Іонне добування води. Водневий показник.

Вода як слабкий електроліт дисоціює на іони Н⁺ і ОН^-, які знаходяться у рівновазі з недисоціюючими молекулами: Н₂О D Н⁺ + ОН^-.

Добуток концентрацій іонів водню та гідроксид-іонів у воді називають іонним добутком води (позначають К_в). При данній температурі К_в – величина постійна, дорівнює при 22⁰С 10^-14.

К_в = [Н⁺][ОН^-] = 10^-7 ∙10^-7 = 10^-14

Із постійності добутку [Н⁺][ОН^-]слідує, що при збільшенні концентрації одного з іогів води відповідно зменшується концентрація другого іона. Це дає можливість визначити концентрацію Н⁺ -іонів, якщо відома концентрація ОН^—іонів, і навпаки. Наприклад, якщо у ворному розчині [Н⁺] = 10^-3 моль/л, то [ОН^-] визначають так:

[ОН^-] = моль/л

Таким чином, кислотність та лужність розчинів можна виразити через концентрацію або іонів Н⁺, або іонів ОН^-. Тоді для нейтрального розчину [Н⁺] = 10^-7, для кислого[Н⁺]>10^-7, для лужного [Н⁺]<10^-7моль/л.

Водневим показником рН називають десятинний логарифм концентрації водневий іонів, які взяті зі зворотнім знаком.

рН = -lg [Н⁺] або [Н⁺] = 10^-рН

де [Н⁺] – концентрація іонів водню, моль/л.

За допомогою рН реакції розчинів характеризують: нейтральна – рН 7, кисла – рН <7, лужна – рН > 7. Чим менше рН, тим більше концентрація іонів Н⁺, тобто вище кислотність середовища; і навпаки, чим більше рН, тим менше концентрація іонів Н⁺, тобто вище лужність середовища.

Наведемо приклади декількох найбільш відомих розчинів з вказанням відповідного середовища: шлунковий сік – рН 1,7 (сильно кисла реакція), волопровідна вода – рН рН 7,5 (слаболужна), кров – рН 7,4 (слаболужна), слюна – рН 6,9 (слабокисла), сльози – рН 7 (нейтральна). Велике значення рН у харчовій промисловості для визначення кислотності хлібобулочних виробів, лужності печева та ін..

Буферні розчини (буфери) – це розчини, в яких концентрація іонів водню (або виражаючий її водневий показник рН) мало змінюється при розбавленні цих розчинів і при додаванні до них невеликої кількості сильної кислоти або лугу. В якості буферних розчинів використовують розчини слабких кислот або слабких основ у присутності солей. Наприклад, ацетатний буфер – це розчин оцтової кислоти і ацетату натрію.

Буферні розчини широко використовуються у аналітичній хімії. Коли процес потрібно проводити при визначеному рН, до розчину додають відповідну буферну суміш. Наприклад, буферна суміш NH₄OH + NH₄Cl використовують для осадження гідроксид алюмінію, який при дії тільки одного розчину аміаку частково розчиняється у надлишку аміаку.

 

Завдання для виконання самостійної роботи

Відповісти на запитання:

1. Дайте характеристику електрона, протона та нейтрона (заряд, маса).

2. Що таке ізотопи? Як його позначають? Приклад.

3. Якими чотирма квантовими числами характеризується стан електрона в атомі?

4. Вкажіть число підуровнів у кожному енергетичному рівні. Як позначають різні підуровні?

5. Вкажіть максимальне число електронів на кожному підуровні.

6. Сформулюйте закон діючих мас.

7. Які реакції називають зворотніми?

8. Який стан системи реагуючих речовин називають хімічною рівновагою?

9. Що таке константа хімічної рівноваги? Як її виражають?

10. Які речовини називають електролітами?

11. Що таке іон?

12. Які основи називають амфотерними?

13. Що таке сильні та слабкі електроліти?

14. Чим визначається сила кислот та основ?

15. Що таке ступінь дисоціації?

16. Що таке іонний добуток води?

17. Яке значення іонного добутку води при 22⁰С?

18. Яка концентрація іонів водню у нейтральному, кислому та лужному середовищі?

19. Що називається буферними розчинами?

20. Що таке добуток розчинності?

21. Від яких факторів залежить швидкість хімічної реакції?

22. Що таке константа дисоціації?

23. Від яких факторів залежить константа дисоціації?

24. Чому при відкритті катіонів другої групи від катіонів першої групи, крім карбонат амонію, додають NH₄ОН та NH₄СІ?

25. Чим відрізняються катіони третьої аналітичної групи від катіонів першої та другої груп?

26. У виді яких сполук випадають в осад катіони третьої групи під дією групового реагенту?

27. Гідроксиди яких катіонів третьої групи володіють амфотерним характером?

28. Назовіть характерні реакції для кожної групи аніонів.

 

Скласти рівняння реакцій та електронні формули:

1. Складіть електронні формули для атомів наступних елементів: хлора, заліза, міді.

2. Намалюйте схеми розташування електронів по енергетичним (квантовим) ячейкам у атома: кисню, азоту, хлору.

3. Складіть рівняння дисоціації наступних речовин: Na₃PO₄, NaHPO₄, Fe₂(SO₄)₃.

4. Напишіть рівняння дисоціації гідроксиду алюмінію.

5. Складіть рівняння реакції у трьох формах між слідуючими речовинами: хлоридом калію та нітратом срібла; гідроксидом амонію та сульфатною кислотою; гідроксидом натрію та нітратною кислотою.

6. Напишіть повне та скорочене іонне рівняння реакцій між розчинами: сірчаною кислотою та нітратом плюмбуму; хлоридом алюмінія та нітратом срібла; хлоридом кальцію та фосфатом калію.

7. Яким реактивом можна відкрити К⁺? Напишіть рівняння реакцій у молекулярному та іонному виді.

8. Вкажіть характерні реакції на Na+. Напишіть рівняння реакцій у молекулярному та іонному виді.

9. Вкажіть характерні реакції на іони NH₄⁺ та Mg²⁺. Напишіть рівняння цих реакцій у молекулярній та іонній формі.

 

САМОСТІЙНА РОБОТА № 2.

Тема: Кількісний аналіз. Гравіметричний метод аналізу.

 

Повинні знати: сутність методу, типи визначень, сутність кожного визначення, його розрахунки та операції гравіметричного методу аналізу.

Повинні вміти: виконувати розрахунки величини наважки для аналізу, вибрати осаджувач, виконувати його розрахунки; провести розрахунок аналітичного фактору; добре провести операції осадження, фільтрування, висушування, прокалювання, розрахунки проценту визначеного компонента у зразку аналізуємого продукту.

 

План:

1. Кількісний аналіз. Гравіметричний метод. Задачі. Особливості методу.

2. Типи вагових визначень.

3. Операції гравіметричного методу.

4. Обчислення у гравіметричному аналізі.

Стислі теоретичні відомості