Из уравнения ионизации воды видно, что

[Н⁺] = [ОН^-], тогда [Н⁺] = [ОН^-]= =10^-7 моль/ дм³

10^-7моль/дм³ ионов водорода или гидроксила характеризует нейтральность раствора.

Величина ионного произведения воды остается постоянной не только для воды, но и для водных растворов кислот, щелочей и солей. Следовательно, не может быть водного раствора в котором [Н⁺] или [ОН^-] были бы равны нулю. Во всяком кислом растворе обязательно существуют ОН^- -ионы, но [Н⁺] > [ОН^-]>10^-7 моль/дм³, во всяком щелочном растворе существуют и Н⁺- ионы, но при этом [Н⁺] < [ОН^-]<10^-7 моль/дм³. При расчете концентрации ионов водорода и гидроксила в водных растворах исходят из величины ионного произведения воды

Вместо подлинных значений [Н⁺] используют их десятичные логарифмы с обратным знаком и назвал их показателями водородных ионов – pH: pH = -lg [Н⁺].

Соответственно, pОH – гидроксидный показатель, pОH = -lg [ОН^-].

Для чистой воды pH = -lg 10^-7=7; pОH = -lg 10^-7=7

pH + pОH = 14

При уменьшении [Н⁺] pH увеличивается, при увеличении [Н⁺] pH уменьшается. Следовательно, в нейтральных растворах pH = pОH =7; в кислых растворах pH < pОH < 7, в щелочных растворах pH > pОH > 7.

Вычисление pH водных растворов кислот и оснований.

Растворы сильных кислот

К сильным кислотам относятся галогеноводородные (HCl, HBr, HI), серная, азотная, хлорная (HClО₄) и хлорноватая (HClО₃) кислоты.

Так как в водных растворах степень диссоциации сильных кислот близка к 1 (α 1), то концентрация ионов водорода в их растворах практически равняется молярной концентрации этих кислот.

[Н⁺] С _{кислоты}

pH = -lg С _{кислоты}

Растворы слабых кислот

Слабые кислоты в растворе диссоциируют незначительно. В общем виде уравнение диссоциации слабой одноосновной кислоты НА (где А – анион кислоты) можно записать так:

НА Н⁺ + А^-

Используя закон действия масс, напишем выражение для К _{кислоты}

[Н⁺] [A^-]

К _{кислоты}=

[НА]

Если раствор кислоты не слишком разбавлен, то почти вся она присутствует в виде недиссоциированных молекул, т.е. [НА] С _{кислоты}. Из уравнения диссоциации кислоты видно, что иноны Н⁺ и А^- образуются в равных количествах, следовательно, концентрации их в растворе равны. Учитывая все сказанное получаем:

[Н⁺]²

К _{кислоты}=

С _{кислоты}

откуда [Н⁺] = √К·См рН = – lg[H⁺];

Растворы сильных оснований

Концентрация ионов гидроксила в разбавленных водных растворах сильных оснований (типа КОН, NаОН и др) практически равна молярной концентрации этих оснований, т.к. степень диссоциации сильных оснований близка к 1, т.е. [ОН^-] С _{основания}. рОН = – lg[ОН^–]; И находят рН из уравнения рН + рОН = 14;

pH = 14 + lg С _осн

Растворы слабых оснований

Слабые основания в растворах диссоциируют незначительно

Для слабых оснований [OН–] = √К·См, рОН = – lg[ОН^–];

И находят рН из уравнения рН + рОН = 14;

V₁= =4,5 (см³).

Пример. Концентрация ионов водорода водного раствора равна 10^-6 моль/дм³. Определить концентрацию ОН^- -ионов, pH и pОH.

Решение.

1. Для расчета [ОН^-] используют формулу

[ОН^-] = = = 10^-8 моль/дм³

2. Находят pH раствора: pH = -lg [Н⁺] = -lg 10^-6 = 6

3. Вычисляют pОH раствора: pОH = -lg [ОН^-] = -lg 10^-8 = 8 или, используя равенство, находят pОH = 14- pH = 14-6=8.

Пример. Вычислите pH раствора, в 200 см³ которого содержится 0,094 г азотистой кислоты, если константа ионизации кислоты равна 5,1 10^-4.

Решение.. Азотистая кислота (НNО₂) – кислота слабая, концентрация ионов водорода рассчитывается по формуле (15):[Н⁺] =√К·См, где К_{кислоты}– константа ионизации кислоты, С _{кислоты} – молярная концентрация кислоты, моль/дм³.

2. Вычисляют молярную концентрацию кислоты:, С _{кислоты} = = 0,01 (моль/дм³), где 0,094 масса кислоты, г

0,2 - V – объем раствора, дм³

_М.м = (1+14+2 ) = 47 г/моль- молярная масса азотистой кислоты

3. Рассчитывают [Н⁺] и pH раствора

[Н⁺] = = = 2,24 10^-3 моль/дм³,

pH = - lg[Н⁺] = - lg 2,24 10^-3 = 3- lg 2,24 = 3-0,35 = 2,65.

Пример. Вычислить pH 0,025 М раствора КОН.

Решение. КОН – сильное основание, pH рассчитывают по формуле

pH = 14 + lg С_КОН = 14 + lg 0,025

pH = 14 + lg 2,5 10^-2 = 14-2+ lg 2,5 = 12 + 0,4=12,4