fbpx
Предметы

Водородный показатель

Для определения характера водных растворов применяют особый показатель среды — рН раствора (от латинского «потенц» — показатель). рН может изменять свое значение от 0 до 14. В соответствии со значением его среда подразделяется на: кислую — рН < 7; нейтральную — рН = 7; щелочную рН > 14. Эти данные представлены в таблице 1 ниже.

Таблица 1 — Среда раствора и соответствующее значение рН в ней

Кислая средаНейтральная средаЩелочная среда
рН < 7рН = 7рН > 14

Под действием растворов кислот и щелочей индикаторы изменяют свой цвет. Наиболее известные и применяемые из них: лакмус, метилоранж, фенолфталеин. Изменение цвета данных индикаторов при действии растворов кислот и щелочей представлено в таблице 2 ниже.

Таблица 2 — Изменение цвета различных индикаторов при действии растворов кислот и щелочей

ИндикаторЦвет индикаторов среде
кислойнейтральнойщелочной
ЛакмусКрасныйСинийФиолетовый
ФенолфталеинБесцветныйМалиновыйБесцветный
Метиловый оранжевыйРозовыйЖелтыйОранжевый

С помощью индикаторов можно не только распознать кислоту или щелочь, но и определить кислотность среды, т.е. значение рН.

Кроме химических индикаторов существуют и природные индикаторы. Природными индикаторами являются виноградный и свекольный сок, отвар цветков ириса, сок вишни и т. д.

Для сравнения значения рН некоторых известных растворов представлено ниже в таблице 3.

Таблица 3 — Значение рН некоторых известных растворов

желудочный сок1
дистиллированная вода7
раствор соды10
апельсиновый сок3
нашатырный спирт11

Как можно заметить из таблицы выше, растворы желудочного сока и апельсиновый сок имеют кислую среду, дистиллированная вода имеет нейтральную среду, а растворы соды и нашатырного спирта обладают щелочной средой.

Чистая вода является слабым электролитом и диссоциирует на ионы в очень маленьком количестве. Уравнение диссоциации воды можно представить в виде следующего уравнения:

H2O ⇄ H+ + OH

Как можно увидеть, вода диссоциирует на катионы водорода и анионы гидроксид-остатка.

Концентрацию воды в этом случае можно не учитывать, тогда константа диссоциации равна произведению концентраций катионов водорода на гидроксид-анионы:

К=[H+][OH]

Данное выражение называют ионным произведением воды. При температуре 25℃ значение К равно 10-14.

В чистой воде концентрации данных ионов равны, следовательно, верно следующее равенство:

[H+]=[OH]=10-7 моль/л

Делаем вывод, что в нейтральных растворах количество ионов [H+] и [OH] одинаково. В кислотных растворах соответственно больше будет ионов [H+], а в щелочных — ионов [OH].

Вместо концентрации используется водородный показатель, чтобы описать кислотность среды, который равен:

рН=-lg[H+]

Таким образом, водородный показатель равен отрицательному логарифму концентрации катионов водорода в растворе.

Растворы, в которых концентрация ионов Н+ и ОН одинакова, как в чистой воде, называются нейтральными; растворы, в которых преобладают ионы ОНщелочными; растворы, в которых преобладают ионы Н+кислотными.

Что касается солей, то они по-разному реагируют с водой, следовательно среда раствора в них может быть и кислой, и нейтральной, и щелочной. Это зависит от характера соли.

Реакции обмена между солями и водой относятся к реакциям гидролиза.

Нейтральными являются растворы солей, образованные сильным основанием и сильной кислотой, например NaCl, KNO3, BaCl2. Окраска фиолетового лакмуса в них не меняется.

Возьмем теперь раствор соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием, например, раствор карбоната калия К2СО3 (соль образована слабой кислотой Н2СО3 и сильным основанием КОН). Лакмус в нем окрашивается в синий, а фенолфталеин — в малиновый цвет: раствор оказывается щелочным, в нем присутствуют в избытке гидроксид-ионы. К2СО3 — сильный электролит, он диссоциирует на катионы калия К+ и ионы кислотного остатка угольной кислоты СО32-:

К2СО3 ⇄ 2K+ + CO32-

Угольная кислота Н2СО3 относится к слабым кислотам. Это значит, что ионы водорода в ее молекулах прочно связаны с кислотным остатком и с трудом от него отщепляются. В таком случае ионам СО32- должно быть свойственно связывать ионы водорода. Они могут отнимать их от молекул воды:

СО32- + НОН ⇄ НСО3 + ОН

В результате этого процесса из молекул воды освобождаются гидроксид-ионы. Они и придают раствору карбоната калия щелочную среду.

Гидролиз солей, образованных слабой кислотой и сильным основанием, заключается в присоединении ионами кислотного остатка ионов водорода от молекул воды с освобождением из них гидроксид-ионов.

Возьмем теперь раствор соли, образованной сильной кислотой и слабым основанием, например хлорид цинка ZnCl2 (соль образована сильной кислотой НСl и слабым основанием Zn(OH)2). Это означает, что раствор имеет низкий уровень pH и является кислотным. Ионы водорода преобладают в нем, что приводит к окрашиванию лакмуса в красный цвет и метилового оранжевого в розовый цвет. Соль диссоциирует на ионы цинка Zn2+ и хлора СІ. Гидроксид-ионы прочно удерживаются ионами цинка и с трудом от них отщепляются, так как гидроксид цинка является слабым основанием. Тогда свободным ионам цинка в свою очередь будет характерно присоединять гидроксид-ионы, отнимая их даже от молекул воды.

Уравнение реакции гидролиза будет выглядеть следующим образом:

ZnCl2 ⇄ Zn2+ + СІ

Zn2+ + HOH ⇄ ZnOH + H+

При таком взаимодействии из молекул воды освобождаются ионы водорода, они и обеспечивают кислую среду раствора.

Гидролиз солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой, заключается в присоединении ионами металла гидроксид-ионов от молекул воды с освобождением из них ионов водорода.

Проведем еще один эксперимент, полученный предварительно, сульфид алюминия Al2S3 поместим в воду. Мы заметим, что на наших глазах происходит удивительное превращение — соль разлагается водой полностью. Под действием воды она разложилась на белый нерастворимый осадок Аl(OH)3 и выделился газ с запахом тухлых яиц — H2S. Что же произошло в данной реакции соли с водой? Уравнение реакции полного гидролиза сульфида алюминия выглядит следующим образом:

Al2S3 + 6HOH = 2Al(OH)3 + 3H2S↑

Такие соли обозначены в таблице растворимости кислот, оснований, солей специальным значком, обозначающим, что такая соль в воде не существует, так как разлагается водой.

Гидролиз солей, образованных слабым основанием и слабой кислотой, заключается в полном необратимом разложении такой соли водой.

Задания для самопроверки:

Задание 1

Вещества, которые под действием растворов кислот и щелочей способны менять свой цвет:

А) рН-метры

В) индикаторы

С) колориметры

D) соли

Е) спирты

Задание 2

Индикатор фенолфталеин в среде раствора Ba(OH)2 будет иметь окраску:

А) фиолетовую

В) зеленую

С) красную

D) малиновую

Е) бесцветную

Задание 3

Раствор какого соединения будет иметь кислую среду:

А) Na2CO3

В) Ca(OH)2

С) H2SO3

D) MgCl2

Е) NH4OH

Задание 4

Формула для нахождения водородного показателя:

А) рН=lg[H+][ОH]

В) рН=-lg[ОH]

С) рН=lg[ОH]

D) рН=lg[H+]

Е) рН=-lg[H+]

Задание 5

Щелочную среду имеет раствор:

А) NH4Сl

В) LiNO3

С) H2S

D) ZnCO3

Е) BaCl2

Ответы:

1 – B, 2 –  D, 3 – C, 4 –  E, 5 –  A.

Понравилась статья? Оцени:
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5
Загрузка...
Полезный материал? Поделись им со своими друзьями, пусть они тоже почитают
Я нашёл ошибку Если вы обнаружили ошибку, свяжитесь с нами с помощью короткой формы обратной связи
О чем эта статья: