Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


РАСТВОРЫ СЛАБЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ



Пример 1 Рассчитайте степень диссоциации, рН, с(Н3О +) и с(ОН-) в водном растворе уксусной кислоты с концентрацией 0, 1моль/л. рКа(СН3СООН) = 4, 76.

Решение:

Протолитическое равновесие: CH3COOH +H2O = CH3COO- + H3O+

Сопряжённые пары: кислота СН3СООН и сопряжённое с ней основание СН3СОО-,

Основание Н2О и сопряжённая с ним кислота Н3О+.

Константа протолитического равновесия- константа кислотности уксусной кислоты

Ка =

Для слабых электролитов ионная сила мала и коэффициент активности можно принять равным 1. Тогда: Ка =

Поскольку с(СН3СОО-) =с(Н3О+) предыдущее выражение можно представить в виде:

Ка = ; Ка·с(CH3COOH) = c(H3O+)2. Прологорифмировав левую и правую часть, получим: рКа – lgc(CH3COOH) = 2pH

Равновесная концентрация уксусной кислоты равна исходной за вычетом концентрации, подвергнутой протолизу, т.е. сисх.- с(Н3О+)[или с(СН3СОО-), поскольку они равны]

Для слабых электролитов, в растворах которых концентрация ионов очень мала можно принять

сисх – с(Н3О+) сисх.

Тогда: 4, 76 – lg0, 1 = 2pH. pH = 2, 88. pOH = 14 – 2, 88 = 11, 12.

c(H3O+) =1, 32·10-3. c(OH-) = 7, 59·10-12

Степень диссоциации

Пример 2. Рассчитайте [HCO3-] и [CO32-] в 0, 01М растворе угольной кислоты, если рН этого раствора равен 4, 5. Ка1 = 4, 45∙ 10-7 Ка2 =4, 69∙ 10-11 .

Решение:

Протолитические равновесия:

1 ступень: H2CO3 + H2O = HCO3- + H3O+

2 ступень: HCO3- + H2O = CO32- + H3O+

pH = 4, 5. Отсюда [H3O+] = 3, 16∙ 10-5 моль/л

Константа протолиза(константа кислотности) по первой ступени:

Отсюда [HCO3-] = 4, 45∙ 10-7 ∙ 10-2 / 3, 16∙ 10-5 = 1, 41∙ 10-4 моль/л.

Отсюда [CO32-] = 4, 69∙ 10-11 ∙ 1, 41∙ 10-4 / 3, 16∙ 10-5 = 2, 09∙ 10-10 моль/л.

Пример 3. Вычислите концентрационную константу кислотности уксусной кислоты в водном растворе Mg(NO3)2 с концентрацией соли 0, 05 моль/л, если рКо = 4, 75.

Решение:

Термодинамическая константа кислотности уксусной кислоты:

Концентрационная константа кислотности уксусной кислоты:

аCH3COO- = fCH3COO- ∙ [CH3COO-]; aH3O+ = fH3O+ [H3O+]; aСH3COOH = fCH3COOH∙ [CH3COOH]

Отсюда: Kо = Kc fCH3COO- fH3O+ / fCH3COOH∙, но поскольку для уксусной кислоты коэффициент активности практически равен 1, то Kc = Kо / fCH3COO- fH3O+

Ионная сила раствора в основном определяется сильным электролитом-солью:

I = 0, 5( 0, 05∙ 22 + 0, 1∙ 1) = 0, 15.

В соответствии с таблицей: fCH3COO- = 0, 79, а fH3O+ = 0, 85.

Если рКо = 4, 75, то Ко = 1, 78∙ 10-5

Тогда Кс = 1, 78∙ 10-5 / 0, 79∙ 0, 85 = 2, 65∙ 10-5

Пример 4. Рассчитайте рН 0, 01М раствора молочной кислоты. Ка = 1, 4 ∙ 10-4

Решение:

Протолитическое равновесие:

CH3CH(OH)COOH + H2O = CH3CH(OH)COO- + H3O+

Для слабых электролитов, у которых степень протолиза > 5%,

уже нельзя считать концентрацию молекул, не подвергнутых протолизу, равной исходной концентрации электролита. Поэтому для молочной кислоты:

[CH3CH(OH)COOH] = [CH3CH(OH)COOH] исх. - [H3O+]

Тогда: Ka = [H3O+] [CH3CH(OH)COOH] / [CH3CH(OH)COOH] =

[H3O+]2 / [CH3CH(OH)COOH] исх. – [H3O+]

[H3O+]2 + Ka[H3O+] - Ka[CH3CH(OH)COOH] исх. = 0

 
 


[H3O+] = 0, 5 ( -Ka + √ Ka2 + 4Ka[CH3CH(OH)COOH] исх.;

 

[H3O+] = 0, 5 ( -1, 4 ∙ 10-4 + √ (1, 4 ∙ 10-4)2 + 4 ∙ 1, 4 ∙ 10-4 ∙ 10-2 ) = 1, 12∙ 10-3­ моль/л..

pH = 2, 9

 

Пример 5. Рассчитайте рН раствора HCN с концентрацией 10-6 моль/л. Ка = 6, 2 ∙ 10-10

Решение:

Для слабых электролитов с концентрацией < 10-4 моль/л, у которых константа протолиза < 10-8

необходимо учитывать автопротолиз воды.

Протолитическое равновесие:

HCN + H2O = CN- + H3O+

Уравнение электронейтральности: [H3O+] = [CN-] + [OH-];

[OH-] = Kw/ [H3O+];

Ka = [H3O+] [CN-] / [HCN]; [CN-] = Ka [HCN] / [H3O+];

Так как очень слабая, можно считать: [HCN] = [HCN] исх.

Тогда: [H3O+] = Ka [HCN]исх. / [H3O+] + Kw/[H3O+];

[H3O+]2 = Ka [HCN]исх. + Kw;

[H3O+] = √ Ka [HCN]исх. + Kw = √ 6, 2 ∙ 10-10 ∙ 10-6 + 10-14 = 1, 03 ∙ 10-7 моь/л .

pH = 6, 99.

Пример 6. Рассчитайте рН раствора ацетата натрия с концентрацией 0, 1 моль/л, а также степень протолиза(гидролиза) этой соли. Ка(СН3СООН) = 1, 75 ∙ 10-5.

Решение:

Протолитическое равновесие: CH3COO- + H2O = CH3COOH + OH-

Константа протолиза(константа основности иона ацетата):

Kb = [CH3COOH] [OH-] / [CH3COO-]

[CH3COOH] = [OH-]

а) Для приближенных расчетов можно считать, что [CH3COO-] = [CH3COO-] исх.

б) Для точных расчетов: [CH3COO-] = [CH3COO-] исх. - [OH-]

Kb = Kw/ Ka = 10-14 / 1, 75 · 10-5 = 5, 75 · 10-10

а) Kw/Ka = [OH-]2 / [CH3COO-]; [OH-]2 = Kw/Ka [CH3COO-];

2pOH = -lgKw + lgKa - lg[CH3COO-] = -lg10-14 + lg1, 75 ∙ 10-5 - lg 0, 1 = 10, 24.

pOH = 5, 12. pH = 14 - 5, 12 = 8, 88.

б) Kw/Ka = [OH-]2 / ([CH3COO-] исх. – [OH-]);

[OH-]2 = Kw/Ka ([CH3COO-] исх. – [OH-]);

[OH-]2 = 5, 75 · 10-10 ( 0, 1 – [OH-]); Пусть [OH-] = x.

x2 + 5, 75· 10-10 x - 5, 75 · 10-10 · 0, 1 = 0;

x = 7, 6 · 10-6; [OH-] = 7, 6 · 10-6 моль/л; рОН = 5, 12. pH = 8, 88.

Степень гидролиза соли: h = [OH-] / [CH3COO-] исх. = 7, 6 · 10-6 / 10-1 = 7, 6 · 10-5 = 0, 0076%.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

 

1. Напишите уравнения протолитического равновесия и укажите сопряженные кислотно-основные пары в водных растворах:

а) азотистой кислоты Ко (HNO2) = 5, 1× 10-4;

б) аммиака Кo(NH3× × H2O)= 1, 76× 10-5;

в) угольной кислоты Ко 2СО3 )= 4, 5 • 10-7 Ко ( НСО3-) = 4, 8× 10-11

От каких факторов зависит стандартная константа равновесия Ко ?

2 Напишите уравнения реакций автопротолиза воды и безводной уксусной кислоты.

3. Как связаны константы кислотности и основности сопряжен­ной пары

NH4 + - NH3? Приведите вывод формулы.

4. Степень диссоциации уксусной кислоты равна 1, 32 • 10-2, Ко= 1, 75 • 10-5 .

Определите концентрацию кислоты, концентра­цию ацетат-иона и рН раствора.

Коэффициенты активностей ионов принять равными 1.

5. В О, 1 М водном растворе аммиака рН=11, 12. Вычислите сте­пень диссоциации,

константу основности и концентрацию ионов аммо­ния в данном растворе.

Коэффициенты активностей ионов принять равными 1

6. Рассчитайте рН раствора, полученного при смешивании 10 мл 0, 1 М HNO2 и 20 мл 0, 05 М КОН, если плотности растворов равны 1, 00 г/мл [К о(HNO2).=5, 1× 10-4]. Коэффициенты активностей ионов принять равными 1.

К занятию №10

БУФЕРНЫЕ РАСТВОРЫ

Пример 1. Рассчитайте рН раствора, приготовленного смешением 300мл 0, 05М KH2PO4 и 200мл 0, 1М Na2HPO4. pKa(H2PO4 - )= 7, 2.

Решение:

рН буферного раствора равно: рН = рКа + lg

Определяем ионную силу раствора.

KH2PO4 = K+ +H2PO4- Na2HPO4 = 2Na+ + HPO42-

0, 05 0, 05 0, 05 ( моль) 0, 1 0, 2 0, 1 (моль)

Объём буферного раствора: 300мл + 200мл = 500 мл =0, 5л.

Концентрации ионов в буферном растворе равны:

)= моль/л c(Na )= = 0, 08моль/л

c(H2PO4- )= = 0, 03 моль/л c(HPO42-)= = 0.04 моль/л

Ионная сила J= 0, 5 ( 0, 03·12 + 0, 03·12 + 0, 08·12 + 0, 04·22)= 0, 15.

По таблице находим коэффициенты активности f ионов.

f(H2PO4-) =0, 81. f( HPO42-) = 0, 41.Рассчитываем рН данного буферного раствора:

pH= +lg = 7, 03.

Пример 2 Какие объёмы 0, 2М NH3·H2O и 0, 1М NH4Cl необходимо взять для приготовления 200 мл буферного раствора с рН=9, 54? pKb(NH3·H2O)=4, 76. Ионная сила раствора J= 0, 1.

Решение:

Коэффициент активности нейтральных молекул можно принять равными 1,

а f(NH4+) = 0, 81 в соответствии с ионной силой.

pН данной буферной системы равно: рН = рКа(NH4+) + lg

pKa(NH4+) = 14 – pKb = 14 – 4, 76 = 9, 24. pH = 9, 24 + lg

Предположим, что для приготовления буферного раствора взяли x (л) раствора аммиака. Тогда раствора хлорида аммония будет (0, 2 – x)л.

c(NH3·H2O) = =x(моль/л) c(NH4+)= =(0, 1-0, 5x) моль/л.

Подставляем полученные данные в уравнение для рН буферной системы:

9, 54 = 9, 24 + lg lg

x= 0, 0895 (л) =89, 5 мл 90мл.

V(NH3·H2O) = 90мл V(NH4Cl) = 110мл

 

Пример 3 а) Рассчитайте рН ацетатной буферной системы, приготовленной смешением 200мл 0, 1м СН3СООН и 200мл 0, 1М СН3СООNa. рКа(СН3СООН) = 4, 76.

б) Рассчитайте рН данной буферной системы после добавления 10мл 1М HCl и буферную ёмкость по кислоте.

в) Рассчитайте рН данной буферной системы после добавления

10 мл1М NaOH и буферную ёмкость по щёлочи.

Решение:

а) рН ацетатной буферной системы равна: рН= 4, 76 + lg

Концентрации буферных кислоты и основания равны:

c(CH3COO-) = с(СH3COOH) = моль/л

Для определения коэффициента активности определяем ионную силу:

J=0, 5(0, 05 + 0, 05)= 0, 05.

Концентрацией ионов, которые даёт слабый электролит – уксусная кислота пренебрегаем в виду их малости.

Из таблицы находим коэффициенты активности ацетат – иона и иона натрия: f=0, 84.

Рассчитываем рН буферной системы:

pН = 4, 76 + lg

б) При добавлении соляной кислоты протекает реакция:

CH3COO- + H3O+ = CH3COOH +H2O,

0, 02 0, 01 0, 01 моль

В растворе было: n(CH3COO-) = 0, 05·0, 4 = 0, 02 моль. Добавили n(HCl) = 0, 01·1 = 0, 01моль.

При этом сильная кислота заменяется в эквивалентных количествах на слабую (буферную) кислоту, а буферное основание в эквивалентных количествах уменьшается. (В этом заключается механизм буферного действия).

В результате реакции буферного основания осталось: 0, 02 –0, 01 = 0, 01 моль,

а буферной кислоты стало: 0, 02 + 0, 01 = 0, 03 моль.

Поскольку количество ионов в результате такой реакции не меняется, ионная сила не изменяется и коэффициент активности остаётся прежним.

Тогда рН = 4, 76 + lg

Буферная ёмкость по кислоте равна: Bк = моль/л.

в) При добавлении щёлочи в буферную систему протекает реакция:

CH3COOH + OH- = CH3COO- + H2O

0, 02 0, 01 0, 01 моль

В растворе было: n(CH3COOH) = 0, 05·0, 4 = 0, 02моль. Добавили n(NaOH) = 0, 01·1моль.

При этом сильное основание ОН- заменяется в эквивалентных количествах на слабое(буферное основание), а буферная кислота в эквивалентных количествах уменьшается. В результате реакции буферной кислоты осталось: 0, 02 –0, 01 = 0, 01 моль, а буферного основания стало:

0, 02 + 0, 01 = 0, 03 моль. Поскольку ионная сила не меняется, коэффициент активности остаётся прежним 0, 84.

Тогда рН = 4, 76 + lg

Буферная ёмкость по щёлочи равна: Вщ = моль/л.

 

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1. Рассчитайте рН буферного раствора, содержащего в 500 мл 0, 01 моль CH3COOH и 0, 02 моль CH3COONa.

2.Рассчитайте рН буферного раствора, содержащего 0, 01 моль КН2 РО4. и

0, 02 моль Na2 НРО4 в 500 мл раствора

[Ка(H3PO4) =7, 1 • 10-3, Ка (H2PO4-) = 6, 2× 10-8, Kа ( HPO42-) = 5, 0 × 10 –13 ].

Какие реакции будут протекать при добавлении к этому раствору небольшого количества КОН или HNO3? Объясните механизм буферного действия.

3. Рассчитайте молярное соотношение основания и сопряженной кислоты в буферном растворе, содержащем СН3 СООН и СН3 COONa, рН которого равен 4, 86 [Ка(СН3СООН) =1, 76 • 10-5 ].Какова буферная ёмкость это­го раствора по кислоте?

4. Рассчитайте рН буферного раствора, приготовленного смешением 200 мл 0, 2M NH3 и 400 мл 0, 1M NH4NO3. Kв(NH3 H2O) = 1, 76 10-5.

К занятию №12

Кривые титрования

1. Построить кривую титрования сильного основания сильной кислотой. Для этого рассчитать рН при добавлении к 50 мл 0, 1М NaOH следующих объёмов 0, 1М НС1 (в мл): О; 10; 25; 40; 49; 49, 9; 50; 50, 1; 51; 60; 75; 100. (Считать плотности растворов равными 1, 00 г/мл)

Выделить на кривой титрования скачок титрования, точку экви­валентности, выбрать индикатор.

Возможно ли титрование с метилоранжем (рТ=4, 0) и с фенолфта­леином (рТ=9)? Каков тип индикаторной ошибки?

2. Вычислить рН в растворе после добавления к 100 мл 0, 2М раствора гидроксида натрия 50 мл 0, 2М раствора соляной кислоты.

3. Вычислить рН начала скачка при титровании 50 мл 0, 1М НС1 раствором гидроксида натрия с с(NaOH)=0, l моль/л.

4. Построить кривую титрования слабого основания сильной кислотой. Для этого рассчитать рН при добавлении к 50 мл водного раствора аммиака с концентрацией аммиака 0, 1 мопь/л [Ко(NH3H2O)=1, 75•10-5] следующих объёмов 0, 1м НС1 (в мл): О; 10; 25; 40; 49; 49, 9; 50; 50, 1; 51; 60; 75; 100 (считать плотности растворов равными 1, 00 г/мл). Сравнить полученную кривую титрования с кривой титрования сильно­го основания сильной кислотой (см.пункт 1). Выделить на кривой титрования скачок титрования, точку эквивалентности, выбрать ин­дикатор.

Возможно ли титрование с метилоранжем (рТ=4, 0), метиловым красным (рТ=5, 0), фенолфталеином (рТ=9). Каков тип индикаторной ошибки?

5. Вычислить рН в растворе после добавления к 50 мл 0, 1М раствора уксусной кислоты 25 мл 0, 1М раствора гидроксида натрия, если Ко(СН3СООН)=1, 7910-5. Плотности растворов равны 1, 00 г/мл.

6. Вычислить рН в растворе после добавления к 100 мл 0, 1М раствора карбоната натрия 50 мл 0, 1М раствора соляной кислоты. Плотности растворов равны 1, 00 г/мл. Для угольной кислоты: Ко2СО3)=4, 510-7 Ко(НСО3-)=4, 810-11

7. Вычислить рН в растворе после реакции 10 мл водного раст­вора аммиака с с(NH3)= 0, 1 моль/л и 5 мл раствора соляной кислоты с с(НС1)=0, 2 моль/л, если Ко(NH3H2O) =1, 7510-5. Плотности растворов рав­ны 1, 00 г/мп.

8. Вычислить рН в растворе после реакции 10 мл 0, 1М KCN и 10 мл O.IM НС1, если Кo(HCN) =5, 0 •10-10. Плотности растворов равны 1, 00г/мл.

 

К занятию №11

ПРОИЗВЕДЕНИЕ РАСТВОРИМОСТИ

 

Пример. Рассчитайте растворимость фосфата бария, если ПР(Ba3(PO4)2) = 6, 3·10-39.

Решение:

Ba3(PO4)2 = 3Ba2+ + 2PO43-

Если s- растворимость фосфата бария, то: [Ba2+]= 3s, [PO43-] = 2s.

ПР = (3s)3 (2s)2 ­ = 108s5 = 6, 3 ·10-39.

 
 


Отсюда s = √ 6, 3 ·10-39 / 108 = 9 10-9 моль/л.

 

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

 

1. Дайте определение понятиям: «произведение растворимости», «растворимость».

2. Вычислите произведение растворимости хромата серебра, ес­ли в 500 мл воды при 25°С растворяются 0, 011 г Аg2 СгО4.

3. Произведение растворимости АgС1 равно 1, 810-10 Вычислите растворимость соли (моль/л и г/л) в воде и 0, 01М КС1. Коэффициен­ты активностей ионов принять равными 1.

4. Смешали 10 мл 0, 01М раствора СаС12и 40 мл 0.01М раствора оксалата аммония (NH4)2C2O4. Выпадет ли осадок оксалата кальция, если ПР(CaC2O4) =2 10-9?

5. В раствор, содержащий 0, 01 моль/л BaCl2, и 0, 01 моль/л SrCl2, медленно добавляют раствор сульфата натрия. Какой осадок выпадет первым,

если ПР(BaSO4) =1, 1 10-10; ПР(SrSO4)=3, 2 • 10-7?

 

К занятию №16


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2017-03-15; Просмотров: 716; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.077 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь