84
Федеральное агенство по образованию Московская государственная академия тонкой химической технологии имени М.В. Ломоносова Кафедра неорганической химии Савинкина Е.В. Лекции по общей и неорганической химии Растворы Учебное пособие Москва МИТХТ им. М.В. Ломоносова 2010 1

Кафедра неорганической химии

  • Upload
    inge

  • View
    63

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Федеральное агенство по образованию Московская государственная академия тонкой химической технологии имени М.В. Ломоносова. Кафедра неорганической химии. Савинкина Е.В. Лекции по общей и неорганической химии Растворы Учебное пособие Москва МИТХТ им. М.В. Ломоносова 2010. - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: Кафедра неорганической химии

Федеральное агенство по образованиюМосковская государственная академия тонкой химической

технологии имени М.В. Ломоносова

Кафедра неорганической химии

Савинкина Е.В.

Лекции по общей и неорганической химииРастворы

Учебное пособие

МоскваМИТХТ им. М.В. Ломоносова

2010

1

Page 2: Кафедра неорганической химии

УДК 546.04ББК 24.1

Рецензент: д.х.н. Киселев Ю.М. (химический факультет МГУ)

Рекомендовано к изданию кафедрой неорганической химии МИТХТ

(протокол № 3 от 10.11.2010) Е.В. Савинкина 2010

МИТХТ им. М.В. Ломоносова 2010

Утверждено Библиотечно-издательской комиссией МИТХТ им. М.В.Ломоносова в качестве учебного пособия для студентов 1 курса бакалавриата по направлениям 020100 62 (Химия), 240100 62 (Химическая технология и биотехнология), 150600 62 (Материаловедение и технология новых материалов), 280200 (Защита окружающей среды), 200500 62 (Метрология, стандартизация и сертификация), 080500 (Менеджмент).

Один оптический диск

Объем данных 0,9 Мб 2

Page 3: Кафедра неорганической химии

РастворыОбщие свойства растворов

Page 4: Кафедра неорганической химии

Вещество А + вещество В

А + В

Новые вещества Неоднородная смесьОднородная смесь

(раствор)

Раствор – гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов, имеющая переменный состав

4

Page 5: Кафедра неорганической химии

Смеси веществСмеси

Грубодисперсные системы (взвеси)

Тонкодисперсные системы (коллоидные системы)

Истинные растворы

Размеры частиц более 100 нм

1 – 100 нм

менее 1 нм

5

Page 6: Кафедра неорганической химии

Грубодисперсные системы Дисперсионная среда – газообразная

Дисперсная фаза: твердая – пыль, дым, порошок жидкая – смог, облако, туман

Дисперсионная среда – жидкаяДисперсионная фаза: твердая – суспензия, паста жидкая – эмульсия газообразная – пена, газированная вода

Дисперсионная среда – твердаяДисперсная фаза: твердая – горные породы, цветные стекла, композиты жидкая – твердые эмульсии газообразная – твердые пены

6

Page 7: Кафедра неорганической химии

Истинные растворы Агрегатное состояние: газообразные,

жидкие, твердые растворы Состав раствора: растворитель +

растворенное вещество Параметры раствора: температура,

давление, содержание растворенного вещества

7

Page 8: Кафедра неорганической химии

Количественный состав раствора Массовая доля Молярная концентрация

(молярность) Эквивалентная

концентрация (нормальность)

Коэффициент растворимости

Мольная доля Массовая концентрация Моляльная концентрация

(моляльность)

)(

)()(

pm

BmBw

)(

)()(

pV

BnBc

)(

)()(

pV

BnBc eq

eq

)(

)(

sm

Bmk s

)()(

)()(

snBn

BnBx

)(

)()(

pV

BmB

)(

)()(

sm

BnBcm 8

Page 9: Кафедра неорганической химии

Растворы Идеальные

ΔV = 0; ΔQ = 0 Реальные

ΔV ≠ 0 1 л H2O + 1 л C2H5OH → 1,93 л раствора

ΔQ ≠ 0 Qрастворение = – Qразрыв связей + Qобразование связей

9

Page 10: Кафедра неорганической химии

Растворы Ненасыщенные

Вт → Вр

Насыщенные Вт Вр; истинное равновесие

Пересыщенные Вр; метастабильное равновесие

Концентрация вещества меньше его

растворимости

Концентрация вещества больше его

растворимости

Растворимость вещества – его концентрация в

насыщенном растворе

10

Page 11: Кафедра неорганической химии

Растворимость газов в жидкостях Если нет химического взаимодействия

Ar(г) Ar(р)

Влияние давления

= 1 0 (принцип Ле Шателье)

Увеличение давления →

(растворимость увеличивается)

Уменьшение давления ←

(растворимость уменьшается)

11

Page 12: Кафедра неорганической химии

Растворимость газов в жидкостяхВлияние температуры

Qразрыв связей ≈ 0

Qобразование связей > 0

Процесс экзотермический (принцип Ле Шателье)

Уменьшение температуры →

(растворимость увеличивается)

Увеличение температуры ←

(растворимость уменьшается)

Qрастворение > 0

12

Page 13: Кафедра неорганической химии

Растворимость газов в жидкостях Если есть химическое взаимодействие

Cl2(г) Cl2(р)

Cl2(р) + 2Н2О Н3О+ + Cl + НClО

НClО + Н2О Н3О+ + ClО

13

Page 14: Кафедра неорганической химии

Растворимость твердых веществ в жидкостях Влияние давления

ΔV ≈ 0; давление не влияет Влияние температуры

Т

сQ < 0Большинство веществ

Q ≈ 0NaCl, LiOH, K2SO3

Q > 0MnSO4, Li2CO3, CaCrO4 14

Page 15: Кафедра неорганической химии

Диаграмма растворимости

Т

с

ТплТкип

Граница области метастабильныхпересыщенных растворов

Область пересыщенных растворов c(B) > [B]

Кривая растворимости c(B) = [B]

Область ненасыщенных растворов c(B) < [B]

15

Page 16: Кафедра неорганической химии

Перекристаллизация

Т

с

Т2 Т1

Основное вещество

Примесь

16

Page 17: Кафедра неорганической химии

Растворы электролитовЭлектролитическая диссоциация

Page 18: Кафедра неорганической химии

Сильные электролиты MA M+(р) + A–(р)

[MA] = 0, [M+] = [A–] = c0

Степень диссоциации:

1][

)(

)(

)(

)(

000

.

c

M

MAn

Mn

MAn

MAnдисс

18

Page 19: Кафедра неорганической химии

Слабые электролиты MA MA(р) + M+(р) + A–(р)

[MA] > 0, [M+] = [A–] < c0

Степень диссоциации:

1][

)(

)(

)(

)(

000

.

c

M

MAn

Mn

MAn

MAnдисс

19

Page 20: Кафедра неорганической химии

Слабые электролиты MxAy(р) x Ma+(р) + y Ab–(р)

Константа диссоциации KD

][

][][

yx

ybxa

D AM

AMK

20

Page 21: Кафедра неорганической химии

Закон разбавления Оствальда МА М+ + А–

[M+] [A–]

KD = –––––––––

[MA] [M+] = [A–] = c0

[MA] = (1 – ) c0

KD = 2 c0 / (1 – )

если << 1 ( < 0,05)

KD = 2 c0

0c

K D

α

c0

1

21

Page 22: Кафедра неорганической химии

Гетерогенные ионные равновесия

М+ + А–

МА(т)

МА(т) М+ + А–

Для малорастворимых сильных электролитов:

Kс = [M+][A–] = ПР(МА)

(произведение растворимости)

В общем виде:МхАу(т) х Ма+ + у Аb–

Тогда ПР = [Ma+]x [Ab–]y

ПР = const при T = constПР = f(T)

22

Page 23: Кафедра неорганической химии

Растворимость (L), моль/лМхАу(т) х Ма+ + у Аb–

[Ma+] = x L; [Ab–] = y L

ПР(МхАу) = (x L)x (y L)y = xx yy Lx+y

yxyx

yx

yx

AMПРL

)(

23

Page 24: Кафедра неорганической химии

ЗадачаРассчитать растворимость сульфата

серебра, если ПР(Ag2SO4) = 1,2 . 10–5

Ag2SO4(т) 2Ag+ + SO42–

L 2L L ПР = [Ag+ ]2 [SO4

2–] = (2L)2L = 4L3

лмольПР

L /103,14

23

24

Page 25: Кафедра неорганической химии

Т

Условия осаждения и растворения осадков

с

с(М+) с(А–) = [M+] [А–] = ПР

с(М+) с(А–) < ПРМА(т) М+ + А–

с(М+) с(А–) > ПРМ+ + А– МА(т)

МА(т) М+ + А–

Для малорастворимого сильного электролита МхAyусловие растворения осадка: [Ma+]x [Ab–]y < ПРусловие выпадения осадка: [Ma+]x [Ab–]y > ПР

25

Page 26: Кафедра неорганической химии

Введение одноименного ионаМхАу(т) х Ма+ + у Аb–

Увеличение с(Ма+) или с(Аb–)

Сдвиг равновесия в сторону образования осадка

26

Page 27: Кафедра неорганической химии

Удаление одноименного ионаМхАу(т) х Ма+ + у Аb–

Уменьшение с(Ма+) или с(Аb–)

Сдвиг равновесия в сторону растворения осадка

27

Page 28: Кафедра неорганической химии

Удаление одноименного иона Связывание в виде менее растворимого

вещества (осадок AgCl осадок AgI) Связывание в виде комплексного иона

(осадок PbSO4 [Pb(OH)4]2–) Перевод в другую форму

(осадок BaCrO4 Cr2O72–)

I

OH

H

28

Page 29: Кафедра неорганической химии

Переосаждение PO4

3–

Ag2SO4(т) Ag3PO4(т)

SO42–

3 Ag2SO4(т) + 2 PO43– 2 Ag3PO4(т) + 3 SO4

2– (1)KС = [SO4

2–]3 / [ PO43–]2

ПР1 = [Ag+]2[SO42–]

ПР2 = [Ag+]3[ PO43–]

(1) = 3(2) – 2(3)KС = (ПР1)3 / (ПР2)2 ~ (10–5)3/(10–18)2 > 1

Ag2SO4(т) 2Ag+ + SO42– (2)

Ag3PO4(т) 3Ag+ + PO43– (3)

29

Page 30: Кафедра неорганической химии

В каком минимальном объеме воды можно

растворить 1 г гипса? Условие задачи V(H2O) = ?

m(CaSO4.2H2O) = 1 г

ПР(CaSO4) = 4.10–5

M(CaSO4.2H2O) = 172 г/моль

Уравнение фазового равновесия

Са2+ + SО42– CaSO4(т)

ПР(CaSO4) = [Ca2+] [SO42–] = c2

__

V(H2O) = n / c = m / (M c) = m / (M ПР) ~ 0,920 л

30

Page 31: Кафедра неорганической химии

Выпадет ли осадок при сливании равных объемов миллимолярных

растворов нитрата серебра(I) и хлорида натрия?

12 c0(AgNO3) 1/2 c0(NaCl) = 2,510–7 > ПР(AgCl)

Для малорастворимого сильного электролита МхAy

условие выпадения осадка: [Ma+]x [Ab–]y > ПР

c0(AgNO3) = c0(NaCl) = 1.10–3 моль/л

V(p.AgNO3) = V(p.NaCl)

ПР(AgCl) = 1,7810–10

После смешивания растворов:c(Ag+) = c0(Ag+) V(p.AgNO3) / (V(p.AgNO3) + V(p.NaCl)) == 1/2c0(Ag+) = 1/2c0(AgNO3)c(Cl–) = 1/2c0(Cl–) = 1/2c0(NaCl)

Осадок выпадет31

Page 32: Кафедра неорганической химии

Протолитическая теория кислот и оснований

1923 г.

Йоханес Брёнстед

Томас Лаури

Page 33: Кафедра неорганической химии

Протолитическая теория кислотные или основные свойства частиц

обусловлены их способностью отдавать или присоединять катион водорода (протон Н+)

NH4+ + S2– NH3 + HS–

Кт Ос Ос КтПары "сопряженная кислота / сопряженное основание":

NH4+/NH3 и HS –/ S2–

Н+ Н+

33

Page 34: Кафедра неорганической химии

Кислоты нейтральные:

HCN + H2O CN– + H3O+

анионные:

H2PO4– + H2O HPO4

2– + H3O+

катионные:

NH4+ + 2 H2O NH3

.H2O + H3O+

H+ H+

H+H+

H+ H+

34

Page 35: Кафедра неорганической химии

Основания нейтральные:

NH3.H2O + H2O NH4

+ + OH– + H2O

анионные:

