Номер 2, страница 170 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 5. Химические реакции в водных растворах. Параграф 24. Вода как слабый электролит. Водородный показатель. Свойства растворов электролитов - номер 2, страница 170.

Условие.

2. Что такое водородный показатель? В каких пределах изменяется эта величина и каким образом количественно характеризует кислотность среды?

Решение.

Решение 2.

Что такое водородный показатель?
Водородный показатель (обозначается как pH, от лат. potentia hydrogenii — «сила водорода») — это безразмерная величина, которая количественно выражает кислотность или щелочность водного раствора. Он определяется как отрицательный десятичный логарифм активности (в разбавленных растворах — молярной концентрации) ионов водорода $H^+$.
Формула для расчета pH:
$pH = -\lg[H^+]$
где $[H^+]$ — молярная концентрация ионов водорода, выраженная в молях на литр (моль/л).
Ответ: Водородный показатель (pH) — это мера кислотности, равная отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов водорода.

В каких пределах изменяется эта величина?
Для большинства водных растворов при стандартной температуре (25 °C) шкала pH изменяется в пределах от 0 до 14. Этот диапазон обусловлен ионным произведением воды, $K_w = [H^+][OH^-] = 10^{-14}$ (моль/л)². В чистой воде при этой температуре концентрации ионов $H^+$ и $OH^-$ равны $10^{-7}$ моль/л, что соответствует нейтральному значению pH, равному 7. Стоит отметить, что значения pH могут выходить за пределы этого стандартного диапазона: например, для очень концентрированных сильных кислот pH может быть отрицательным, а для очень концентрированных щелочей — превышать 14.
Ответ: В стандартных условиях водородный показатель изменяется в пределах от 0 до 14.

Каким образом количественно характеризует кислотность среды?
Водородный показатель позволяет количественно оценить кислотно-основные свойства среды:
• Если $pH < 7$, среда является кислой. Это означает, что концентрация ионов водорода $[H^+]$ больше, чем в чистой воде ($> 10^{-7}$ моль/л). Чем ниже значение pH, тем выше кислотность.
• Если $pH = 7$, среда является нейтральной. В этом случае концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов равны ($[H^+] = [OH^-] = 10^{-7}$ моль/л).
• Если $pH > 7$, среда является щелочной (основной). Это означает, что концентрация ионов водорода $[H^+]$ меньше, чем в чистой воде ($< 10^{-7}$ моль/л). Чем выше значение pH, тем выше щелочность.
Поскольку шкала pH логарифмическая, изменение pH на одну единицу соответствует десятикратному изменению концентрации ионов водорода. Например, раствор с pH 4 в 10 раз кислее раствора с pH 5. Таким образом, pH не просто классифицирует среду, а точно указывает на степень ее кислотности или щелочности.
Ответ: Среда является кислой при $pH < 7$, нейтральной при $pH = 7$ и щелочной при $pH > 7$. Чем меньше значение pH, тем выше кислотность среды. Изменение pH на единицу соответствует десятикратному изменению кислотности.