Ю.А. Золотов - Основы аналитической химии (задачи и вопросы) (PDF), страница 9

4. Рассчитайте активности ионов Саг, СГ и Н,О+ в 0,0130 М растворе хлорида кальция, содержащем 0,01 М НС1. Ответ: ас" =0,0062 М; ао- =0,0288 М; ан,о =0,0086 М. 5. Рассчитайте реальную константу кислотности азотистой кислоты в 0,1000 М растворе хлорида калия. Ответ: К.= 8,19 10 4. 6. Рассчитайте реальную константу кислотности бензойной кислоты СзНзСООН в растворе с ионной силой 1=0,05 М. Ответ: К,=9,19' 10 7. Рассчитайте реальную константу кислотности водной кислоты Н1О4 в присутствии 0,0157 М сульфата натрия, если еню,= =0,1000 М.

Ответ: К.=4,44 10 г. 8. Рассчитайте равновесную концентрацию ионов СО5 в;, 0,2000 М растворе (ХН,)гСОз при рН 9,00. Ответ: 0,0091 М. 9. Рассчитайте равновесную концентрацию ионов НБ в 0,5000 М растворе (!з!Н4)гБ при рН 10,00. Ответ: 0,4988 М. 4В 10. Рассчитайте равновесную концентрацию ионов В(ОН) в 0,1000 М растворе тетрабората натрия при РН 9,24. Ответ: 0,2000 М. 11. Рассчитайте равновесную концентрацию ионов СНО|СОО в 0',5000 М растворе дихлоруксусной кислоты при рН 2,00. Ответ: 0,4167 М. 12.

Рассчитайте равновесную концентрацию ионов НРО$ в 0,1500 М растворе фосфорной кислоты при рН 9„00. Ответ: 0,1476 М. 13. При каком значении рН равновесная концентрация ионов Бх в 0,1000 М распюре Ха2Б равна 0,0200 М? Ответ: рН 12,28. 14. Рассчитайте значение рН, при котором равновесная концентрация ионов НСОз в 0,0100 М растворе ХарСО, равна 0,0080 М7 Ответ: РН 6,95. 15. Рассчитайте значение рН, при котором равновесная концентрация ионов С,О4 в 0,2000 М растворе Ха,С,О, равна 0,0500 М7 Ответ: РН 3,79. 16.

Рассчитайте значение рН, при котором равновесная «овцевтрация ионов Н2РО4 в 0,5000 М растворе Ха,НРО, равна 0,3540 М7 Ответ: рН 2,50. 17. Рассчитайте значение рН, при котором равновесная концентрация НрС4Н4Ов в 0,0100 М растворе тартрата калия равна 0,0050 М? Ответ: рН 3,02. 18. Рассчитайте общую концентрацию глутарата натрия ХаООС(СН2)~СООХа, обеспечивающую при рН 3,00 равновесную концентрацию глутарат-иона (СН2)з(СОО)$, равную 2,0 10 4 М. Ответ: 1,166 М. 19. Рассчитайте общую концентрацию сульфита натрия, обеспечивающую при рН 7,00 равновесную концентрацию ионов НБОз, равную 4,0 10 з М.

Ответ: 6,48 10 з М. 20. Рассчитайте общую концентрацию лимонной кислоты НзС~О,Нь обеспечивающую при рН 5,00 равновесную концентрацию ионов НСвО~Н3, равную 8,0 10 ' М. Ответ: 1,28 10 4 М. 21. Рассчитайте общую концентрацию дигидроарсената натрия НаН,АвОь обеспечивающую при РН 3,00 равновесную концентрацию ионов Н,АвО~, равную 0,0100 М. Ответ: 0,0117 М. Вопросы 1. Какие растворы называют идеальными? В каких условиях реальные растворы можно считать идеальными? 2. Назовите основные причины отклонения реальных растворов от идеальных. 3. Напишите выражения термодинамической, реальной и условной констант равновесия.

Какие факторы влияют на их величины? 4. Как связаны между собой термодинамическая, реальная и условная константы равновесия? 5. Напишите схемы химических равновесий, существующих в водных растворах: а) РеС!й б) СО„в) Н2БО„г) насыщенном водном растворе ВаБОь б. Что такое активность? Как связаны активность ионов и их равновесная концентрация? 7.

Что такое коэффициент активности? Что характеризует коэффициент активности? 8. В каких пределах могут изменяться коэффициенты активности? В каких случаях они могут быть больше единицы? 9. Почему нельзя экспериментально найти коэффициенты активности индивидуальных ионов? 18.

Как связаны индивидуальные коэффициенты активности со средним коэффициентом активности электролита? 11. Как влияет заряд иона на величину коэффициента активности? 13. Что такое ионная сила раствора? Какова природа ионной силы и ее размерность? 15. Составьте уравнения для расчета ионной силы в водных растворах: а) НХОз+ХаХОз,' б) МББО~+Ха,БО4, в) РеС1,+Н2БО,; г) Ай(ХНз)2 +ХН4ХОь 14. Для кахой из написанных ниже реакций константа равновесия зависит от ионной силы раствора в наибольшей степени, а для какой — в наименьшей: а) Спз++4ХНз Сп(ХН )з+ б) Ва~~+Б0$ ВаБО4~ в) Сиз++С) СиС!+ + + ~ А ~з + 15.

Составьте уравнение, связывающее ионную силу раствора электролита (Кг"+ЯАл )„с его концентрацией. 1б. Напишите выражения для реальных констант следующих равновесий: НСООН НСОО +Н+ ХН4 — ХНз+Н+ АБСИД Ай+ + С) В каком направлении изменяются величины реальных констант этих равновесий при увеличении ионной силы раствора? 17. В чем суть условия материального баланса? 50 18. (Составьте уравнения материального баланса по атомам никеля=й аммиаку в водном растворе, содержащем частицы Хзг, Х1(ХНз) +> Хз(ХНз)$+, Хз(ХНз)зг+, Х1(ХНз)4~+, Х1(ХН )*+ Хз(ХН )г+ Х1(ОН)+, ХНа, Б04, ОН 19. Составьте уравнения материального баланса по атомам вдоминия и фтора в водном растворе,'содержащем частицы А1з+, А1Рг+ А)Р+ А)Р ЦР- А1Рг — ЦРз- А)(ОН)г+ РА1(ОН)Р, А1(ОН)Рг.

20. Что такое а-коэффициент (молярная доля)? В каких пределах могут изменятьоз величины и-коэффициента? 21. Как связан к-коэффициент с коэффициентом конкурирующих реакций? 22. Напишите выражение молярной доли иода в виде 1з через равновесные концентрации часпщ: 1„1 и 1з . 23. Напишите выражение молярвой доли этанола в виде тримера (КОН), в растворе СС1, через равновесные концентрации часпщ: КОН, (КОН~, (КОН), н (КОН),. 24. В чем суть условия электронейтральности? 25.

Составьте уравнение электронейтральности для водных растворов: а) РеС1,+НС1 с учетом образования частиц РеОг+, РеС1г и РеС!„б) концентрированной соляной кислоты; в) СНзСООН+СНзСООХа; г) СпБО4+ХН, с учетом образования комплексов и (ХН„),СО,; д) РеС1, +КБСХ в солянокислой среде. 2.2. Кислотно-основное равновесие Согласно теории Бренстеда — Лоури, кислота — это вещество, способное отдавать протоны (т. е. быть донором), а основание— вещество, способное их присоединять (т. е. быть акцептором).

Из этих определений следует, что кислотно-основная реакция заключается в переносе протона от кислоты к основанию. В кислотвоосновной реакции участвуют две сопряженные кислотно-основные пары, при взаимодействии кислоты и основания образуются новая кислота и новое основание: НА + В ВН+ + А кислота оснооание кислота основание Одним вз компонентов кислотно-основной реакции может быть растворитель.

Различают три вида растворителей: амфипротные, т. е. способные принимать и отдавать протоны; 51 протофильыые, т. е. способные только прынимать протоны от растворенных кислот, но неспособные отдавать их растворенным основаниям; апротоыные, т. е. неспособные реагировать ыи с кислотамы, ыи с основаниями. Характеристикой кислотно-основного равновесия для амфипротыых расгворытелей служит константна аатонротолиза Кзп (см.

приложение М1) БН+БН- БНэ + ион япония иаи листа (2Л6) Кзн=азн аз- з Силу кислоты или основания в любом растворителе можно охарактеризовать константой равновесия, которая называется соответственно константой кислотности К, ыли конппантой основ- ности Кэ: азп'ал- авы аз- К.=--' — и Кь= аых ав (2Л7) Константы кислотности и основности вахптейших кислот и оснований в воде и некоторых органических распюрителвх приведены в Приложениях эГ111, 1Х„Х. Сила кислоты увеличивается при раствореыви в более основном растворителе, а сила основания — в более кислотном растворителе. Между константами К, и Кь одной и той же кислотно-основной пары в одном и том же растворителе существует простая зависи- мостил ЯЛ8) иояизация диссацаация НА+ $Н $Нэ+А $Н++А ионизация диссоциация В+$Н вЂ” ВН+$ ВН'+$ Константа иониэацни кислоты НА аыраиается формулов Наведение кислот в освоваввй в растворителях с нюхай двэлеатрвчесзой проввааемостыо осваивается образованием ванных пар и необходимо различать образование ванных пар и образование свободных ионов.

Стемы явслотно-основных реакций в этом случае монна записать: 1$НдА ) [НА] аовстыпв лвсойваяии К„ [$Нд+)[А ) [$НдА ] вещав вовставта [$Н+][А ) [$Нд][А ) КдддКддд К» [НА]+[$Н+А ] сад 1+Кида Соответствующие выравеввв лва оснований сведующие: ]ВН+$ ] Кддд ]В] Квв [ВН+)[$ ] [ВН+$ ) Ке ]ВН Ц$-1 [ВН+]]$-1 К К [В)+[ВН+$ ) св 1еК Кислоту или основание можно назвать, более или менее условно, сжльными, если К )1. Например, в ледяной уксусной кислоте, диэлектрическая проницаемость которой очень низквл (в=6,13), хлорная кислота считается сильной, хотя рК, ее общей константы составляет всего 4,87, так как она находится, в основном, в виде ионных пар.

Соляная кислота имеет рК,=8,55, серная кислота— рК,=7,24. Все осзаования в ледяной уксусной кислоте — сильные, однако общие константы составляют, например: для трибензиламина рКе= 5,36; для пиридина — 6,10; для аммиака — 6,40; для моче- вины — 10„24. Следует отметить, что в водных растворах численные значения К, и Ке совпадают с численными значениями константы диссопнациии К Кислотность раствора кислоты рассчитывают по формуле: [БНД = т/Ксц~, а основания по формуле: (8Н:)= ™.

./К„,' Расчет рН. При вычислении рН растворов кислот (оснований) необходимо учитывать ионы лиония (лиата), которые образуются в результате их взаимодействия с молекулами растворителя, и ионы лиония (лиата), которые возникают в результате автопротолиза. 55 Однако в случае сильных кислот (осиований) при их концентрациях выше 10 е М автопротолиз можно не учитывать. Для слабых кислот (осионаиий) следует учитывать ие только нх концентрацию, но и величину константы кислотности (основиости).

Для сильной кислоты РН рассчитывают по формуле (2.19) РН = Рсва а РН основании— (2.20) РН = рКин — Рсв- Превер 1. Рассчвтайте рН 1,0 10 е М дегазвровавного водного раствора НХОь Резиенле. Прв такой ковцевтрецвв НззОз следует учвтьзеать НзО+, аозввканлцее а результате аетопротолвза лодзе. Зазпнпем ураввенве злекгронейтральвоств дла итого раствора: (н+1=0чо;1+(он-). Следовательно, 1з )О лО 10 ' 4'1О [Н+1 й'Ю з,рН 422.

2 Для слабой кислоты, если степень диссоциации а<5%, РН рассчитывают по формуле: (2.21) РН=1г2(РК +Рсва), а для основания рн =РЛ' — 1)2(РК,+р,). (2.22) ПРи а>5%, посколькУ [НА)тесна([В]Фсв), фоРмУла Расчета [ЗНл) для ~~~л~ты имеет- вид: -с Л [йНД= з г (2.23) а для основания [Я12 1 -ь л3к (2.24) Для слабых кислот (осиоваиий), например, в водных растворах при К<10 а и с<10 е М, необходимо учитывать автопротоляи растворителя. Для расчета [НзО'1 применяют формулу: зл аз,оЧ= /~+ге (2.25) а длн основании [н,О~1= ч/Кеса+ Кв (2.26) Пример 2.