CN– + H2O HCN + OH–

катионные:

N2H5+ + H2O N2H6

2+ + OH–

H+ H+

H+

H+

H+

H+

35

Page 36: Кафедра неорганической химии

Амфолиты

HCO3– + H2O CO3

2– + H3O+

Кт

HCO3– + H2O H2CO3 + OH–

Ос

Н+ Н+

Н+ Н+

36

Page 37: Кафедра неорганической химии

Растворители Апротонные:

C6H6, CS2, CCl4

Протонные H2O, NH3, C2H5OH

(амфолиты)

Автопротолиз:

HL + HL H2L+ + L–

Константа автопротолиза (ионное произведение):

KS = [H2L+] [L–]

H+H+

37

Page 38: Кафедра неорганической химии

Ионное произведение воды

H2O + H2O H3O+ + OH–

При стандартной температуре 298 К (25 С): KB (Kw) = [H3O+] [OH–] = 1.10–14

В чистой воде при 25 С [H3O+] = [OH–] = KB = 10–7 моль/л

H+ H+

38

Page 39: Кафедра неорганической химии

Водородный показатель (рН) рН = –lg[H3O+]

[H3O+] = 10–рН

Гидроксидный показатель (рОН)

pOH = –lg[OH–] [OH–] = 10–рОН

рН + рОН = –lgKB = 1439

Page 40: Кафедра неорганической химии

Водородный показатель (рН) В чистой воде при 25С

рН = рОН = 7 Среда нейтральная

Если [H3O+] > 1.10–7, то рН < 7 Среда кислотная

Если [OH–] > 1.10–7, то рОН < 7 и pH > 7 Среда щелочная

40

Page 41: Кафедра неорганической химии

Шкала рН При [H3O+] = 0,1 моль/л

(например, в 0,1 М растворе HCl)

pH = 1 (нижний предел). При [OH–] = 0,1 моль/л

(например, в 0,1 М растворе KOH)

рН = 13 (верхний предел).

41

Page 42: Кафедра неорганической химии

Константа кислотности

HA + H2O A– + H3O+

H+ H+

][

]][[)( 3

HA

AOHKK aK

42

Page 43: Кафедра неорганической химии

B(OH)3.H2O + H2O [B(OH)4]– + H3O+

Слабые кислоты Сопряженная пара KК

СН3СООН / СН3СОО– 1,7.10–5

Al3+.H2O / AlOH2+ 9,6.10–6

H2S / HS– 1,1.10–7

B(OH)3.H2O/[B(OH)4]– 5,8.10–10

Сил

а ки

слот

ы

СН3СООН + Н2О СН3СОО– + H3O+

Al3+.H2O + H2O AlOH2+ + H3O+

H2S + H2O HS– + H3O+ 43

Page 44: Кафедра неорганической химии

Сильные кислоты

HA + H2O = A– + H3O+

Бескилородные кислоты: HCl, HBr, HI Кислородсодержащие кислоты состава НхЭОу,

если у – х 2 (правило Полинга) Протолиз сильных кислот необратим Анионы сильных кислот являются

непротолитами и не участвуют в реакциях протолиза

H+

44

Page 45: Кафедра неорганической химии

HClO4 + CH3COOH ClO4– + CH3COOH2

+

HNO3 + CH3COOH NO3– + CH3COOH2

+

Сила кислот в неводных растворителяхУравнение реакции протолиза Сопряженная пара KК

HClO4/ ClO4– 1.10–6

HNO3/ NO3– 1.10–7

H+ H+

H+ H+

45

Page 46: Кафедра неорганической химии

Константа основности

A– + H2O HA + ОН–

H+H+

][

]][[)(

A

HAOHKK bO

46

Page 47: Кафедра неорганической химии

HSO3– + H2O SO2∙H2O + OH–

SO32– + H2O HSO3

– + OH–

NH3·H2O + H2O NH4+ + OH– + H2O

Слабые основанияУравнение реакции протолиза Сопряженная пара KО

NH4+/ NH3·H2O 1,8 ·10–5

HSO3– / SO3

2– 1,6.10–7

SO2∙H2O / HSO3– 6,0.10–13

H+ H+

H+ H+

H+ H+

Сил

а ос

нова

ния

47

Page 48: Кафедра неорганической химии

Сильные основания Анионы:

амид-ион NH2–

метилат-ион CH3O– и другие алкоголят-ионы

гидроксид-ион ОН–

Соединения, дающие эти ионы при диссоциации MOH, где М – щелочной элемент или Tl(I) M(OH)2, где М – Ba, Ra

и др.

Катионы – непротолиты!48

Page 49: Кафедра неорганической химии

Малорастворимые гидроксидыNi(OH)2(т) Ni2+ + 2OH—

Слабое основание?

Сильное основание?

ПР = [Ni2+][OH—]2

49

Page 50: Кафедра неорганической химии

Связь Kк и Ko для пары НА/А–

[H3O+] [A–] [HA] [OH–]KК KO = –––––––––––––––––––– = [H3O+] [OH–] = KB

[HA] [A–]

KO = KB / KК

50

Page 51: Кафедра неорганической химии

Степень протолиза () – отношение числа частиц, подвергшихся протолизу, к

исходному числу частиц

Для реакции протолиза слабой кислоты:

HA + H2O A– + H3O+

([H3O+] = [A–] при отсутствии в растворе других протолитов)

)(

][

)(

][

00

3

HAc

A

HAc

OH

H+ H+

51

Page 52: Кафедра неорганической химии

Закон разбавления Оствальда

При << 1 ( < 0,05):

_____

= Kк / c0

020

2

0

003

1)1(][

]][[c

c

c

cc

HA

AOHKK

52

Page 53: Кафедра неорганической химии

Степень протолиза

1 сильные протолиты

слабые протолиты0 с0

Учет автопротолиза

воды

53

Page 54: Кафедра неорганической химии

Учет автопротолиза воды

HA + H2O A– + H3O+

H2O + H2O OH– + H3O+

][

]][[

][

]][[

)][

(][

0

33

0

3

0

Ac

OHA

HA

OHAK

c

OH

c

A

к

H+ H+

H+ H+

54

Page 55: Кафедра неорганической химии

Учет автопротолиза водыKкc0 – Kк[A–] = [A–][H3O+]

][

][][

3

3

0

OHK

K

OHK

cKA

к

к

к

к

55

Page 56: Кафедра неорганической химии

Учет автопротолиза воды При бесконечном разбавлении:

с0 → 0; [H3O+] → 10–7 моль/л

при Kк ≥ 10–5 α → 1

при Kк = 10–7 α → 0,5

710

к

к

K

K

56

Page 57: Кафедра неорганической химии

Сдвиг протолитических равновесий Изменение концентрации слабого протолита

закон разбавления Оствальда разбавление

Изменение температуры протолиз – эндотермический процесс нагревание

Изменение концентрации одноименных ионов принцип Ле Шателье введение одноименных ионов

57

Page 58: Кафедра неорганической химии

Сдвиг протолитических равновесийПротолиз слабой кислоты в присутствии сильной

кислоты:

HA + H2O A– + H3O+

= Kк / [H3O+]

)(

]['

0 HAc

A

][']['

)1(

]['

][

]][[3

0

30

0

303

OHc

OHc

c

OHc

HA

AOHK к

H+ H+

58

Page 59: Кафедра неорганической химии

Определите рН в 0,001 М растворе серной кислоты.

H2SO4 + 2H2O = SO42 + 2H3O+

с0(H2SO4) = 0,001 мольл

pH = –lg [H3O+] = – lg(2c0) = – lg (2.10–3) = 2,7

2H+

59

Page 60: Кафедра неорганической химии

Определите рН в растворе азотной кислоты с концентрацией с0 = 1.10–11 моль/л.

HNO3 + H2O = NO3– + H3O+

[H3O+] = c0 = 1.10–11

pH = – lg[H3O+] = 11

H2O + H2O H3O+ + OH–

[H3O+] = 1.10–7

Ответ: рН 7

?

H+

рН

с0

Раствор основания

Раствор кислоты

13

7

160

Page 61: Кафедра неорганической химии

Определите рН в 0,002М растворе хлорноватистой кислоты при 25 °C.

HClO + H2O ClO– + Н3O+; Kк = 2,82 . 10–8

[ClO–] = [H3O+]; [HClO] = c0

H+ H+

0

233 ][

][

]][[

c

OH

HClO

OHClOKK

12,5002,01082,2lglg]lg[ 803 cKOHpH K

61

Page 62: Кафедра неорганической химии

Определите pH в 0,002М растворе аммиака при 25 °С.

KK = 5,75 . 10–10

KB = 1 . 10–14

[NH4+] = [OH–]; [NH3 . H2O] = c0

NH3·H2O + H2O NH4+ + OH– + H2O

H+

0

2

23

4 ][

][

]][[

c

OH

OHNH

OHNH

K

KK

K

BO

27,101075,5

002,0101lg14lg14]lg[1414

10

14

0

c

K

KOHpOHpH

K

B

H+

62

Page 63: Кафедра неорганической химии

Обратимый гидролиз солей1. Диссоциация

2. Протолиз

Page 64: Кафедра неорганической химии

Гидролиз солей KCl = K+ + Cl–

непротолиты

Нет гидролиза, нейтральная среда, рН 7

NH4NO3 = NH4+ + NO3

Кт непротолит

NH4+ + 2H2O NH3

.H2O + H3O+

Гидролиз по катиону, кислотная среда, pH < 7

H+ H+

64

Page 65: Кафедра неорганической химии

Гидролиз солей ZnSO4 = Zn2+ + SO4

2–

Zn2+.H2O + H2O ZnOH+ + H3O+

Гидролиз по катиону, кислотная среда, рН < 7

KNO2 = K+ + NO2–

NO2– + H2O HNO2 + OH–

Гидролиз по аниону, щелочная среда, pH > 7

H+ H+

H+H+

65

Page 66: Кафедра неорганической химии

Гидролиз солей NH4CN = NH4

+ + CN–

NH4+ + 2H2O NH3

.H2O + H3O+

CN– + H2O HCN + OH–

Гидролиз по катиону и аниону, рН ?

Ko > Kк

Слабощелочная среда, pH > 7

Kк = 6.10–10

Ko = 2.10–3

H+ H+

H+H+

66

Page 67: Кафедра неорганической химии

Гидролиз кислых солей NaHCO3 = Na+ + HCO3

HCO3– + H2O CO3

2– + H3O+

Кт

HCO3– + H2O H2CO3 + OH–

Ос

Ko > Kк; слабощелочная среда, pH > 7

Kк = 6.10–11

Ko = 2.10–8

H+H+

H+ H+

67

Page 68: Кафедра неорганической химии

Гидролиз солейУсиление (α↑)

Повышение температуры

Понижение концентрации

Связывание одноименных ионов

Ослабление (α↓) Понижение

температуры Повышение

концентрации Введение

одноименных ионов

68

Page 69: Кафедра неорганической химии

Необратимый гидролиз PIIICl–I

3(ж) + 3H2Oизб. = H2[PHO3](p) + 3HCl(p)

H2[PHO3] + H2O H[PHO3]– + H3O+

HCl + H2O = Cl– + H3O+

pH < 7

H+H+

H+

69

Page 70: Кафедра неорганической химии

Необратимый гидролиз Mg3N + 8H2O = 2NH3

.H2O + Mg(OH)2

NH3·H2O + H2O NH4+ + OH– + H2O

Если Mg(OH)2 в осадке: Mg(OH)2(т) Mg2+ + 2OH–

Если Mg(OH)2 в растворе: Mg(OH)2 = Mg2+ + 2OH–

pH > 7

H+H+

70

Page 71: Кафедра неорганической химии

Необратимый гидролиз Al2S3(т) + 6H2O = 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑ Совместный гидролиз:

2Al3+ +3S2– + 6H2O = 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑

71

Page 72: Кафедра неорганической химии

Определите рН 0,1 М раствора хлорида железа(III). FeCl3 = Fe3+ + 3 Cl–

Fe3+.H2O + H2O FeOH2+ + H3O+

[Fe(H2O)6]3+ + H2O [Fe(H2O)5(OH)]2+ + H3O+

[H3O+] [FeOH2+] [H3O+]2

Kк = –––––––––––––– = –––––––––– (если считать [Fe3+] = с0) [Fe3+] с0

_____ ________pH = – lg[H3O+] = –lgKк c0 = – lg7.10–3.10–1 = 1,6

H+ H+

H+H+

72

Page 73: Кафедра неорганической химии

Определите рН 0,1 М раствора хлорида железа(III). Более строгий подход:

если считать [Fe3+] = с0(1 – α)

2с0

Kк = –––––––––

(1 – )

73

Page 74: Кафедра неорганической химии

Определите рН 0,1 М раствора хлорида железа(III).

