Константы диссоциации некоторых слабых кислот и оснований 6 страница

195. При какой температуре начнет кристаллизоваться раствор сульфата железа (II) концентрацией 2 %, если его температура кипения 100,136 °С?

196. При какой температуре закипит раствор глицерина в воде, если он кристаллизуется при температуре –1,5 °С?

197. Кажущаяся степень диссоциации некоторой соли, диссоциирующей на три иона, составляет 97 %. Определить, при какой температуре начнет кристаллизоваться раствор этой соли в воде, если он закипает при температуре 100,2 °С.

198. Относительное понижение давления паров воды над раствором сульфата калия концентрацией 3 % составляет 9,23×10^-3. Определить, при какой температуре начнется кристаллизация воды из этого раствора.

199. Раствор хлорида калия в воде концентрацией 0,8 % и плотностью 1,02 г/см³ при температуре 27 °С имеет осмотическое давление 5,13×10⁵ Па. Определить, при какой температуре начнется кристаллизация этого раствора.

200. Температура кристаллизации бензола +5,5 °С, а раствора, содержащего 0,2242 г камфары в 30,55 г бензола, +5,254 °С. Определить молярную массу камфары, если константа кристаллизации бензола 5,16 K×кг/моль.

201. Раствор некоторого органического вещества в этиловом спирте закипает при температуре 78,41 °С. Определить его молярную массу, если для приготовления раствора было взято 2 г этого вещества, 48 г этилового спирта, температура кипения которого 78,3 °С, K _эб = 1,19 К×кг/моль.

202. Сколько граммов хлористого натрия надо добавить к 100 г воды, чтобы получившийся раствор не замерзал до температуры –1,8 °С? Считать, что соль диссоциировала на 100 %.

203. Сколько сахара С₁₂Н₂₂О₁₁ надо растворить в 200 г воды, чтобы полученный раствор кипел при температуре 100,3 °С?

204. Сколько граммов хлорида бария, диссоциирующего нацело, надо растворить в 1 л воды, чтобы получившийся раствор замерзал при температуре –3,2 °С?

205. Осмотическое давление раствора глицерина в воде при температуре 7 °С составляет 5,3×10⁵ Па. Определить при какой температуре закипит этот раствор, если его плотность 1,02 г/см³.

206. Определить степень диссоциации бензойной кислоты С₆Н₅СООН, если раствор ее в бензоле кристаллизуется при температуре 5,32 °С. Температура кристаллизации индивидуального бензола 5,5 °С, K _кр = 5,16 К×кг/моль, а для приготовления раствора взято 62,5 г бензола и 0,26 г бензойной кислоты.

207. Определить молярную массу бензойной кислоты, если известно, что ее раствор в бензоле кристаллизуется при температуре 5,18 °С. Для бензола Т _крист = 5,5 °С, K _кр = 5,16 К×кг×моль, а для приготовления раствора взято 100 г бензола и 0,757 г бензойной кислоты. Считать, что в растворе кислота практически не диссоциирована.

208. При какой температуре закипит раствор иодида калия в воде, если для его приготовления взято 300 мл воды и 1,33 г соли, кажущаяся степень диссоциации 98 %?

209. Относительное понижение давления паров воды над раствором некоторой соли составляет 1 %. Определить, при какой температуре закипит этот раствор.

210. Относительное понижение давления паров над раствором некоторого сильного электролита в воде составляет 1,5 %. Определить, при какой температуре начнется кристаллизация этого раствора.

211. Раствор, в 100 мл которого находится 2,3 г вещества, обладает при 298 К осмотическим давлением, равным 618,5 кПа. Определить молярную массу вещества.

212. В 1 мл раствора содержится 10¹⁸ молекул растворенного неэлектролита. Вычислить осмотическое давление раствора при 298 К.

213. В каком отношении должны находиться массы воды и этилового спирта, чтобы при их смешении получить раствор, замерзающий при -20 °С?

214. При 25 °С осмотическое давление некоторого водного раствора 1,24 МПа. Вычислить осмотическое давление раствора при 0 °С.

4.3. Водородный показатель

Для характеристики кислотно-основных свойств растворов используют водородный показатель рН, равный отрицательному значению десятичного логарифма концентрации ионов водорода. Аналогично рассчитывают гидроксильный показатель рОН, равный отрицательному значению десятичного логарифма концентрации ионов гидроксила:

. (4.13)

Концентрации ионов водорода и гидроксила связаны между собой равновесием диссоциации воды:

Н₂О Û Н⁺ + ОН^-.

Константу равновесия называют ионным произведением воды. При 298 К константа равновесия

.

Прологарифмировав это уравнение, получим

рН + рОН = 14.

В чистой воде (нейтральная среда) рН = рОН = 7. В кислой среде рН < 7, в щелочной среде рН > 7.

Расчет рН в растворах сильных кислот и оснований. Для сильных кислот и щелочей, полностью диссоциированных на ионы,

[Н⁺] = zC _к и [ОН^-] = zC _щ,

где С _к и С _щ - моляльные концентрации кислоты и щелочи соответственно; z - основность кислоты или кислотность основания.

Разбавление раствора сильного электролита учитывают в кислой и щелочной среде соответственно по уравнениям

рН₂ = рН₁ + lg n,

рН₂ = рН₁ – lg n,

где индекс 1 относится к исходному раствору (до разбавления), индекс 2 – к конечному раствору (после разбавления).

В среде, близкой к нейтральной, необходимо принять во внимание диссоциацию воды, в результате которой образуются ионы Н⁺иОН ^-.

(4.14)

.

При смешивании растворов сильных кислот и оснований возможны два варианта:

· если смешивают два кислых или два щелочных раствора, т.е. рН₁ < 7 и рН₂ < 7 или рН₂ > 7ирН₂ > 7, то

; (4.15)

.

· если смешивают кислый и щелочной растворы, т.е. рН₁ < 7 и рН₂ > 7, то конечную концентрацию раствора рассчитывают по веществу, взятому в избытке. При избытке кислоты

при избытке щелочи

.

Расчет рН в растворах слабых кислот и оснований. Диссоциация многих электролитов протекает не полностью. Отношение числа диссоциированных молей к общему числу молей электролита в растворе называют степенью диссоциации. Для его количественного описания используют константу равновесия, называемую константой диссоциации. Для одноосновной кислоты, диссоциирующей по уравнению, НАn Û Н⁺ + Аn^-, где Аn – кислотный остаток, константа диссоциации

. (4.16)

Так как [An^–] = [H⁺] и [НAn] = C, то

;

(4.17)

,

где С – концентрация слабой кислоты, моль/л.

Для растворов слабых оснований

, (4.18)

где С – концентрация слабого основания, моль/л.

По значению константы диссоциации можно рассчитать степень диссоциации слабого электролита:

.

Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато, например: Н₂S Û НS^- + Н ⁺ (1-я ступень); НS^- Û S^2- + Н⁺ (2-я ступень).

При расчетах рН обычно учитывают только первую ступень диссоциации, пренебрегая второй и третьей ступенями. Таким образом, уравнения (4.16) и (4.18) справедливы и для многоосновных кислот при использовании первой константы диссоциации K_{d 1}.

Константы диссоциации некоторых слабых кислот и оснований даны в прил.1.

Пример 10. Вычислить рН раствора серной кислоты концентрацией 0,3 % (d = 1,0 г/см³).

Решение. 1. Перейдем к моляльной концентрации серной кислоты. Для этого выделим мысленно 100 г раствора, тогда масса серной кислоты составит 0,3 г, а масса воды – 99,7 г. По уравнению (4.4) вычислим моляльную концентрацию:

2. Согласно уравнению диссоциации H₂SO₄ ® 2H⁺ + SO₄^2-, из 1 моль серной кислоты образуется 2 моль H⁺, следовательно,

3. По уравнению (4.13) вычислим рН = –lg[H⁺] = –lg0,062 = = 1,21.

Пример 11. Вычислить рН раствора гидроксида бария концентрацией 0,0068 экв/л.

Решение. 1. По уравнению диссоциации Ba(OH)₂ ® Ba²⁺ + + 2 OH^- из 1 моль гидроксида бария образуется 2 моль гидроксил-ионов:

2. По уравнению (4.13) найдем рOН = –lg[OH^-] = –lg0,0068 = = 2,17 и вычислим рН = 14 - рОН = 14 – 2,17 = 11,83.

Пример 12. Определить рН, если раствор одноосновной кислоты с рН = 5,5 разбавлен в 100 раз.

Решение. По уравнению (4.14) найдем концентрацию ионов водорода в конечном растворе

и вычислим

рН₂ = –lg[H⁺]₂ = –lg1,15×10^-7 = 6,9.

Пример 13. Определить значение рН при смешении 10 л раствора с рН₁ = 2 и 17 л раствора с рН₂ = 4.

Решение. По уравнению (4.15) найдем концентрацию ионов водорода в конечном растворе

и вычислим рН₃ = –lg[H⁺]₃ = –lg(4,6×10^-3) = 2,33.

Пример 14. Смешали 250 мл раствора с рН = 3 и 300 мл раствора гидроксида калия концентрацией 0,001 моль/л. Определить рН полученной смеси.

Решение. Обозначим объемы смешиваемых растворов V ₁ и V ₂ соответственно. Найдем число молей OH^-:

Согласно уравнению диссоциации KOH ® K⁺ + OH^-,

Найдем число молей H⁺:

Очевидно, что в избытке находятся гидроксил-ионы. Их остаточную концентрацию в полученном растворе найдем по уравнению

Вычислим

рН₃ = 14 + lg[OH^-]₃ = 14 + lg(9,1×10^-5) = 9,96.

Пример 15. Найти рН раствора борной кислоты с мольной долей 0,0025 (d _р-р = 1,0 г/см³).

Решение. 1. выделим мысленно 1 кг раствора. Запишем

,

где индекс 1 относится к растворителю, т.е. к воде, а индекс 2 – к растворенному веществу, т.е. к H₃BO₃. Так как M ₁ = 18 г/моль, М ₂ = 61,8 г/моль и

Þ ,

то

.

Вычислим

2. Так как плотность раствора 1 г/см³, то его объем соответствует 1 л, и молярная концентрация численно равна количеству вещества борной кислоты, т.е. С_М (Н₃ВО₃) = 0,138 моль/л.

3. Диссоциация борной кислоты по первой ступени протекает по реакции H₃BO₃ ® H⁺ + H₂BO₃^-, для которой константа диссоциации K_{d 1} = 7,1×10^-10. Второй и третьей ступенями диссоциации борной кислоты пренебрегаем.

4. В соответствии с уравнениями (4.17) и (4.13) вычислим

рН = –lg[H⁺] = –lg(9,9×10^-6) = 5.

Пример 16. Сколько граммов бутиламина содержится в 1 л его раствора, имеющего рН = 11,5?

Решение. Гидрат бутиламина диссоциирует как основание по уравнению C₄H₉NH₂×H₂O Û C₄H₉NH₃⁺ + OH^-. Константа диссоциации K_d = 4,57×10^-4, p K_d = 3,340, гидроксильный показатель рОН = 14 – рН = 2,5.

По формуле (4.18) найдем молярную концентрацию бутиламина

lg C_М = p K_d – 2pOH = 3,34 – 2×2,5 = –1,66;

C_М = 10^-1,66 = 0,022 моль/л.

Масса бутиламина, содержащаяся в 1 л раствора, С_г/л = C_МM, где М – молярная масса бутиламина 73 г/моль. Тогда С _г/л =0,022×73 = 1,6 г/л.

Задание IV. Определить pH предложенного раствора сильного электролита (табл.4.2).

Таблица 4.2

Задание V. Определить pH следующих растворов.

265. Раствор гидроксида бария концентрацией 0,1 моль/л, если к 1 л этого раствора добавили 7,1 г гидроксида натрия.

266. Раствор серной кислоты концентрацией 0,1 моль/л, если к 1 л этого раствора добавили 7,1 г гидроксида бария.

267. Раствор после выщелачивания боксита по следующим данным: масса руды 1 т; ω(Al₂O₃∙Н₂O) = 80 %; V (NaOH) = 3,1 м³; ω(NaOH) = 15 %.

268. 10-процентный раствор соляной кислоты (d = 1,047 г/мл) при условии, что к 20 л этого раствора прибавили 5 м³ воды, содержащей гидроксид кальция концентрацией 0,02 экв/л.

269. Раствор, содержащий 4 г KOH и 5 г NaOH в 1 л воды.

270. Раствор, содержащий 0,005 моль/л серной кислоты и 0,006 моль/л соляной кислоты.

271. Раствор после выщелачивания по реакции Li₂O∙Al₂O₃∙4SiO₂ + H₂SO₄ → Li₂SO₄ + Al₂O₃∙4SiO₂∙H₂O↓, если масса руды 1 т, w(Li₂O∙Al₂O₃∙4SiO₂) = 70 %; V (H₂SO₄) = 4 м³; w(H₂SO₄) = = 5 %, d = 1,032 г/мл.

272. Раствор после выщелачивания руды, если масса руды 1 т, в руде содержится 6 % Cu₄(SO₄)(OH)₆; w(H₂SO₄) = 3 %, d = 1,03 г/мл, V (H₂SO₄) = 3 м³.

273. Раствор, полученный при разбавлении 20 л 10 % соляной кислоты (d = 1,047 г/мл) пятью кубометрами воды.

274. Рассчитать рН раствора азотнокислых стоков, если 10 л 5-процентной азотной кислоты сброшены в резервуар емкостью 5 м³.

275. Раствор соляной кислоты, если к 100 мл этого раствора, содержащего 5 мг HCl, прибавили 5 мг нитрата свинца (II).

276. Раствор объемом 10 м³, содержащий по 50 г серной и дихромовой кислот.

277. Щелочные стоки объемом 5 л, содержащие 2 мэкв щелочи.

278. Раствор дихромовой кислоты, если в нем содержится 2 мг/мл Cr (VI).

Задание VI. Определить pH и степень диссоциации предложенного раствора слабого электролита при температуре 25 °С (табл.4.3.)

Таблица 4.3

Окончание табл.4.3

Задание VII. По заданному значению pH (табл.4.4) определить концентрацию предложенного раствора электролита при температуре 25 °С и выразить ее всеми возможными способами (считать, что плотность растворов 1 г/см³).

Таблица 4.4

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: