Домашние задания по общей и неорганической химии 11 страница

Представленные реакции являются, соответственно, второй и третьей ступенями диссоциации фосфорной кислоты и третьей ступенью диссоциации гидроксида алюминия . Оба эти соединения относятся к слабым электролитам, они диссоциируют ступенчато, причём каждая следующая ступень диссоциации происходит в значительно меньшей степени.

Пример 2. Определите константу диссоциации частицы при 298 К, используя справочные термодинамические данные.

Решение. Константа равновесия процесса диссоциации электролита

называется константой диссоциации:

Константа диссоциации электролита может быть найдена на основе соотношения, связывающего стандартную энергию Гиббса процесса диссоциации электролита и константу диссоциации:

Стандартная энергия Гиббса диссоциации находится как разность стандартных энергий Гиббса ионов и недиссоциированного электролита. Обратите внимание, что стандартное состояние недиссоциированного электролита (в нашем случае ) должно сопровождаться записью «р-р, ст. с., гип. недисс.». Это означает, что электролит находится в растворе со свойствами бесконечно разбавленного, но при этом на ионы не диссоциирует.

Таким образом, термодинамическое уравнение диссоциации имеет вид:

Найдём константу диссоциации

При решении задачи необходимо согласовать размерности и R.

Напомним, .

Пример 3. Определите концентрации ионов в 0,01 М растворе .

Решение. Диссоциация сильного электролита в разбавлен-ном растворе протекает полностью. Степень диссоциации равна 1.

где k – коэффициент перед ионом в уравнении диссоциации;

– молярная концентрация электролита.

Пример 4. Определите рН 0,1 мас.% раствора . Плотность раствора примите равной 1 .

Решение. Гидроксид бария в разбавленном растворе диссоциирует нацело:

Раствор имеет щелочную среду, рН > 7. Водородный показатель рН определяется как отрицательный десятичный логарифм концентрации иона водорода:

Аналогично,

При 298 К

Концентрации ионов и должны быть выражены в .

Найдём молярность раствора гидроксида бария. Пусть объём раствора равен 1000 мл (объём раствора можно принять равным любому числу, ответы не изменяться).

Поскольку объём раствора принят 1 л, то

Пример 5. Определите степень диссоциации уксусной кислоты в 0,1 М водном растворе кислоты и рН этого раствора. .

Решение. Уксусная кислота – слабый электролит, степень её диссоциации значительно меньше 1.

Степень диссоциации α равна отношению распавшихся молекул электролита (а значит, образовавшихся ионов или ) к исходному числу молекул электролита.

Равновесная концентрация уксусной кислоты равна исходной концентрации минус концентрация продиссоциированных молекул (а последняя, очевидно, равна концентрации образовавшихся ионов или ):

Подставим полученные выражения в формулу для константы диссоциации:

Полученное выражение носит название закона разбавления Оствальда и представляет собой зависимость степени диссоциации от концентрации электролита: чем меньше концентрация, тем больше степень диссоциации электролита.

Поскольку часто , то выражение упрощается .

Найдём степень диссоциации

Степень диссоциации 0,0134 или 1,34 % величина небольшая, поэтому наш приближённый расчёт справедлив.

Найдём рН раствора:

Возможен и второй способ решения задачи: сначала найти концентрацию иона водорода, а затем степень диссоциации. Поскольку при диссоциации уксусной кислоты , запишем:

Тогда:

Пример 6. Какой объём 0,1 М раствора соляной кислоты надо добавить к 100 мл 0,1 М раствора уксусной кислоты (), чтобы степень диссоциации уксусной кислоты уменьшилась в 10 раз? При решении примите, что объём полученного раствора равен сумме объёмов исходных растворов.

Решение. При добавлении к раствору слабого электролита (уксусная кислота) раствора сильного электролита (соляная кислота) диссоциация слабого электролита уменьшается в соответствии с принципом Ле Шателье.

Степень диссоциации должна уменьшиться в 10 раз. Используя решение предыдущего примера:

Пусть объём раствора равен V. Тогда раствор, полученный после смешивания двух растворов (соляной кислоты и уксусной кислоты) будет иметь объём . Найдём концентрации кислот после смешивания растворов.

Запишем уравнение материального баланса:

и – концентрация и объём каждого раствора, соответственно, до смешивания растворов;

и – концентрация веществ и объём полученного раствора, соответственно, после смешивания.

Для :

Запишем выражение для константы диссоциации уксусной кислоты:

Концентрация иона водорода в полученном растворе равна:

Уксусная кислота в присутствии сильного электролита диссоциирует незначительно, поэтому концентрация иона водорода в полученном растворе определится лишь концентрацией :

Концентрация ацетат-иона связана с концентрацией уксусной кислоты через степень диссоциации:

Поскольку уксусная кислота в присутствии сильного электролита диссоциирует незначительно, то

Подставим , и в формулу для константы диссоциации:

Подставим значения α и в выражение для

Отсюда .

При добавлении 15,5 мл 0,1 М раствора к 100 мл 0,1 М раствора уксусной кислоты степень диссоциации уксусной кислоты уменьшится в 10 раз.

