Как найти значение ph раствора - Исправление недочетов и поиск решений вместе с Examum.ru

Загрузить PDF

В быту под pH подразумевают обычно шкалу, используемую для описания нейтральности или, наоборот, недостатка нейтральности того или иного вещества. В научном значении величина pH соответствует количеству ионов в химическом растворе. Если вы изучаете химию или связанные с ней предметы, вам может понадобиться рассчитать уровень pH, основываясь на концентрации веществ в растворе. Значение pH находится по следующей формуле: pH = -lg[H₃O⁺].

1
Ознакомьтесь с понятием pH. Величина pH соответствует концентрации ионов водорода в растворе. Раствор с повышенной концентрацией ионов водорода называется кислотным, а раствор с пониженной концентрацией этих ионов – щелочным.^[1] Ионы водорода кратко обозначают как H⁺. Их можно представлять и в составе соединения, тогда они называются гидроксонием и записываются как H₃0⁺.
- Ознакомьтесь со шкалой pH. Значения на шкале pH изменяются от 1 до 14. Чем меньше число, тем более кислотным является данный раствор. И наоборот, чем выше значение, тем более щелочным является раствор.^[2] Например, pH апельсинового сока составляет 2, поскольку этот сок представляет собой довольно кислотную жидкость. У хлорного отбеливателя pH равно 12, так как в нем много щелочи.^[3] В середине шкалы располагаются относительно нейтральные растворы, такие как вода, pH которой составляет 7.
- Разница между двумя растворами на 1 пункт по шкале pH означает, что они различаются по кислотности в 10 раз. Например, если взять два раствора со значениями pH 6 и 7, кислотность первого раствора с pH 6 будет выше кислотности второго раствора с pH 7 в 10 раз. А, например, кислотность раствора с pH 6 выше кислотности раствора с pH 8 в 100 раз.^[4]
2
Запомните уравнение для определения pH. Шкала pH вычисляется с помощью отрицательного десятичного логарифма. Отрицательный десятичный логарифм соответствует числу нулей, стоящих перед единицей, включая и ноль целых: например, отрицательный десятичный логарифм числа 0,1 равен 1, числа 0,01 — 2, и так далее.^[5] Формула для нахождения pH выглядит следующим образом: pH = -lg[H₃O⁺].
- Иногда формулу записывают в виде pH = -lg[H⁺]. Неважно, стоит ли в уравнении H₃O⁺ или H⁺, обе формы записи равноценны.
- Для нахождения pH необязательно уметь рассчитывать десятичный логарифм, так как практически в каждом научном или инженерном калькуляторе есть опция его вычисления.
3

Ознакомьтесь с понятием концентрации. Концентрация какого-либо вещества соответствует числу частиц этого вещества, присутствующих в растворе.^[6] Как правило, концентрация выражается в количестве молей на единицу объема и обозначается как m/V, или M. В химических лабораториях концентрации растворов пишут на бутылках с ними. Если вы решаете химическую задачу, концентрация может быть дана в условии, либо ее требуется найти.

Реклама

1
Вспомните формулу для нахождения pH. Вот эта формула: pH = -lg[H₃O⁺].^[7] Убедитесь в том, что вы знакомы со всеми элементами, входящими в данную формулу. Посмотрите, какая величина соответствует концентрации.
- В химии квадратные скобки означают концентрацию чего-либо. Так что формула для расчета pH читается как «pH равно отрицательному логарифму концентрации гидроксоний-ионов».
2
Определите действительную концентрацию. Внимательно прочитайте условие задачи. Найдите в исходных данных концентрацию кислоты или щелочи. Запишите полную формулу на листке бумаги, подставив в нее известные величины.^[8] Чтобы не возникло путаницы, рядом с числами всегда указывайте единицы измерения.
- Например, если концентрация составляет 1,05 x 10⁵ M, запишите формулу для расчета pH в следующем виде: pH = -lg[1,05 x 10⁵ M]
3

Вычислите pH. Для этого удобно использовать научный калькулятор. Сначала введите знак минуса, нажав кнопку «+/-». Затем нажмите кнопку «log», соответствующую десятичному логарифму (в английском языке десятичный логарифм обозначается как log). На экране отобразится «-log».^[9] Затем нажмите левую скобку и введите концентрацию. При необходимости не забудьте указать значение степени.^[10] После этого закройте скобки.^[11] В результате на экране калькулятора вы увидите «-log(1,05×10⁵). Нажмите «=». У вас должно получиться значение pH, приблизительно равное 4,98.

