Методические указания для выполнения самостоятельной работы студентами специальностей 260202 «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий» (стр. 7 из 12)
2) выразить произведение растворимости вещества через произведение концентраций его ионов;
обозначить растворимость вещества через х моль/дм3;
3) пользуясь уравнением диссоциации вещества, вычислить равновесную концентрацию каждого иона его;
4) подставить найденное в (п. 4) значение концентраций ионов в выражение произведения растворимости (п. 2) и произвести вычисления.
Пример 1. Вычислить растворимость AgBr в мг/дм3, если известно, что ПР(AgBr) равно 5,3∙ 10-13.
Решение.
1.Уравнение диссоциации
AgBr
Ag+ +Br-.Обозначим растворимость AgBr через х моль/дм3.
Концентрация ионов Ag+ равна концентрации ионов Вr-, т.е.
[Ag+] = [Вr-].
1.Произведение растворимости
ПР(AgBr) = [Ag+] ∙ [Вr-].
2.Так как в растворе происходит полная диссоциация растворенной соли, концентрация каждого иона равна концентрации соли, т. е. ее растворимости в моль/дм3:
[Ag+] = x и [Вr-] = х.
3.Подставляем эти значения в выражение произведения растворимости
ПР (AgBr) = х ∙ х = х2.
Так как по условию задачи
ПР(AgBr) =5,3 ∙ 10-13, то 5,3 ∙ 10-13=х2.
4.Решаем полученное уравнение и вычисляем растворимость в моль/дм3 и растворимость AgBr в миллиграммах на 1 дм3:
5,3 ∙ 10-13 = х2; х = ∙ моль/дм3.
Итак, в 1 дм3 насыщенного раствора растворено 7,3 ∙10-7моль, поскольку 1 моль AgBr равен 187,8 г, растворимость AgBr составляет
187,8 ∙ 7,3 ∙ 10-7 = 1,37 ∙ 10-4 г/см3 =0,14 мг/дм3.
Пример 2. Вычислить растворимость Mg(OH)2 в мг/дм3, если
ПР Mg(ОН)2 равно 6,0- 10-10.
Решение.
1.Уравнение диссоциации
Mg(OH)2
Mg2+ + 2ОН-.2.Выражение произведения растворимости
ПР Mg(OH)2 = [Mg2+] [ОН]2.
3.Обозначив растворимость Mg(OH)2 через х моль/дм3, получаем
[Mg2+]=x и [ОН-]=2х .
4.Подставляем эти значения в выражение произведения растворимости
Отсюда
ПР Mg(ОН)2=х∙х2=х3
4х3=6,0-∙10-10 х3=1,5∙10-10
. 
Итак, растворимость Mg(OH)2 равна 5,31 -10-4 моль/дм3. Так как 1 моль Mg(OH)2 равен 58,33, растворимость Mg(OH)2 составляет:
58,33 ∙ 5,31 ∙ 10-4 = 310 ∙ 10-4 = 31,0 ∙ 10-3 г/дм3 =31,0 мг/дм3.
Для более точного вычисления произведений растворимости следовало бы пользоваться не концентрациями ионов малорастворимого электролита, а их активностями, так как в растворе электролита действуют межионные силы. Если учитывать эти силы, то выражение ПР для того же сульфата бария приобретает иной вид:
ПР (BaSO4) = a(Ba2+) a(SO42–).
Вопросы для самоконтроля
1. Произведением растворимости труднорастворимых веществ называют…
2. Для ненасыщенного раствора BaSO4 выражение ПР имеет вид…
3. Для насыщенного раствора Pb3(PO4)2 выражение ПР имеет вид…
4. ПР(CdS)=7,9 ∙ 10-27, ПР(СuS) =6,3 ∙ 10-36.Менее растворимым является…
5. ПР(FeS) = 3,2 ∙ 10-18. Рассчитайте растворимость FeS моль/дм3 и г/дм3.
6. Растворимость AgCl равна 1,2 ∙ 10-5моль/дм3.Рассчитайте ПР(AgCl).
Изучив материал «Произведение растворимости», вы должны знать:
- произведение растворимости как характеристику растворимости труднорастворимых веществ;
- порядок вычисления произведения растворимости малорастворимого электролита по его растворимости в моль и г/дм3 для бинарных соединений;
- порядок вычисления растворимости электролита в воде в моль и г/дм3 по известному произведению растворимости для бинарных соединений.
уметь:
- пользоваться таблицей ПР малорастворимых веществ для сравнение их растворимости;
-проводить расчеты величины ПР по растворимости вещества и наоборот, растворимости по известной величине ПР для бинарных соединений.
Тема 5. Концентрация ионов водорода в воде
1. Диссоциация воды. Водородный и гидроксильный показатели
2. Определение рН раствора в ходе анализа
3. Буферные растворы
1. Диссоциация воды. Водородный и гидроксильный показатели
Вода - очень слабый электролит. Чистая дистиллированная вода не проводит электрический ток. Но незначительно вода все же диссоциирует. Уравнение ее диссоциации имеет вид:
Н2О ↔ Н+ + ОН─.
Концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов в воде очень маленькие.
Было доказано, что для воды и разбавленных водных растворов электролитов произведение концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов – величина постоянная, она называется ионным произведением воды и при 25 0С равна 10-14. Ионное произведение воды
[Н+] [ОН─] = КН2О,
КН2О = 10-14 (при 250С).
Постоянство ионного произведения воды дает возможность вычислить концентрацию ионов водорода, зная концентрацию гидроксид-ионов, и наоборот:
[Н+] [ОН─] = КН2О,
[H+] = 10-14 / [ОН─],
[ОН─] = 10-14 / [H+].
Рассмотрим таблицу, в которой показано соотношение между концентрацией ионов водорода и гидроксид-ионов в растворе с учетом ионного произведения воды.
Таблица 5
Соотношение между концентрацией ионов [Н+], [ОН-]
| [ОH─] моль/дм3 | 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-1110-12 10-13 10-14 |
| [Н+] 10-14 10-13 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-710-6 10-5 10-410-3 10-2 10-1 1 [H+] < [ОH─] [H+] = [ОH─] [H+] > [ОH─] щелочная нейтральная кислая среда среда среда |
В зависимости от соотношения между концентрациями ионов водорода и гидроксид-ионов различают три типа сред:
щелочная, когда [H+] < [ОH─] и в растворе преобладают гидроксид-ионы, кислая, когда [H+] > [ОH─], и нейтральная, когда [H+] = [ОH─].
1.1 Водородный показатель Для характеристики сред растворов очень удобно использовать так называемый водородный показатель рН (пэ-аш), введенный датским химиком Сёренсеном. Водородным показателем рН называется отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода в растворе:
рН = ─ lg [H+].
Десятичным логарифмом данного числа называется показатель степени, в которую нужно возвести 10, чтобы получить данное число.
Например:
[H+] =10─ 4
lg 10─ 4 = ─ 4,
─lg 10─ 4 = 4,
рН = 4.
или, если концентрация ионов водорода равна 10-8, тогда рН, то есть отрицательный десятичный логарифм этого числа, равен 8 и т.д.
| рН | 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 |
| рН > 7 рН = 7 рН < 7 среда щелочная среда нейтральная среда кислая |
При рН >7 среда щелочная, рН=7 – нейтральная, рН<7 – кислая.
1.2 Гидроксидный показатель – это отрицательный десятичный логарифм концентрации иона ОН- :
рОН=-lg[ОН-],
рН + рОН=14.
Для расчета рН оснований подставим вместо [H+] выражение 10-14 / [ОН─], и получим формулу:
рН = ─lg (10-14/ [ОН─]) (расчет рН оснований).
Можно рассчитать рОН=-lg[OH-] и затем рассчитать рН=14-рОН Пример 1. [H+] =2,3×10─ 6 . Рассчитайте рН и рОН раствора.
[H+] =2,3×10─ 6 ; рН=-lg 2,3×10─ 6 = 6- lg 2,3=6—0,36=5,64,
рН + рОН=14 
рН=14-рОН=14-5,64=8,36.
Вопросы для самоконтроля
1. Какова среда раствора если рН=3?
2. Какова среда раствора если рН =9?
3. В воду (рН=7) добавили кислоты. Увеличится или уменьшится рН раствора при этом?
4. В воду (рН=7) добавили раствор щелочи. Как изменится рН раствора при этом?
5. Рассчитайте рН и рОН если [H+] =5,2×10-8 .
Далее рассматриваем, как можно рассчитать рН, зная концентрацию одноосновной кислоты в растворе и степень ее диссоциации.
Для одноосновных кислот, одна молекула кислоты диссоциирует с образованием одного иона водорода. Следовательно, концентрация ионов водорода равна концентрации кислоты, если степень диссоциации равна 100%, то есть кислота сильная и необратимо диссоциирует. Или концентрация ионов водорода равна произведению степени диссоциации на концентрацию кислоты, если степень диссоциации кислоты меньше 100%.
Значит, значение рН для одноосновных кислот можно рассчитать по формуле:
рН = ─ lg (α . cHX),
а для однокислотных оснований, с учетом ранее полученных формул,
рН = ─lg (10-14/ α . cMOH ).
2. Определение рН раствора в ходе анализа
Существуют различные методы измерения рН. Количественно кислотность среды определяют с помощью специальных приборов, которые называются рН-метры. Качественно тип среды и рН водных растворов электролитов определяют с помощью индикаторов – веществ, которые обратимо изменяют свой цвет в зависимости от среды растворов. На практике как вы знаете, используют такие индикаторы как лакмус, метилоранж, метиловый красный и фенолфталеин и другие.