При с0 = 0,1 моль /л и Kк = 7103 = 0,007:

0,007 = 2 0,1 {1 }

0,12 + 0,007 0,007 = 0

= 0,23; второй корень отрицательный

рH = lg[H3O+] = lgс0 = lg 0,23 0,1 = 1,6

74

Page 75: Кафедра неорганической химии

FeCl3 + H2O + Zn = ?

FeCl3 = Fe3+ + 3 Cl–

Fe3+.H2O + H2O FeOH2+ + H3O+

Zn + 2H3O+ = Zn2+ + H2 + 2H2O

H+ H+

75

Page 76: Кафедра неорганической химии

Определите рН в 0,1 М растворе ортофосфата натрия. Na3PO4 = 3 Na+ + PO4

3–

PO43– + H2O HPO4

2– + OH–

0

2

34

24 ][

][

]][[

c

OH

PO

OHHPO

K

KK

к

вo

7,12105

1010lg14lg14lg14]lg[14]lg[

13

1140

03

к

вo K

cKcKOHOHpH

H+H+

76

Page 77: Кафедра неорганической химии

Na3PO4 + H2O + Zn = ?

Na3PO4 (т) = 3 Na+ + PO43–

PO43– + H2O HPO4

2– + OH–

Zn + 2H2O + 2OH– = [Zn(OH)4]2– + H2

H+H+

77

Page 78: Кафедра неорганической химии

Определите рН раствора, содержащего 0,001 моль/л уксусной кислоты и 0,1 моль/л ацетата натрия.

CH3COONa = Na+ + CH3COO–

CH3COOH + H2O CH3COO– + Н3О+

[CH3COOH] = c0 – x

[CH3COO–] = c1 + x

c1

c0 x

H+ H+

78

Page 79: Кафедра неорганической химии

Определите рН раствора, содержащего 0,001 моль/л уксусной кислоты и 0,1 моль/л ацетата натрия.

0

1

0

1

3

33 )(

][

]][[

c

xc

xc

xcx

COOHCH

COOCHOHK к

pH = – lg[H3O+] = – lg x = –lg(Kкc0 /c1) == – lg 1,810–510–3/10–1 = 6,7

При разбавлении раствора рН не меняется!

Буферный раствор 79

Page 80: Кафедра неорганической химии

Определите pH в водном растворе NaHA

HA– – амфолит (HCO3

–, HS–, H2PO4–, HPO4

2– и т.д.) Диссоциация:

NaHA = Na+ + HA– Протолиз иона-амфолита HA– как основания:

HA– + H2O H2A + OH–; Kо(H2A/HA–) = Kв/Kк(H2A/HA–)

Протолиз иона-амфолита HA– как кислоты:

HA– + H2O A2– + H3O+; Kк(HA–/A2–)

H+ H+

H+H+

80

Page 81: Кафедра неорганической химии

Определите pH в водном растворе NaHA Без вывода:

рН не зависит от концентрации амфолита

)/AHA()A/HAH(]OH[ 2к2к3

KK

)/AHA()A/HAH(lgpH 2к2к

KK

Буферный раствор 81

Page 82: Кафедра неорганической химии

• HA– pKк(H2A/HA–) pKк(HA–/A2–) pH• HCO3

– 6,37 10,33 8,35• HSO3

– 1,78 7,20 4,49• HS– 6,98 12,91 9,94• H2PO4

– 2,14 7,21 4,68• HPO4

2– 7,21 12,34 9,78

)/AHA(p)A/HAH(p2

1pH 2

к2к KK

Определите pH в водном растворе NaHA

pK = –lgK 82

Page 83: Кафедра неорганической химии

Кислотно-основные индикаторы

Индикатор Цвет сопряженной кислоты

Интервал pH

Цвет сопряженного основания

Метиловый оранжевый

  красный 3,1–4,4  оранжево-жёлтый

Лакмус   красный 5,0–8,0   синий

Бромтимоло-вый синий

  жёлтый 6,0–7,6   синий

Фенолфталеин  бесцвет-ный

8,2–10,0  малиново-красный

83

Page 84: Кафедра неорганической химии

Метиловый оранжевый

Желтый

Красный 84