Задачи и упражнения / Авдеенко А.П. Сборник задач по неорганической химии

Добавил:

Nemo_Nemorino Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Белорусская государственная сельскохозяйственная академия

Предмет:

Химия в школе

Файл:

[NH4OH] = 0,09 моль/л;

[NH4Cl] = 0,01 моль/л;

[NH4+] = 0,01 моль/л;

Kд, NH 4OH [NH 4OH]

1,79 10 5 0,09

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

13.12.2023

Размер:

4.99 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 2324 / 2624 25 26 > Следующая >>>

Причем, в связи с малой величиной степени диссоциации доля продиссоциированных молекул из всех имеющихся в растворе молекул ничтожна, поэтому вместо равновесной концентрации в выражении константы диссоциации можно брать исходную концентрацию СН3СООН.

Так как [H+] = [CH3COO¯],

[H+] =

K д,СН

СООН [CH3COOH].

С = 1 моль/л;

[H+] =

1,75 10

1 = 4,2∙10-3 моль/л;

рН = 2,38.

С = 0,1 моль/л;

[H+] =

1,75 10

0,1 = 1,32∙10-3 моль/л;

рН = 2,88.

С = 0,01 моль/л;

[H+] =

1,75 10

0,01 = 4,2∙10-4 моль/л;

рН = 3,38.

С = 10-3 моль/л;

[H+] =

1,75 10

0,01 = 1,32∙10-4 моль/л;

рН = 3,88.

Уже при концентрации 10-3 моль/л доля продиссоциированных молекул становится высокой:


Kд	1,75 10		5	0,13.
С		10 3		0,13.
С		10 3

А значит, требуется, начиная с концентрации 10-3 моль/л и ниже, в расчетную формулу подставлять только значения равновесных концентраций:

СН3СООН СН3СОО¯ + Н+;

равновесные концентрации: (С-Х) моль/л, Х моль/л, Х моль/л.

Kд,СН

СООН

Х Х

;

(С Х) Kд,СН

СООН

Х2

;

С Kд,СН

СООН

Kд,СН

СООН Х Х2 ;

Х2 Kд,СН

СООН Х

С Kд,СН

СООН 0.

[H ] Х

Kд,СН3СООН

(

Kд,СН3СООН

)

C Kд,CH

COOH

;

231


рН	lg				Kд,СН 3СООН						(	Kд,СН 3СООН						)	2	С Kд,СН			СООН .
рН	lg			2							(		2					)		С Kд,СН		3	СООН .
																						3

ССН	3	СООН		10 3		моль/л;
	3

pH			lg(	1,75 10		5	(		1,75 10				5		)2		10	3		1,75 10	5 )		3,91.
pH			lg(				(								)2		10			1,75 10	5 )		3,91.
				2			2
ССН	3	СООН		10 4		моль/л;
	3

pH			lg(	1,75 10		5	(	1,75 10 5						)2			10	4		1,75 10	5 )		4,47.
pH			lg(				(							)2			10			1,75 10	5 )		4,47.
				2			2
ССН	3		СООН	10 5		моль/л;
	3

pH			lg(	1,75 10		5	(			1,75 10			5			)2	10	5		1,75 10	5 )		5,15.
pH			lg(				(									)2	10			1,75 10	5 )		5,15.
				2			2
ССН	3	СООН		10 6		моль/л;
	3

pH			lg(	1,75 10		5	(	1,75 10 5						)2			10	6		1,75 10	5 )		6,02.
pH			lg(				(							)2			10			1,75 10	5 )		6,02.
				2			2

Уже при концентрации уксусной кислоты, равной 10-6 моль/л, степень электролитической диссоциации становится близкой к 1, значит, можно уже производить расчет рН по следующей формуле:

pH lg ССН			СООН lg 10 6	6,0.
		3
Диаграмма pH ССН	3	СООН приведена на рис.12.
	3

Но, как это было показано в предыдущей задаче, при концентрациях кислоты 10-7 моль/л и ниже необходимо учитывать диссоциацию воды, тогда аналогично раствору HCl значения рН будут следующие:

ССН 3СООН 10 7

ССН 3СООН 10 8

ССН 3СООН 10 9

моль/л; pH 6,79.

