Домашние задания по общей и неорганической химии 12 страница

г) Вычислим вначале растворимость гидроксида меди(II), Р, моль/л, а также концентрацию ионов  в его насыщенном растворе:

                           Р, моль/л Р, моль/л 2Р, моль/л

.

Следовательно, растворимость :

.

Тогда, концентрация ионов  равна:

.

Величина рН насыщенного раствора  составит:

.

д) Вычислим растворимость оксалата серебра Р, моль/л:

                           Р, моль/л 2Р, моль/л Р, моль/л

.

Величина Р составит:

.

, следовательно, количество вещества соли, содержащейся в 2,00 г оксалата серебра, составляет

.

Объём воды, который необходим для растворения 2,00 г оксалата серебра, равен:

.

е) При смешении растворов протекает следующий процесс:

.

Осадок карбоната кальция будет выпадать, если выполняется следующее условие: .

Концентрация карбонат-ионов известна из условия задачи, она равна молярной концентрации . Ионы кальция, которые при взаимодействии с ионами  могут образовывать осадок , дают насыщенный раствор сульфита кальция. Концентрацию свободных ионов  можно вычислить из величины :

.

Вычисляем концентрации ионов  и  в конечном растворе с учётом разбавления

,

,

и находим произведение концентраций ионов  и

,

которое больше, чем величина . Это означает, что осадок образуется.

Пример 2. В насыщенный раствор оксалата кальция добавили оксалат натрия до концентрации 0,1 моль/л. Вычислить массу оксалата кальция, которая содержится в 3 л такого насыщенного раствора, если .

Решение. В насыщенном растворе оксалата кальция существует равновесие

.

При добавлении в насыщенный раствор оксалата кальция сильного электролита, содержащего одноимённый ион , концентрация оксалат-иона возрастает по сравнению с равновесной концентрацией, характерной для насыщенного раствора.

В силу этого равновесие в системе сместится влево, оно будет направлено в сторону образования кристаллической фазы оксалата кальция, в результате чего установятся новые равновесные концентрации.

Обозначим растворимость  в присутствии  через Р, моль/л. Тогда новые равновесные концентрации составят:

                               Р, моль/л Р, моль/л (Р+0,1), моль/л

Величина ПР не зависит от концентраций, поэтому

.

Величина , поэтому для расчёта равновесной концентрации, характерной для нового состояния системы, слагаемым Р в скобках можно пренебречь:

.

Следовательно,

моль/л

(Р – молярная концентрация насыщенного раствора).

Вычисляем массу оксалата кальция, которая содержится в 3 л насыщенного раствора

.

Пример 3. При 298 К растворимость  равна  моль/л, а растворимость  равна  моль/л. Вычислить концентрации ионов ,  и  в растворе, насыщенном обеими солями.

Решение. Вначале вычислим величины произведений растворимости для обеих солей:

,

.

В растворе, насыщенном обеими солями, концентрация ионов  равна сумме концентраций ионов  и  (условие электронейтральнос-ти раствора), т.е.

                                      , откуда

.

Составив систему уравнений для величин  и  и, сложив их,

                                             

                                              +

                                             

,

решаем полученное уравнение относительно :

,

 моль/л.

Тогда концентрации ионов  и  могут быть вычислены из величин  и :

моль/л,

моль/л.

Пример 4. Какие объёмы растворов дигидрофосфата натрия () и гидрофосфата натрия () необходимо взять для получения 1 л буферного раствора, рН которого равен 7? Считать, что при смешении растворов объём не изменяется. Величина константы диссоциации иона  по первой ступени равна , а величина .

Решение. Будем считать, что диссоциация иона  в присутствии дигидрофосфат-иона подавлена, так как

.

В связи с этим величина рН раствора будет определяться следующим уравнением:

или

,

константа равновесия которого равна

.

Откуда

,

а величина

.

Пусть объём раствора гидрофосфата натрия равен х л, тогда

.

Количества вещества солей в данных объёмах растворов составят соответственно:

 и .

Эти вещества содержатся в одном и том же объёме буферного раствора, в связи с чем отношение концентраций ионов  будет равно отношению их количеств :

.

В последнем уравнении величина

.

Таким образом, отношение концентраций солей  и , а, следовательно, и ионов  и , составит:

,

откуда , т.е.

;

.

Пример 5. Вычислить массу хлорида аммония, которую необходимо добавить к 3 л водного раствора аммиака (), чтобы рН полученного буферного раствора стал равным 10,55. Величина .

Решение. Значение рН 10,55 соответствует концентрация ионов водорода . Тогда концентрация ионов  составит

.

Для буферного раствора, образованного слабым основанием и его солью справедливо уравнение:

.

Из него можно вычислить концентрацию соли в растворе:

,

откуда

.

Тогда масса хлорида аммония, которую следует добавить к 3 л раствора аммиака, составит

.

Пример 6. Вычислить рН буферного раствора, приготовленного смешением 150 мл 0,1 н раствора  и 15 мл 1,0 н раствора . Величина  (считать, что при смешении растворов объём не изменяется).

Решение. Концентрация ионов  ацетатного буферного раствора вычисляется по уравнению

.

При этом отношение концентраций кислоты и соли будет равно отношению количеств этих веществ, т.е.

.

Следовательно, рН буферного раствора составит

.

Примечание. Приведённые вычисления являются оценочными, так как они не учитывают различные побочные процессы (комплексообразование, протолиз ионов, их гидролиз и другие реакции).

Вариант 1

1. Вычислить величину рН, при которой начинается осаждение гидроксида магния из 0,01 М раствора , если . (10,4)

2. Вычислить величину , если растворимость соли в воде составляет . ()

3. Вычислить массу ортофосфата лития, которая содержится в 3 л его насыщенного раствора. . (1,15 г)

4. Вычислить рН раствора ацетатного буфера, полученного смешением 200 мл 0,2 н раствора уксусной кислоты и 15 мл 1 н раствора ацетата натрия. Величина . Считать, что при смешении растворов объём не изменяется. (4,33)

5. К 200 мл раствора уксусной кислоты, в котором степень её диссоциации равна 1,5 %, добавили ацетат натрия. При этом рН полученного буферного раствора стал равным 5,0. Вычислить массу ацетата натрия, которая была добавлена к раствору уксусной кислоты, если . (2,23 г)

6. В каком объёмном соотношении необходимо смешать 0,2 М растворы аммиака и хлорида аммония, чтобы полученный буферный раствор имел рН 8? Величина . Считать, что при смешении растворов объём не изменяется.

Вариант 2

1. Вычислить величину рН, при которой начинается осаждение гидроксида алюминия из 0,01 М раствора , если . Учитывая, что осаждение любого иона считается полным, если его концентрация в растворе уменьшается до , вычислить значение рН раствора, при котором достигается полное осаждение ионов . (3,76; 5,09)

2. Смешали 250 мл 0,1 н раствора  и 450 мл 0,004 н раствора . Принимая диссоциацию солей в растворах полной, установить, выпадает ли осадок сульфата бария, если . (Выпадает)

3. Произведение растворимости  при 298 К равно , а при 373 К составляет . Во сколько раз возросла растворимость хлорида серебра? (В 882 раза)

4. Вычислить рН буферного раствора, в 1 л которого содержится    0,2 моль уксусной кислоты и 0,02 моль ацетата калия. . (3,76)

5. В каком объёмном соотношении необходимо смешать 0,1 н растворы уксусной кислоты и ацетата натрия, чтобы полученный буферный раствор имел значение pH 5? Считать, что при смешении растворов объём не изменяется.

6. В 50 мл едкого кали () растворили 8,025 г хлорида аммония. Полученный раствор разбавили дистиллированной водой до объёма 0,5 л. Вычислить рН полученного раствора, если . Считать, что при смешении компонентов объём раствора не изменяется. (8,56)

 

Вариант 3

1. Выпадет ли осадок, если смешать равные объёмы 0,01 н раствора  и 0,01 н раствора ?  (считать, что соли полностью диссоциированы в растворе и объём при смешении растворов не изменяется). (Выпадает)

2. Вычислить равновесную молярную концентрацию ионов  в насыщенном растворе ортофосфата магния, если . ()

3. При какой минимальной концентрации бромид-ионов будет происходить превращение хлорида серебра в бромид серебра? , . ()

4. Как изменится рН раствора в результате добавления 1 мл 6 М раствора  к 500 мл буферного раствора, полученного растворением 3,28 г ацетата натрия в 500 мл 0,1 М раствора уксусной кислоты? Величина . В вычислениях пренебречь изменением объёма при смешении растворов. (pH изменится на 0,12)

5. Как изменится величина рН буферного раствора, содержащего в 1 л 0,1 моль уксусной кислоты () и 0,05 моль ацетата натрия, при его разбавлении в 10 раз? (Не изменится)

6. Вычислить объёмы водных растворов муравьиной кислоты () и формиата калия (), необходимые для приготовления буферного раствора объёмом 0,5 л с величиной рН 5. Считать, что смешение растворов происходит без изменения объёма. Величина .

 ()

Вариант 4

1. 0,05 г  были промыты: а) 300 мл воды; б) 300 мл 0,02 М раствора . Определить возможный процент потерь осадка вследствие растворимости соли (считать, что промывные воды насыщены сульфатом бария). . (1,87 %; )

2. При 298 К , а . Вычислить концентрации ионов ,  и  в растворе, насыщенном обеими солями.

 (; )

3. Вычислить рН насыщенного раствора гидроксида магния, если . (10,38)

4. Какую минимальную и максимальную массу уксусной кислоты необходимо добавить к 4,00 г едкого натра, чтобы после растворения смеси в воде образовался буферный раствор? . При проведении расчётов учесть, что буферное действие раствора проявляется, если концентрация одного из компонентов, а, следовательно, и количество его вещества, превышает концентрацию другого не более, чем в 10 раз, т.е. . ()

5. 3,28 г ацетата натрия было добавлено к 500 мл 0,1 М раствора уксусной кислоты. Вычислить рН полученного буферного раствора, если . (4,66)

6. Фосфатный буферный раствор был приготовлен смешением 200 мл раствора дигидрофосфата натрия () и 300 мл раствора гидрофосфата натрия (). К полученному буферному раствору было добавлено 40 мл раствора NaOH (). Вычислить рН исходного буферного раствора и раствора, полученного после добавления к нему водного раствора щёлочи. Величины  и  равны, соответственно,  и . Считать, что при смешении растворов объём не изменяется, а диссоциацией иона  можно пренебречь, так как . (7,56; 7,63)

Вариант 5

1. Растворимость сульфата кальция при некоторой температуре составляет 0,0827 г соли в 100 мл раствора. Вычислить величину . ()

2. При каком соотношении концентраций ионов  и  будет происходить совместное осаждение сульфатов стронция и свинца из водного раствора смеси их солей при добавлении к нему раствора ? ; .

3. Вычислить массу хромата серебра в растворе хромата калия объёмом 300 мл (), если . (  г)

4. Раствор уксусной кислоты объёмом 100 мл смешали с 25 мл раствора гидроксида натрия (молярные концентрации раствора каждого электролита равны 0,5 моль/л), поместили в мерную колбу и разбавили дистиллированной водой до 1 л. Вычислить рН полученного раствора, если . (4,28)