Реклама

1

Определите, что дано и что требуется найти. Запишите формулу для вычисления pH. После этого выясните известные величины, выписав их значения под формулой. Например, если известно, что pH равно 10,1, запишите это число под pH в формуле.
2
Преобразуйте формулу. При этом вам понадобятся знания из школьного курса алгебры. Для вычисления концентрации по известному значению pH необходимо преобразовать формулу так, чтобы концентрация обособленно стояла с какой-либо из двух сторон уравнения. То есть необходимо, чтобы по одну сторону знака равенства было выражение, содержащее величину pH, а по другую — концентрация гидроксония. Сначала умножьте обе части уравнения на -1. Затем возведите 10 в степени, стоящие по обе стороны получившегося равенства.
- Преобразовывая равенство pH = -log[H₃O⁺], получаем формулу +[H₃O⁺] = 10^-pH, то есть концентрация ионов равна десяти в степени -pH. Теперь вместо pH подставляем известное значение, в нашем случае 10,1.
3
Решите уравнение. Для возведения десяти в степень в калькуляторе предусмотрена определенная процедура. Сначала наберите 10. Затем нажмите клавишу возведения в степень «EXP». Введите знак минуса и значение степени. Нажмите «=».
- В нашем примере pH равно 10,1. Наберите «10» и нажмите клавишу «EXP». После этого нажмите «-/+», меняя знак. И наконец, введите значение pH «10,1» и нажмите клавишу «=». В результате у вас должно получиться 1e-100. Это означает, что концентрация составляет 1,00 x 10^-100 M.
4

Обдумайте полученный ответ. Имеет ли он физический смысл? Если pH равно 10,1, это значит, что концентрация гидроксония чрезвычайно мала, и у вас щелочной раствор.^[12] Таким образом, найденная очень низкая концентрация соответствует

Реклама

Советы

Если вычисление уровня pH поначалу кажется вам трудным, не забывайте, что существует множество источников, позволяющих больше узнать об этом вопросе. Воспользуйтесь учебником химии или попросите преподавателя помочь вам.

Об этой статье

Эту страницу просматривали 130 471 раз.

Была ли эта статья полезной?

Источник

Download Article

You can calculate the pH of a chemical solution, or how acidic or basic it is, using the pH formula: pH = -log₁₀[H₃O⁺]. Anything less than 7 is acidic, and anything greater than 7 is basic. Check out the steps below to learn how to find the pH of any chemical solution using the pH formula.

1
Know what pH actually is. The pH is a measure of the concentration of hydrogen ions in a solution.^[1] A solution with a high concentration of hydrogen ions is acidic. A solution with a low amount of hydrogen ions is basic, or also known as alkaline. Hydrogen ions, also known as hydronium, are written shorthand as H⁺ or H₃O⁺.^[2]
- Know the pH scale. The pH scale is usually presented from 0 to 14. The lower the number, the more acidic the solution. The higher the number, the more basic the solution. For example, orange juice would have a pH of 2 because it is quite acidic. In contrast, bleach has a pH of 12 as it is quite basic. Numbers in the middle of the scale are neutral, such as water, with a pH of 7.
- One level of pH is a 10x difference. For example, when comparing pH 7 to pH 6, pH 6 is ten times more acidic than pH 7. Furthermore, pH 6 would be 100 times more acidic than pH 8.
2
Define pH in an equation. The pH scale is calculated by a negative logarithm. A negative logarithm of base b is simply how many times a number must be divided by b to reach 1.^[3] The pH equation can be seen as follows: pH = -log₁₀[H₃O⁺].^[4]
- The equation can sometimes be seen as pH = -log₁₀[H⁺]. Know that whether the equation has H₃O⁺ or H⁺, they are the same.
- It is not vital to have a firm understanding of what a negative log is to calculate pH. Most calculators used at high school and post secondary level will have a log button.
Advertisement
3

Understand concentration. Concentration is the number of particles of a compound in a solution relative to the volume of the same solution.^[5] For pH, you have to use molar concentration for the formula to work out. Molar concentration, which is also called molarity, denotes the number of moles of dissolved compound per liter of solution. Its units are moles per liter (mol/L), also called molar (M). If you’re using a solution in a lab, the concentration will be written on the bottle. When working on your chemistry homework, the concentration will usually be given to you.^[6]

1
Remember the pH equation. The pH equation is as follows: pH = -log₁₀[H₃O⁺].^[7] Ensure you know what all terms in the equation represent. Look at which term is used for concentration.
- In chemistry, square brackets usually indicate «concentration of». So the equation of pH would be read as «pH equals the negative logarithm of the concentration of hydronium ions».
2
Identify the actual concentration. Read over your chemistry question. Identify the concentration of the acid or base. Write down the entire equation on paper with the known values represented in the equation.^[8] Always include units to avoid confusion.
- For example, if the concentration is 1.05 x 10^-5 M, write the pH equation as: pH = -log₁₀(1.05 x 10^-5 M)
3

Solve the equation. When solving the pH equation, you must use a scientific calculator. First, hit the “negative” button. It is usually written as “+/-”. Now key in the “log” button. Your screen should display “-log”.^[9] Now hit an open bracket and enter in your concentration. Don’t forget to add exponents when necessary.^[10] Follow with a closed bracket.^[11] At this point, you should see “-log(1.05×10^-5). Hit solve. Your pH should be approximately 4.98.

1

Identify the known unknowns. First write out the pH equation. Next, identify the values you have by writing them directly below your equation. For example, if you know the pH is a value of 10.1, write it on the paper below the pH equation.
2
Rearrange the equation. Rearranging the equation will require a strong understanding of algebra. To calculate concentration from pH, you must understand that the inverse of log₁₀ is «10 to the power of …» Start by shifting the minus sign over from the log side to the pH side. Then raise 10 to the power of (each side). «10 to the power of» and log₁₀ are inverses of each other and cancels out.^[12]
- For example, pH = -log₁₀[H₃O⁺] will mold into [H₃O⁺] = 10^-pH. pH can then be filled in as 10.1
3
Solve the equation. When working with inverse log, the calculator process is unique. Remember that log is a type of multiplication by 10. To enter your equation, key in 10. Next, hit the “EXP” exponent button. Key in the negative sign followed by the value. Hit solve.
- For example, take a pH value of 10.1. Key in “10” followed by “EXP.” Now key in “-/+” to have our value be negative. Finally, key in the pH of “10.1”. Hit solve. You should get about 7.943ᴇ-11, or 7.943*10^-11. This means our concentration is 7.943*10^-11 M.
4

Think about your answer. A neutral pH of 7 equates to a hydronium ion concentration of 10^-7 M. A solution with a pH of 10.1 is basic, so it will have less hydronium ions than that. If we look at our answer, 7.943*10^-11, we do indeed see that this number is way smaller than 10^-7, so our answer does make sense.^[13]

Add New Question

Question

What are some natural indicators?

Dr. Chris Hasegawa was a Science Professor and the Dean at California State University Monterey Bay. Dr. Hasegawa specializes in teaching complex scientific concepts to students. He holds a BS in Biochemistry, a Master’s in Education, and his teaching credential from The University of California, Davis. He earned his PhD in Curriculum and Instruction from The University of Oregon. Before becoming a professor, Dr. Hasegawa conducted biochemical research in Neuropharmacology at the National Institute of Health. He also taught physical and life sciences and served as a teacher and administrator at public schools in California, Oregon, and Arizona.

Retired Science Professor & Dean

Expert Answer

Cabbage juice, celeries, and different kinds of flowers are all excellent, natural base indicators.
Question

What is the purpose of a titration lab?

Dr. Chris Hasegawa was a Science Professor and the Dean at California State University Monterey Bay. Dr. Hasegawa specializes in teaching complex scientific concepts to students. He holds a BS in Biochemistry, a Master’s in Education, and his teaching credential from The University of California, Davis. He earned his PhD in Curriculum and Instruction from The University of Oregon. Before becoming a professor, Dr. Hasegawa conducted biochemical research in Neuropharmacology at the National Institute of Health. He also taught physical and life sciences and served as a teacher and administrator at public schools in California, Oregon, and Arizona.

Retired Science Professor & Dean

Expert Answer

Titration labs let you titrate an unknown acid solution with a basic solution that you already know the pH and molarity of.
Question

What is the most accurate method of reading pH?

Dr. Chris Hasegawa was a Science Professor and the Dean at California State University Monterey Bay. Dr. Hasegawa specializes in teaching complex scientific concepts to students. He holds a BS in Biochemistry, a Master’s in Education, and his teaching credential from The University of California, Davis. He earned his PhD in Curriculum and Instruction from The University of Oregon. Before becoming a professor, Dr. Hasegawa conducted biochemical research in Neuropharmacology at the National Institute of Health. He also taught physical and life sciences and served as a teacher and administrator at public schools in California, Oregon, and Arizona.

Retired Science Professor & Dean

Expert Answer

A pH meter is the most accurate options, but most people don’t have those lying around at home. pH papers and other indicators can work, too.

See more answers

Ask a Question

200 characters left

Include your email address to get a message when this question is answered.

Submit

If calculating pH seems difficult to you, there are many sources available. Use your textbook and reach out to your teacher for further help.

References

About This Article

Article SummaryX

To calculate pH, remember that the pH scale goes from 0 to 14 with numbers below 7 being acidic and numbers above 7 being basic. If you are doing chemistry in a lab, you will need to determine the concentration by finding the moles per unit of volume (m/v or M). If you are doing a chemistry problem, look at the equation to identify the concentration. Then, use the formula pH = -log10[H3O+], where H equals Hydrogen ions, to find the pH. To learn how to use pH to calculate a concentration, keep reading!

Did this summary help you?

Thanks to all authors for creating a page that has been read 348,595 times.

Reader Success Stories

Roman Barasa

May 15, 2018

«I had been taught 3 times in class about pH calculations, but failed to grasp. However, I have now grasped this in…» more

Did this article help you?

Источник

Расчет рН растворов сильных и слабых электролитов

Сильные
кислоты и основания
(табл.2.1) в растворах диссоциируют пол-

ностью,
поэтому концентрация ионов водорода и
ионов гидроксила равна

общей
концентрации сильного электролита.

Для
сильных оснований:
[OH^—]
= См;
для
сильных
кислот:
[H⁺]
=
См.

Таблица
2.1

Сильные электролиты

Класс	Формулы электролитов
Кислота	HNO₃, H₂SO₄, HCl, HBr, HI, HMnO₄, HClO₄
Основание	LiOH , KOH, RbOH, CsOH, NaOH, Ba(OH)₂, Ca(OH)₂, Sr(OH)₂
Соль	Растворимые соли

Слабым
электролитом
принято считать химические соединения,
молекулы которых даже в сильно разбавленных
растворах не полностью диссоциируют
на ионы. Степень диссоциации слабых
электролитов для децимолярных растворов
(0,1М) меньше 3%. Примеры слабых электролитов:
все органические кислоты, некоторые
неорганические кислоты (например, H₂S,
HCN), большинство гидроксидов (например,
Zn(OH)₂,
Cu(OH)₂).

Для
растворов слабых
кислот
концентрация ионов водорода [H⁺]
в растворе рассчитывается по формуле:

где:
Кк –
константа диссоциации слабой кислоты;
Ск –
концентрация кислоты, моль/дм³.

Для
растворов слабых
оснований
концентрация гидроксильных ионов
рассчитывается по формуле:

где:
Ко –
константа диссоциации слабого основания;
Сосн. –
концентрация основания, моль/дм³.

Таблица
2.2

Константы диссоциации слабых кислот и оснований при 25 оС

Формула	Константа диссоциации, Кд
СH₃COOH	1,86 • 10^–5
HCN	7,2 • 10^-10
HOCl	5,0 • 10^-8
HBO₂	7,5 • 10^-10
HOBr	2,5 • 10^-9
HF	6,2 • 10^-4
HNO₂	5,1 • 10^-4
HIO	2,3 • 10^-11
HOCN	2,7 • 10^-4
NH₄OH	1,79 • 10^-5
AgOH	5,0 • 10^-3

2.2.
Примеры решения индивидуального задания

Пример
№1.

Условие
задания: Определить
концентрацию
водородных и гидроксильных ионов в
растворе, если
рН =5,5.

Решение

Концентрация
ионов водорода рассчитывается по
формуле:

[Н⁺]
= 10^-рН

[Н⁺]
= 10^-5,5=
3,16 •10^-6
моль/дм³

Концентрация
гидроксильных ионов рассчитывается по
формуле:

[OН^—]
= 10^-рOН

рОН
= 14 – рН = 14 – 5,5 = 8,5

[OН^—]
= 10 ^-8,5
=
3 • 10^-9моль/дм³

Пример
№ 2.

Условие
задания: Вычислить
рН 0,001 М раствора HС1.

Решение

Кислота
HС1 является сильным электролитом
(табл.2.1) и в разбавленных растворах
практически полностью диссоциирует на
ионы:

HС1⇄
Н⁺+
С1^—

Поэтому
концентрация ионов [Н⁺]
равна общей концентрации кислоты:
[Н⁺]
= См = 0,001 М.

[Н⁺]
= 0,001= 1·10^-3
моль/дм³

Тогда:

рН
= – lg[H⁺]
= – lg 1 • 10^-3
= 3

Пример
№ 3.

Условие
задания:
Вычислить
рН 0,002 М раствора NaOH.

Решение

Основание
NaOH является сильным электролитом
(табл.2.1) и в разбавленных растворах
практически полностью диссоциирует на
ионы:

NaOH
⇄Na⁺+OH^—

Поэтому
концентрация гидроксильных ионов равна
общей концентрации основания: [ОH^—]=
См
= 0,002
М.

Тогда:

рОН
= – lg[ОН^—]
= – lgСм = – lg 2 •10^-3
= 2,7

Исходя
из формулы: рН + рОН = 14, находим рН
раствора:

рН
= 14 – 2,7 = 11,3

Пример
№4.

Условие
задания: Вычислить
рН 0,04 М раствора NH₄OH,
если
константа диссоциации Кд(NH₄OH)
= 1,79·10^-5
(табл.2.2).

Решение

Основание
NH₄OH
является слабым электролитом и в
разбавленных растворах очень незначительно
диссоциирует на ионы.

Концентрация
гидроксильных ионов [ОH^—]
в растворе слабого основания рассчитывается
по формуле:

моль/дм³

рОН
= – lg[ОH^—]
= – lg 8,5·10^-2
= 1,1

Исходя
из формулы: рН + рОН = 14, находим рН
раствора:

рН
= 14 – рOН = 14 – 1,1 = 12,9

Пример
№5.

Условие
задания: Вычислить
рН
0,17
М раствора
уксусной
кислоты (CH₃COOH),
если константа диссоциации Кд(CH₃COOH)
= 1,86 • 10^-5
(табл.2.2).

Решение

Кислота
CH₃COOH
является слабым электролитом и в
разбавленных растворах очень незначительно
диссоциирует на ионы.

Концентрация
ионов водорода [H⁺]
в растворе слабой кислоты рассчитывается
по формуле:

Тогда:

моль/дм³

Вычисляем
pH
раствора по формуле: рН = – lg [H⁺]

pH
= – lg 1,78 • 10^-3=
2,75

2.3.
Индивидуальные задания

Условия
заданий
(табл.
2.3):

Задание
№ 1.
Вычислить концентрацию водородных и
гидроксильных ионов в растворе при
определенном значении рН (см. пример №
1);

Задание
№ 2.
Вычислить рН раствора сильного электролита
(кислоты, основания) при заданной
концентрации (см. пример № 2, 3);

Задание
№ 3.
Вычислить рН раствора слабого электролита
(кислоты, основания) при заданной
концентрации (см. пример № 4, 5).

