Ю. Н. Медведев ПРОТОЛИТИЧЕСКИЕ РАВНОВЕСИЯ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ Учебное пособие Печатается по решению Ученого совета Химического факультета Московского педагогического государственного университета Москва — 2011 УДК 542.9 ББК 24.117+24.22 М42 Научный редактор: А. И. Дементьев докт. физ.-мат. наук, проф. <...> В настоящем пособии рассмотрена система основных понятий протонной теории кислот и оснований Бренстеда–Лоури и с количественной точки зрения рассмотрены протолитические равновесия в водных растворах. <...> Даются подробные методики расчёта значения рН как в растворах индивидуальных протолитов (кислот, оснований, амфолитов), так и в их смесях. <...> Самая сильная и самая слабая кислоты в водном растворе . <...> ПРОТОЛИТИЧЕСКИЕ РАВНОВЕСИЯ В РАСТВОРАХ МНОГОПРОТОННЫХ КИСЛОТ . <...> ПРОТОЛИТИЧЕСКИЕ РАВНОВЕСИЯ В РАСТВОРАХ МНОГОПРОТОННЫХ ОСНОВАНИЙ . <...> СОСТАВ РАСТВОРОВ КИСЛОТ КАК ФУНКЦИЯ рН . <...> Состав растворов однопротонных кислот как функция рН . <...> Состав растворов многопротонных кислот как функция рН . <...> Основные понятия протонной теории Современные представления о кислотно-оснувных свойствах веществ и кислотно-оснувных равновесиях основаны на протонной (иначе — протолитической) теории кислот и оснований, предложенной в 1923 г. независимо Дж. <...> Подобная кислотно-оснувная пара НВ и В– Каждая кислота НВ, теряя протон, превращается в соответствующее , которое, присоединив протон, вновь образует кислоту называется сопряженной кислотно-оснувной парой. <...> Так, фтороводородной кислоте сопряжено основание фторид-ион, гидросульфат-иону как кислоте сопряжен сульфат-ион как основание и т.д.: сопряженная кислота нейтральная анионная катионная сопряженное основание HSO4 ← H + + → HF → – → NH4 ← H + ← H + + F – + SO4 + NH3 2– Из приведённого примера видно также, что в протонной теории различают три типа кислот: нейтральные, анионные и катионные. <...> Теория Бренстеда–Лоури приписывает кислотные свойства таким частицам, как ионы аммония NH4 [Al(H2O)6] 3+ ниям как NH3 + или гидратированные <...>
Протолитические_равновесия_в_водных_растворах._Учебное_пособие.pdf
УДК 542.9
ББК 24.117+24.22
М42
Научный редактор:
А. И. Дементьев докт. физ.-мат. наук, проф.
Рецензенты:
Г. З. Казиев
М. П. Коротеев
(д. х. н., профессор, зав. кафедрой физической и аналитической
химии МПГУ);
(д. х. н., профессор кафедры органической химии
МПГУ).
М42 Медведев Ю. Н. Протолитические равновесия в водных растворах:
Учебное пособие. — М.: МПГУ, 2011. — 130 с.
В настоящем пособии рассмотрена система основных понятий
протонной теории кислот и оснований Бренстеда–Лоури и с количественной
точки зрения рассмотрены протолитические равновесия
в водных растворах. Даются подробные методики расчёта значения
рН как в растворах индивидуальных протолитов (кислот, оснований,
амфолитов), так и в их смесях.
Пособие предназначено для студентов химических специальностей
педагогических университетов, а также может быть полезно
аспирантам, специализирующимся в области неорганической, физической
и аналитической химии.
ISBN 978-5-4263-0053-8
© Ю. Н. Медведев, 2011
© МПГУ, 2011
© Оформление. Издательство
«Прометей», 2011
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. ПРОТОННАЯ ТЕОРИЯ КИСЛОТ
И ОСНОВАНИЙ ......................................... 5
1.1. Основные понятия протонной теории .......................5
1.2. Ряд протонного сродства ..................................7
1.3. Константы кислотности и основности .......................9
1.4. Самая сильная и самая слабая кислоты в водном растворе .....14
1.5. Автопротолиз растворителя ...............................19
1.6. Константа протолитического равновесия ....................20
1.7. О гидролизе солей .......................................23
2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА
РАВНОВЕСИЙ ......................................... 31
2.1. Алгоритм приближенного решения ........................31
2.2. Уравнение материального баланса .........................32
2.3. Условие электронейтральности ............................33
2.4. Протонное условие ......................................34
2.5. Примеры ...............................................36
3. ВЫЧИСЛЕНИЕ pH В РАСТВОРАХ КИСЛОТ
И ОСНОВАНИЙ ........................................ 39
3.1. Растворы сильных кислот ................................39
3.2. Растворы сильных оснований .............................42
3.3. Растворы слабых кислот и оснований. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
3.4. Примеры ...............................................49
4. ПРОТОЛИТИЧЕСКИЕ РАВНОВЕСИЯ
В РАСТВОРАХ МНОГОПРОТОННЫХ КИСЛОТ ........... 56
5. ПРОТОЛИТИЧЕСКИЕ РАВНОВЕСИЯ
В РАСТВОРАХ МНОГОПРОТОННЫХ ОСНОВАНИЙ ...... 66
6. ПРОТОЛИТИЧЕСКИЕ РАВНОВЕСИЯ
В РАСТВОРАХ АМФОЛИТОВ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
7. ПОНЯТИЕ О БУФЕРНЫХ РАСТВОРАХ ................... 81
Стр.3
8. СОСТАВ РАСТВОРОВ КИСЛОТ
КАК ФУНКЦИЯ рН ..................................... 88
8.1. Состав растворов однопротонных кислот как функция рН .....88
8.2. Состав растворов многопротонных кислот как функция рН ....89
8.3. Примеры ...............................................92
9. СМЕСИ КИСЛОТ ....................................... 95
9.1. Смесь двух сильных кислот ...............................95
9.2. Смесь сильной и слабой кислот ...........................96
9.3. Смесь двух слабых кислот ...............................105
10. СМЕСИ ОСНОВАНИЙ ................................. 110
11. РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ДИАГРАММЫ
ДЛЯ РАСТВОРОВ КИСЛОТ ............................ 115
ПРИЛОЖЕНИЕ ........................................... 121
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ........................ 128
Стр.4