Номер 5, страница 56, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

5. Как можно охарактеризовать среду любого водного раствора?

Среду любого водного раствора можно охарактеризовать по ее кислотности, то есть по соотношению концентраций ионов водорода $H^+$ (точнее, ионов гидроксония $H_3O^+$) и гидроксид-ионов $OH^-$. Это соотношение определяет, является ли среда кислой, нейтральной или щелочной (основной). Для количественной оценки этой характеристики используется водородный показатель (pH).

1. Типы сред по соотношению ионов

В основе классификации лежит процесс автодиссоциации воды:

$H_2o \rightleftharpoons H^+ + OH^-$

В чистой воде концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов равны. При растворении различных веществ этот баланс нарушается.

• Нейтральная среда: характеризуется равенством концентраций ионов водорода и гидроксид-ионов.

  $[H^+] = [OH^-]$

  Такая среда характерна для чистой дистиллированной воды и водных растворов солей, образованных сильным основанием и сильной кислотой (например, $NaCl$, $K_2SO_4$).

• Кислая среда: характеризуется избытком ионов водорода по сравнению с гидроксид-ионами.

  $[H^+] > [OH^-]$

  Такая среда создается при растворении в воде кислот (например, $HCl$, $HNO_3$) или солей, подвергающихся гидролизу с образованием избытка ионов $H^+$ (например, $NH_4Cl$, $Al_2(SO_4)_3$).

• Щелочная (основная) среда: характеризуется избытком гидроксид-ионов по сравнению с ионами водорода.

  $[H^+] < [OH^-]$

  Такая среда создается при растворении в воде оснований (щелочей, например, $NaOH$, $KOH$) или солей, подвергающихся гидролизу с образованием избытка ионов $OH^-$ (например, $Na_2CO_3$, $K_3PO_4$).

2. Количественная характеристика: водородный показатель (pH)

Для удобства количественного выражения кислотности среды используется водородный показатель (pH). Он определяется как отрицательный десятичный логарифм концентрации (в упрощенном виде, точнее – активности) ионов водорода:

$pH = -\lg[H^+]$

При стандартной температуре (25 o C) произведение концентраций ионов $H^+$ и $OH^-$ в любом водном растворе является постоянной величиной и называется ионным произведением воды ($K_w$):

$K_w = [H^+] \cdot [OH^-] = 10^{-14} \ (моль/л)^2$

Исходя из этого, была создана шкала pH от 0 до 14:

• $pH = 7$ – нейтральная среда ($[H^+] = 10^{-7}$ моль/л)
• $pH < 7$ – кислая среда (чем меньше pH, тем выше кислотность)
• $pH > 7$ – щелочная среда (чем больше pH, тем выше щелочность)

3. Способы определения среды раствора

На практике среду раствора определяют с помощью:

• Кислотно-основных индикаторов: веществ, которые обратимо меняют свой цвет в зависимости от pH среды. Например, лакмус в кислой среде красный, в нейтральной – фиолетовый, в щелочной – синий. Фенолфталеин в щелочной среде малиновый, а в кислой и нейтральной – бесцветный.
• Универсальной индикаторной бумаги: бумаги, пропитанной смесью нескольких индикаторов, что позволяет определить pH с определенной точностью по цветной шкале.
• pH-метра: электронного прибора, который позволяет измерить значение pH с высокой точностью.

Ответ: Среду любого водного раствора можно охарактеризовать как кислую, нейтральную или щелочную. Эта характеристика определяется соотношением концентраций ионов водорода $H^+$ и гидроксид-ионов $OH^-$. Количественно среда выражается через водородный показатель (pH): если $pH < 7$, среда кислая; если $pH = 7$, среда нейтральная; если $pH > 7$, среда щелочная.