моль/л; pH 6,98.

моль/л; pH 6,998.

232


					pH -lg(-			Kg			(	Kg		)2	KgC)
					pH -lg(-						(			)2	KgC)
pH						2						2
pH
1
1


2	pH	-lg KgC
2	pH	-lg KgC
		.
.
	2,38			.
	2,38
3
			2,88			. .
			2,88
4
4
				3,38		3,91				.
				3,38





							4,47																	4KH 2 O	)
5																	pH		-lg	C	(1	1
5																	pH		-lg	C	(1	1
													.						2				2
6									5,15				.						2					C
7													6,02				6,79		. . .




																		.	6,98		6,998	6,9998
																		.

																							10-10 СCH3COOH
1		10-1 10-2 10-3 10-4							10-5 10-6							10-7			10-8		10-9		10-10 СCH3COOH

Рис. 12. Диаграмма pH ССН 3СООН

Задача № 3. Показать, что раствор NH4OH и NH4Cl, взятых в эквимолярных количествах, является буферным раствором, рН которого практически не меняется при его разбавлении, а также при добавлении к нему незначительного количества кислоты или щелочи. Рассчитать рН раствора, содержащего 1 моль/л NH4Cl и 1 моль/ л

NH4OH.

Решение. NH4OH – слабый электролит:

NH4OH NH4+ + ОН¯. NH4Cl – сильный электролит:

NH Cl	NH	+	+ Cl¯.
4		4

233

Предположим, что α = 1, тогда NH4+ = 1 моль/л.

Kд,NH

[NH4 ][OH

]

1,79 10

;

[NH4OH]

[NH 4OH] Kд, NH 4OH 1 1,79 10 5

[OH ]

1,79 10

;

[NH 4 ]

pOH = -lg [OH¯] = - lg 1,79∙10-5 = 4,75;

pH = 14 – pOH = 14 – 4,75 = 9,25.

Предположим, что буферный раствор NH4OH-NH4Cl разбавили в 2 раза, тогда:

[NH4OH] = 0,5 моль/л;

[NH4Cl] = [NH4+] = 0,5 моль/л;

[OH ]	0,5 1,79 10	5	1,79 10	5;

	0,5

рОН = 4,75; рН = 9,25.

При разбавлении буферного раствора рН не меняется. Добавим в 1 л буферного раствора 10 мл 1 М раствора NaOH:

NH4Cl + NaOH NH4OH + NaCl.

Это приведет к увеличению концентрации NH4OH на 0,01 моль/л и уменьшению концентрации NH4Cl на 0,01 моль/л. Концентрации станут приблизительно следующими:

[NH4OH] = 1,01 моль/л;

	[NH4Cl] = 0,99 моль/л;
	[NH4+] = 0,99 моль/л.
[NH 4OH] Kд,NH 4OH		1,01 1,79 10	5		5
[OH ]				1,83 10		моль / л.
[OH ]	[NH 4 ]	0,99		1,83 10		моль / л.
	[NH 4 ]	0,99

рОН = 4,74; рН = 9,26, т.е. практически не изменился.

234

Можно показать, что добавление 10 мл щелочи в 1 л воды изменит рН с 7 приблизительно до 12.

[NaOH] = 0,01 моль/л (не учитывая увеличения объема при добавлении к

1 л 10 мл);

[OH¯] = 0,01 моль/л; рОН = 2; рН = 12.

Добавим в 1 л буферного раствора 10 мл 1 М раствора HCl:

NH4OH + HCl NH4Cl + H2O.

Это приведет к увеличению концентрации NH4Cl на 0,01 моль/л и уменьшению концентрации NH4OH на 0,01 моль/л. Концентрации станут

приблизительно следующими:
		[NH4OH] = 0,99 моль/л;
	[NH4Cl] = [NH4+] = 1,01 моль/л;
[OH ]	0,99 1,79 10		5	1,755 10	5 моль / л;

	1,01

рОН = 4,76; рН = 9,24, т.е. практически не изменился.

Задача № 4. Подобрать наиболее подходящий индикатор для реакции нейтрализации NH4OH сильной кислотой.

Решение. Необходимо построить кривую титрования, т.е. установить зависимость рН от количества кислоты, добавленной для нейтрализации NH4OH. Концентрация может быть выражена в процентах от всего количества кислоты, необходимой для полной нейтрализации NH4OH,

NH4OH + HCl			NH4Cl + H2O.
Найдем некоторые точки на кривой. Предположим, что исходный раствор
NH4OH 0,1 молярный и что при нейтрализации NH4OH кислотой объем не
меняется.
Точка 1. Исходный раствор NH4OH:
Kд,NH		OH	[NH 4 ] [OH- ]	;
Kд,NH	4	OH	[NH 4OH]	;
	4

		235


			1,79 10 5	0,1 1,34 10 3 моль / л;
[OH ] K д, NH	4	OH [NH 4OH]	1,79 10 5	0,1 1,34 10 3 моль / л;
	4

рОН = 2,87; рН = 11,13.

Точка 2. Добавлено 10 % HCl от всего количества для полной нейтрализации, это приводит к следующему:

рОН = 3,79; рН = 10,21.

Точка 3. Добавлено 20 % НCl:

[NH4OH] = 0,08 моль/л;

[NH4Cl] = [NH4+] = 0,02 моль/л;

рОН = 4,15; рН = 9,85.

Точка 4. Добавлено 30 % НCl:

[NH4OH] = 0,07 моль/л;

[NH4Cl] = 0,03 моль/л;

рОН = 4,38; рН = 9,62.

Точка 5. Добавлено 40 % НCl:

[NH4OH] = 0,06 моль/л;

[NH4Cl] = 0,04 моль/л;

[OH ]	1,79 10	5	0,06	2,685 10	5 моль / л;

0,04

рОН = 4,57; рН = 9,43.

236

Точка 6. Добавлено 50 % НCl:

[NH4OH] = 0,05 моль/л;

[NH4Cl] = 0,05 моль/л.

В предыдущей задаче расчет рН буферного раствора NH4OH-NH4Cl с

эквимолярными количествами NH4OH и NH4Cl дал следующий результат:

рН = 9,25.

Точка 7. Добавлено 60 % НCl:
		[NH4OH] = 0,04 моль/л;
		[NH4Cl] = 0,06 моль/л;
[OH ]	1,79 10		5	0,04	1,19 10	5 моль / л;

	0,06
	0,06

рОН = 4,92; рН = 9,08.

Точка 8. Добавлено 70 % НCl:

[NH4OH] = 0,03 моль/л;

[NH4Cl] = 0,07 моль/л.

В данном случае концентрация NH4Cl становится высокой, поэтому необходимо учитывать гидролиз соли NH4Cl, образованной сильной кислотой и слабым основанием:

NH4+ + H2O NH4OH + H+ ;

Kг

К Н

2О

10 14

5,59 10

;

Кд, NH

OH 1,75 10

Кг

[NH 4OH] [H ]

;

[NH 4

]

[H ]

Кг [NH4 ]

5,59 10 10

0,07

1,3 10

моль / л;

[NH4OH]

0,03

рН = 8,88.

Точка 9. Добавлено 80 % НCl:

[NH4OH] = 0,02 моль/л;

[NH4Cl] = 0,08 моль/л;

237

[H ]	Кг [NH4 ]		5,59 10	10 0,08	2,37 10	9	моль / л;
	[NH4OH]	0,02

рН = 8,65.

