Расчет рН водных растворов

1. Сильные кислоты:

НА + Н₂О → Н₃О⁺ + А^–; (НCl +Н₂О = Н₃О⁺ + С1^–)

[H⁺] = [HA] =[H₃O⁺]

рН = lg[HA].

При концентрации кислоты с_к ≤ 10^–5 моль/дм³ рН рассчитывают с учетом ионного произведения воды:

[H⁺] = с_к + .

[H⁺] = .

Получить индивидуальное задание по качественному анализу у преподавателей (см. учебный стенд!)

Самостоятельная работа. Вычислить рН раствора азотной кислоты с концентрацией 10–7 моль/дм3 с учетом и без учета автопротолиза воды.

2. Сильные основания:

В + 2Н₂О → ВН₃О⁺ + ОН^–;

NaOH → Na⁺ + OH^–;

[OH^–] = с_В;

рН = 14 + lgс_В.

3. Слабые кислоты:

НА +Н₂О Н₃О + А^–

Кр =

Кр [H₂O]= К_а=

[H₃O⁺] = [A^–]

К_а =

[H₃O⁺] = [H⁺] =

рН = ½ рК_а – ½ lgС_к

4. Слабые основания

(NН₄ОН, пиридин)

В + 2Н₂О ВН₃О⁺ + ОН^– В + Н₂О = ВН⁺ + ОН^–

Кр = Кр[H₂O]² = K_в

К_в= [BH₃O⁺] = [OH]

К_в =

[OH^–] = рОН = 1/2рК_в –1/2 lgС_осн

рН = 14 – ½ рК_b + ½ lgС_o

Расчет рН солей

а) негидролизующиеся соли: NаС1, NaNO₃, Na₂SO₄ – рН = 7

б) гидролизующиеся соли – соли слабых кислот и/или оснований (гидролиз – взаимодействие ионов соли с водой, образуются слабые электролиты, при этом изменяется рН):

по аниону, рН > 7

СН₃СООNa + H₂O СН₃СООН + NaОН,

CH₃COO^– + H₂O СН₃СООН + ОН^–,

по катиону, рН < 7

NH₄Cl + H₂O NH₄ОН + НCl,

NH₄⁺ + H₂O NH₄ОН + Н⁺;

по катиону и аниону, рН  7

NH₄CH₃COO + H₂O NH₄ОН + CH₃COOН,

NH₄⁺ + CH₃COO^– + H₂O NH₄ОН + CH₃COOН.

Согласно теории Бренстеда–Лоури СН₃СОО^– – слабое сопряженное основание слабой кислоты СН₃СООН:

рН = 14 – 1/2рК_в + 1/2lgс_в

рК_в + рК_а = 14

с_в = с_соли

рН = 14 –1/2(14 – рК_а) + 1/2lgс_соли

рН = 7 + 1/2рК_а + 1/2lgс_соли.

NH₄⁺ – слабая сопряженная кислота слабого основания NH₄ОН:

рН = 1/2рК_а – 1/2lgс_а

рК_а = 14 – рК_в

рН = 7 – 1/2рК_в – 1/2lgс_соли.

Соль слабые кислоты и слабого основания

рН = 1/2рК_w + 1/2рК_а – 1/2рК_в

Буферные смеси

Понятие буферной смеси ввел Ван-Слайк – биохимик, в организме человека и животных протекают процессы гомеостаза, т.е. поддержания рН крови на определенном уровне. Незначительные изменения рН плазмы крови вызывают патологические изменения (ацидоз, алкалоз).

В аналитической химии использование буферных смесей связано с тем, что многие реакции протекают только при определенном значении рН раствора, изменение рН приводит к смещению химического равновесия в противоположную сторону.

Буферный раствор – это смесь слабой кислоты или основания с их солями. Согласно теории Бренстеда-Лоури буферные растворы – это смеси сопряженных кислот и оснований.

Кислотные буферные растворы:

Основные буферные растворы:

Смеси солей многоосновных кислот.

Механизм буферного действия

СН₃СООН NaOH

СН₃СОО^– НС1

NH₄OH HC1

NH₄⁺ NaOH

Буферная емкость – количество кислоты или основания, необходимое для изменения рН раствора на 1.

 = +  = – max

С_а = С_в

Расчет рН буферной кислоты

НА – кислота

А^– – сопряженное основание

Н₂О + НА Н₃О⁺ + А^–

К_а = [B] = C_b

[HA] = C_a

[H⁺] = K_a

рН = рК_а + lg Формула Гендерсона Хансельбаха

рН = рК_а – lg СН₃СООН

СН₃СООNa

рК_а + рК_в = рК_w рН = рК_w – рК_в + lg

NH₄OH – основание

NH₄C1 – сопряженная кислота

Дома: Рассчитать рН аммонийной буферной смеси С_а = С_в = 0,1 моль/дм³,если кней добавили 0,05 моль/дм³ НС1

рН = 14 – рК_в + lg

При расчете рН концентрация должна быть выражена в единицах молярной концентрации эквивалента.