Вариант 1

1. Напишите уравнения диссоциации солей , , , и образующихся частиц , .

2. Определите константу диссоциации частицы при 298 К, используя справочные термодинамические данные. (0,0104)

3. Определите концентрации ионов в 0,02 М растворе .

4. Определите рН 0,05 мас.% раствора азотной кислоты. Плотность раствора примите равной 1 . (2,10)

5. 1 М раствор слабой одноосновной кислоты имеет рН = 4. Найти рН 0,1 М раствора этой кислоты. Какова степень диссоциации кислоты в 0,1 М растворе? (4,5; )

6. Какой объём 0,05 мас.% раствора азотной кислоты (плотность раствора равна 1 ) необходимо добавить к 100 мл 0,1 М раствора слабой одноосновной кислоты (см. условие задачи 5), чтобы степень диссоциации этой кислоты уменьшилась в 2 раза? При решении задачи примите, что объём полученного раствора равен сумме объёмов исходных растворов кислот. (8,66 мл)

Вариант 2

1. Напишите уравнения диссоциации солей , , , и образующихся частиц , .

2. Определите константу диссоциации частицы по первой ступени при 298 К, используя справочные термодинамические данные. ()

3. Определите концентрации ионов в 0,03 М растворе (гидролиз соли не учитывать).

4. Определите рН раствора гидроксида натрия, титр которого равен 0,01 . (12,6)

5. Вычислите рН раствора циановодородной кислоты и концентрацию раствора, если степень диссоциации HCN в растворе равна 0,1 %, а константа диссоциации HCN равна . (4,61; )

6. В каком соотношении необходимо смешать 0,01 М раствор HCl и раствор HCN (см. условие задачи 5), чтобы степень диссоциации HCN уменьшилась в 10 раз? При решении задачи примите, что объём полученного раствора равен сумме объёмов исходных растворов кислот. (1:1666)

Вариант 3

1. Напишите уравнения диссоциации солей , , , и образующихся частиц , .

2. Определите константу диссоциации угольной кислоты по первой ступени при 298 К, используя справочные термодинамические данные. ()

3. Определите концентрации ионов в 0,05 М растворе .

4. Определите рН раствора соляной кислоты, титр которого равен . (1,56)

5. Вычислите рН раствора уксусной кислоты, полученного смешением 100 мл 0,1 М раствора и 900 мл 0,01 М раствора . Какова степень диссоциации уксусной кислоты в полученном растворе? . Примите, что объём полученного раствора равен 1000 мл. (3,23; 3,07 %)

6. В 100 мл 0,1 М раствора уксусной кислоты () растворили 0,01 М хлороводорода. Как изменится при этом степень диссоциации уксусной кислоты? При решении задачи примите, что объём полученного раствора равен 100 мл. (Уменьшится в 74,5 раз)

Вариант 4

1. Напишите уравнения диссоциации солей , , , и образующихся частиц , .

2. Определите константу диссоциации фосфорной кислоты по первой ступени при 298 К, используя справочные термодинамические данные. ()

3. Определите концентрации ионов в 0,04 М растворе .

4. Вычислите рН раствора , 250 мл которого содержат 1,28 г . (1,40)

5. Вычислите рН раствора уксусной кислоты и концентрацию кислоты в растворе, если степень диссоциации в растворе равна 1 %, а константа диссоциации равна . (2,74; 0,18 М)

6. Как изменится степень диссоциации уксусной кислоты, если слить равные объёмы раствора (см. условие задачи 4) и раствора (см. условие задачи 5)? При решении задачи примите, что объём полученного раствора равен сумме объёмов исходных растворов кислот. (Уменьшится в 11,1 раз)

Вариант 5

1. Напишите уравнения диссоциации солей , , , и образующихся частиц , .

2. Определите константу диссоциации частицы при 298 К, используя справочные термодинамические данные. ()

3. Определите концентрации ионов в 0,01 М растворе (гидролиз соли не учитывать).

4. Вычислите рН раствора, полученного смешением равных объёмов 0,04 М раствора и 0,03 М раствора . (12)

5. Определите степень диссоциации циановодородной кислоты в 0,2 М водном растворе кислоты и рН этого раствора. . (; 4,96)

6. Как изменится степень диссоциации циановодородной кислоты, если в 1 л раствора (см. условие задачи 5) добавить 1 г цианида натрия? Примите, что объём раствора не изменился. (Уменьшится в 1864 раза)

13. ПРОИЗВЕДЕНИЕ РАСТВОРИМОСТИ. БУФЕРНЫЕ РАСТВОРЫ

Пример 1. Определить:

а) равновесную молярную концентрацию катионов в насыщенном растворе фосфата аммония-магния, если величина ;

б) равновесную молярную концентрацию аниона в насыщенном растворе ортоарсената меди(II), если величина ;

в) растворимость (концентрацию насыщенного раствора в моль/л) хлорида свинца, если величина ;

г) рН насыщенного раствора гидроксида меди(II), если величина ;

д) объём воды (в л), который необходим для растворения 2,00 г оксалата серебра, если величина (объём воды принять равным объёму насыщенного раствора);