Точка 10. Добавлено 90 % НCl:

[NH4OH] = 0,01 моль/л;

[NH4Cl] = 0,09 моль/л;

[H ]	5,59 10	10	0,09	5,03 10	9 моль / л;

	0,01
	0,01

рН = 8,30.

Точка 11. Добавлено 99 % НCl:

[NH4OH] = 0,001 моль/л;

[NH4Cl] = 0,099 моль/л;

[H ]	5,59 10	10	0,099	5,53 10	8 моль / л;

	0,001
	0,001

рН = 7,25.

Точка 12. Добавлено 100 % НCl:

[NH4Cl] = 0,1 моль/л;

	Кг		[NH 4OH] [H ]		;
	Кг			[NH 4 ]	;
				[NH 4 ]
		[NH4OH] = [H+] ;

[H ] Kг [NH4		]	5,59 10 10 10 1 7,48 10 6;

рН = 5,13.

Точка 13. Добавлено 101 % НCl:

[H+] = 0,001 моль/л; рН = 3.

Точка 14. Добавлено 110 % НCl:

[H+] = 0,01 моль/л; рН = 2.

Кривая титрования показана на рис.13.

238

pH
	10,21
10	.	9,85
10		.	9,62
			.		9,43	9,25	9,08.	8,88.
9					.	.	9,08.	8,88.	8,65
	Синий								.	8,30
8	Синий			Желтый						.
8											.7,25

7			Бромтимоловый
7	Лакмус		Бромтимоловый
	Лакмус				синий		Желтый
					синий
6
6
					Синий		Метиловый				.5,13
							Метиловый
5							красный
							красный
4							Красный
3											.3,0
2												2,0
2												.
1
	10	20	30		40	50	60	70	80	90	100	110	% HСl
					Рис.13. Кривая титрования

Эквивалентная точка нейтрализации при рН = 5,13.

Для того, чтобы была максимальная точность при нейтрализации, необходимо подобрать такой индикатор, у которого переход окраски происходит при рН порядка 5.

В таблице индикаторов находим наиболее подходящие индикаторы: лакмус – рН интервала перехода окраски 5,0…8,0; бромтимоловый синий – рН интервала перехода окраски 6,0…7,6; метиловый красный – рН интервала перехода окраски 4,4…6,2.

239

22.2. Произведение растворимости

Задача № 1. Смешивают при 20 оС 1 л насыщенного раствора AgCl и 1 л 0,01 М раствора NaCl. Какова масса AgCl в растворе ? Выпадает ли осадок AgCl ?

Решение. Растворимость AgCl при 20 оС равна:

RM,AgCl = 1,2∙10-5 моль/л.

Соли являются сильными электролитами. Для труднорастворимых солей все молекулы, перешедшие в раствор, диссоциируют на ионы:

AgCl Ag+ + Cl¯.

Концентрация ионов Ag+ определяется по формуле

[Ag+] = RM,AgCl = 1,2∙10-5 моль/л.

При смешивании растворов, взятых в равных объемах, их концентрации уменьшаются в 2 раза:

[NaCl] = 0,005 моль/л;

[Cl¯] = 0,005 моль/л;

[Ag+] = 6∙10-6 моль/л.

Концентрацией ионов Cl¯, образованных при диссоциации AgCl, пренебрегаем ввиду малой величины.

Условием образования осадка является:

			[Ag+] [Cl¯]				> ПРAgCl.
		AgCl Ag+ + Cl¯ ; ПРAgCl.= 1,56∙10-10.
В нашем случае
	[Ag+] [Cl¯]				= 0,005∙6∙10-6 = 3∙10-8,
то есть [Ag+] [Cl¯]	> ПРAgCl, а значит, будет образовываться осадок AgCl.
В растворе
		[Ag+] [Cl¯]				=	ПРAgCl;
[Ag	]	ПРAgCl		1,56 10		10		3,12 10 8 моль / л.
		[Cl ]			5 10	3

				240

<<< < Предыдущая 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 2324 / 2624 25 26 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке Задачи и упражнения