки іони натрію і гідроксид-іони.