Таблица
2.3

Состав
исследуемой воды

№ задания	Условия заданий:
Задание № 1	Задание № 2	Задание № 3
рН	Сильный электролит	Концентрация, См	Слабый электролит	Концентрация, См
1	6,05	НСl	0,033	NH₄OH	0,01
2	8,5	HNO₃	0,091	HCN	0,09
3	5,5	HI	0,032	HOCl	0,05
4	7,7	NaOH	0,054	HBO₂	0,36
5	6,3	HBr	0,076	HOBr	0,22
6	6,5	KOH	0,045	HF	0,63
7	8,9	HClO₄	0,027	HNO₂	0,55
8	8,5	HMnO₄	0,005	HOI	0,03
9	6,5	CsOH	0,008	HOCN	0,19
10	6,1	HNO₃	0,004	NH₄OH	0,082
11	6,5	HI	0,001	AgOH	0,04
12	6,9	LiOH	0,009	СH₃COOH	0,26
13	8,8	HBr	0,005	HCN	0,075
14	6,9	RbOH	0,036	HOCl	0,07
15	7,3	HClO₄	0,0022	HBO₂	0,15
16	6,3	HMnO₄	0,063	HOBr	0,23
17	7,4	KOH	0,055	HF	0,34
18	6,7	HNO₃	0,003	HNO₂	0,18
19	8,2	HI	0,019	HOI	0,39
20	8,3	HNO₃	0,082	HOCN	0,15
21	6,1	CsOH	0,004	NH₄OH	0,33
22	6,9	HCl	0,026	AgOH	0,091
23	8,2	HClO₄	0,075	HBO₂	0,32
24	8,6	HMnO₄	0,007	HOBr	0,054
25	8,5	LiOH	0,015	HF	0,076
26	8,2	HNO₃	0,0023	HNO₂	0,045
27	8,0	HI	0,034	HOI	0,27

Продолжение
табл. 2.3

28	7,9	NaOH	0,018	HOCN	0,35
29	7,9	HBr	0,039	NH₄OH	0,08
30	8,1	HCl	0,015	AgOH	0,4
31	6,1	HNO₃	0,003	NH₄OH	0,032
32	6,5	HI	0,002	AgOH	0,02
33	6,9	LiOH	0,008	СH₃COOH	0,24
34	8,8	HBr	0,003	HCN	0,073
35	6,9	RbOH	0,033	HOCl	0,072
36	7,3	HClO₄	0,0012	HBO₂	0,16
37	6,3	HMnO₄	0,033	HOBr	0,24
38	7,4	KOH	0,045	HF	0,35
39	6,7	HNO₃	0,004	HNO₂	0,28
40	8,2	HI	0,029	HOI	0,29
41	8,3	HNO₃	0,081	HOCN	0,05
42	6,1	CsOH	0,006	NH₄OH	0,033
43	6,9	HCl	0,023	AgOH	0,29
44	8,2	HClO₄	0,078	HBO₂	0,62
45	8,6	HMnO₄	0,006	HOBr	0,024
46	8,5	LiOH	0,012	HF	0,036
47	8,2	HNO₃	0,0021	HNO₂	0,025
48	8,0	HI	0,037	HOI	0,027
49	7,9	NaOH	0,013	HOCN	0,015
50	7,9	HBr	0,034	NH₄OH	0,08

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
#
#
#
#
10.02.20161.72 Mб14referat_turbaza.docx
#
#
#
#
#
#

Источник

Есть вещества, которые могут проводить электрический ток в водном растворе или в расплаве. Они называются электролитами. При растворении или плавлении такие вещества распадаются на ионы. Этот процесс называют диссоциацией.

Диссоциация воды

Вода является хоть и слабым, но электролитом. Значит, она тоже распадается на катион и анион. Вот уравнение диссоциации воды:

H2O↔H++OH−H_{2}O leftrightarrow H^{+}+OH^{-}

Из этого уравнения мы видим, что ионы водорода Н⁺ и гидроксид–ионы ОН^— в воде присутствуют в одинаковых концентрациях. При 25 ^оС их концентрации равны 10^-7 моль/л. Произведение этих концентраций является постоянным и называется ионным произведением воды:

KH2O=[H+]⋅[OH−]=10−14K_{H_{2}O} = [H^{+}]cdot [OH^{-}] = 10^{-14}

В водных растворах электролитов оно тоже постоянно. Так как ионное произведение воды связывает концентрацию водорода и концентрацию гидроксид–ионов в растворе, то с его помощью можно вычислить одну из них, зная другую.
Зачем нам это нужно? Эти концентрации характеризуют среду водного раствора.

Водородный показатель

Также для оценки среды раствора часто применяются водородный показатель рН и гидроксильный показатель рОН. Это отрицательные десятичные логарифмы равновесных молярных концентраций ионов водорода и гидроксид–ионов соответственно. Они вычисляются по формулам:

pH=−lg[H+]pH = -lg [H^{+}]

pOH=−lg[OH−]pOH = -lg [OH^{-}]

Их сумма всегда равна 14.

Среда раствора

Так как же определить среду, зная эти характеристики?

Среда	[H+], моль/л	[ОH–], моль/л	рН
нейтральная	10^–7	10^–7	7
кислая	> 10^–7	< 10^–7	< 7
щелочная	< 10^–7	> 10^–7	> 7

Кислотность раствора повышается при приближении водородного показателя к нулю. Щелочность же увеличивается при приближении рН к 14. Это наглядно показано на схеме:

Индикаторы

Разработаны разные методы для определения рНрН. Самым простым из них является использование индикатора– вещества, изменяющего свой цвет в зависимости от среды (рН). Чаще всего используются лакмус, фенолфталеин и метилоранж. Для каждого из них есть диапазон рН, в котором можно наблюдать изменение их окраски. Но есть и универсальный индикатор, который позволяет определять водородный показатель в широком интервале от 0 до 14. Изменение цвета индикаторов и диапазоны изменения их окраски тут:

Теперь применим теоретические знания на практике и разберем пару заданий по этой теме.

Пример

Рассчитайте значения рН водного раствора азотной кислоты с молярной концентрацией 2·10^–5 моль/дм³;
Решение: Применяем формулы расчета водородного и гидроксильного показателей:

pH=−lg[H+]pH = -lg [H^{+}]

pOH=−lg[OH−]pOH = -lg [OH^{-}]

HNO3HNO3 – это сильный электролит. Следовательно, в растворе он полностью диссоциирует на ионы:

HNO3→H++NO3−HNO_{3}rightarrow H^{+}+NO_{3}^{-}

Стехиометрические коэффициенты перед HNO3 и Н+ одинаковы. Значит, молярная концентрация Н+ равна молярной концентрации HNO3 в растворе, а это нам дано по условию. Тогда

pH=−lg[H+]=−lg(2⋅10−5)=4,7pH = -lg [H^{+}]= -lg (2cdot 10^{-5})=4,7

Пример

Рассчитайте значение рН водного раствора гидроксида аммония с молярной концентрацией 0,01 моль/дм³.
Решение: Для расчета водородного и гидроксильного показателя используем формулы:

pH=−lg[H+]pH = -lg [H^{+}]

pOH=−lg[OH−]pOH = -lg [OH^{-}]

NH4OHNH4OH – слабый электролит. Он диссоциирует по уравнению:

NH4OH→NH4++OH−NH_{4}OHrightarrow NH_{4}^{+}+OH^{-}

Так как слабые электролиты распадаются на ионы не полностью, то необходимо вычислить степень диссоциации NH4OH. Для этого используем его концентрацию (дана по условию) и константу диссоциации (справочные данные).

α=K(NH4OH)C(NH4OH)=1,8⋅10−50,01=4,24⋅10−2alpha=sqrt{frac{K(NH_{4}OH)}{C(NH_{4}OH)}}=sqrt{frac{1,8cdot 10^{-5}}{0,01}}=4,24cdot 10^{-2}

Теперь вычисляем равновесную молярную концентрацию гидроксид – ионов:

[OH−]=α⋅C(NH4OH)=4,24⋅10−2⋅0,01=4,24⋅10−4[OH^{-}]=alphacdot C(NH_{4}OH)=4,24cdot 10^{-2}cdot 0,01=4,24cdot 10^{-4} моль/дм³.

Расчет значений рОН и рН:

pOH=−lg[OH−]=−lg(4,24⋅10−4)=3,37pOH = -lg [OH^{-}]= -lg (4,24cdot 10^{-4})=3,37

pH=14−pOH=14−3,37=10,63pH = 14-pOH = 14 — 3,37=10,63

Источник

§ 1. Что такое pH и как его считать

Начнём с того, что молекулы в растворах распадаются на заряженные частицы. Этот процесс называется
диссоциацией. Например, если растворить поваренную соль (`NaCl`), произойдёт такой распад:

`NaCl harr Na^+ + Cl^-`

Как ни странно, вода также может диссоциировать:

`H_2O harr OH^(-) + H^+`

Однако вода диссоциирует очень слабо — к этому способна лишь одна молекула из миллионов. Другие молекулы
могут быть более активными. Количество молекул вещества, которые диссоциируют на ионы определяется
константой диссоциации. Константа диссоциации для воды расчитывается так:

`K_д = ([H^+][OH^-])/([H_2O])`

То есть это умноженные концентрации ионов, делённые на концентрацию не распавшихся (недиссоциировавших)
молекул.
Константа диссоциации для воды равна `1.8 * 10^(-16)`

От константы диссоциации воды можно придти к другому термину — ионному произведению воды. Как
видно
из названия, это произведение концентраций ионов, на которое распадается вещество.

`K_(H_2O) = [H^+][OH^-] = 10^(-14)`

Ионное произведение воды является константой. Как видно из уравнения диссоциации чистой воды, число
частиц `H^+` равно числу частиц `OH^-`, а следовательно

`[H^+] = [OH^-] = 10^(-7)`

Теперь перейдём непосредственно к pH, который также называют водородным показателем.
pH это просто отрицательный десятичный логарифм от концентрации ионов `H^+`. То есть

`pH = -lg[H^+]`

Таким образом, зная концентрацию ионов `H^+` и имея под рукой калькулятор, можно вычислить pH
раствора.
Так, pH чистой воды равен 7 (исходя из ионного произведения воды) то есть среда нейтральная.
Если pH меньше 7, то раствор будет иметь кислую среду, если больше — то щелочную.
Но почему кислоты дают именно кислую среду, а щёлочи — щелочную?
Рассмотрим диссоциацию угольной кислоты:

`H_2CO_3 harr H^+ + HCO_3^-`

Как видно из этого уравнения, при диссоциации кислоты образуются ионы `H^+`. Соответственно,
концентрация этих ионов увеличивается, а логарифм (как и pH) уменьшается.
Если в растворе находится щёлочь (например гидроксид натрия), то концентрация ионов `H^+`
уменьшается, так
как образующиеся `OH^-` группы связываются с ними, pH при этом повышается:

`NaOH harr Na^+ + OH^-`

`OH^(-) + H^+ harr H_2O`

Минимальный pH равен 0, в то время как максимальный равен 14 (отрицательный логарифм от ионного
произведения воды).

Иногда нам может быть неизвестна концентрация ионов `H^+`, например когда по условию задачи мы
расстворяем щёлочь. Предположим, у нас есть 1 литр раствора, в котором содержится 0.1 моль гидроксида
натрия
и все молекулы распадаются на ионы. Тогда, согласно уравнению

`NaOH harr Na^+ + OH^-`

концентрация ионов `OH^-` также будет равна 0.1 моль/литр. Исходя из ионного произведения воды,
мы
можем
вычислить концентрацию `H^+`:

`[H^+][OH^-] = 10^(-14)`

`[H^+]*0.1 = 10^(-14)`

`[H^+] = 10^(-14) / 0.1 = 10^(-13)`

`pH = -lg10^(-13) = 13`

Однако, в данном случае лучше пользоваться показателем pOH. pOH — это тот же обратный десятичный
логарифм, но от концентрации ионов `OH^-`:

`pOH = -lg[OH^-]`

pH и pOH связаны отношением

`pOH + pH = 14`

Используя это, задачу можно решить так:

`pOH = -lg0.1 = 1`

`pH = 14 — pOH = 13`

Источник