Е.Н. Дорохова, Г.В. Прохорова - Задачи и вопросы по аналитической химии (1037702), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Рассчитайте равновесную концентрацию карбонатиона в 1.25-10~3 М растворе угольной кислоты при рН 6.00.ПРИМЕРРешение. Запишем уравнение материального баланса дляраствора угольной кислоты:ссоз - [Н 2 СО 3 ] + [НСОз ] + [СО 2 "]Выразим равновесные концентрации гидрокарбонат-ионаи угольной кислоты через искомую концентрацию карбонатиона, воспользовавшись для этого выражениями для констант кислотности угольной кислоты, и подставим в уравнение материального балансаОтсюда[сом =37111.25-Ю" -4.5-Ю" -5.0-Ю"6 267711~ (1.0 • Ю- ) + 1.0 • Ю- • 4.5 • Ю- + 4.5 • Ю- • 5.0 • Ю "8= 1.9-10~ МСуществует два способа решения задачи при установлении в растворе более чем одного равновесия.24Глава 1. Константы равновесий в растворахПервый способ предполагает следующий ход решения:после написания всех возможных для данной системыхимических реакций, уравнений материального балансаи электронейтральности устанавливают, соответствует личисло неизвестных величин в уравнениях числу независимых уравнений.
Если да, то решение системы уравненийзатруднений вызвать не должно. И противном случае однозначное решение получить невозможно. Надо сократитьчисло неизвестных, сделав ряд допущений. После получения приближенного решения рекомендуется проверитьправомочность сделанных допущений.По второму способу следует выделить доминирующееравновесие и уравнение материального баланса составитьтолько с учетом этого равновесия. Например, при вычислении рН раствора соляной кислоты нужно написать двауравнения:НС1 + Н 2 О — Н 3 О + + С Г2Н 2 О ?=± Н 3 О + + ОН"В не очень разбавленных растворах доминирует первоеравновесие, поскольку диссоциацией воды можно пренебречь.В данном пособии используется, как правило, второйспособ.Задачи1.
Рассчитайте средний коэффициент активности иодида натрияв 0.20 М растворе и сравните с экспериментальной величиной0.751.2. Рассчитайте средний коэффициент активности хлорида кальция в 0.01 М растворе и сравните с экспериментальной величиной 0.518.3. Рассчитайте средний коэффициент активности хлорида алюминия в 0.10 М растворе и сравните с экспериментальной величиной 0.340.4. Рассчитайте коэффициент активности хлорид-иона в 0.02 Мрастворе хлорида кальция и сравните с табличным значением.5.
Рассчитайте активность иона водорода в 0.010 М растворе соляной кислоты.6. Рассчитайте активность иона водорода в 0.010 М растворе соляной кислоты в присутствии 0.05 М сульфата натрия.Контрольные вопросы257. Рассчитайте равновесную концентрацию и активность ацетатиона в 0.100 М растворе уксусной кислоты в присутствии0.050 М хлорида натрия.8. Рассчитайте реальную константу диссоциации уксусной кислоты в 0.100 М растворе хлорида калия.9.
Рассчитайте реальную константу диссоциации уксусной кислоты в 0.100 М растворе сульфата калия.10. Рассчитайте реальную константу диссоциации щавелевой кислоты по первой ступени в присутствии 0.010 М хлорида калия.11. Выведите формулу зависимости величины реальной константыдиссоциации от ионной силы для:а) одноосновной кислоты;б) двухосновной кислоты.12. Напишите уравнения электронейтральности для водных растворов:а) сульфата калия;б) хлорида кальция;в) гидроксида кальция;г) хлорида железа (III);д) серной кислоты.13.
Напишите уравнения электронейтральности для:а) разбавленного водного раствора соляной кислоты;б) концентрированной соляной кислоты;в) смеси водных растворов хлорида кальция и хлорида калия;г) смеси водных растворов ацетата натрия и уксусной кислоты.14. Рассчитайте равновесную концентрацию гидрокарбонат-иона в0.10 М растворе карбоната аммония при рН 9.00.15.
Рассчитайте равновесную концентрацию сульфид-иона в 0.10 Мрастворе сульфида аммония при рН 7.00.16. Рассчитайте общую концентрацию оксалата натрия, обеспечивающую равновесную концентрацию оксалат-иона 1.0 • 10~3 Мпри рН 4.00.17. Рассчитайте общую концентрацию карбоната аммония, обеспечивающую при рН 5.00 равновесную концентрацию гидрокарбонат-иона 1.0 • 10~2 М.18. При каком рН равновесная концентрация сульфид-иона в0.100 М растворе сульфида аммония равна 0.010 М?Контрольные вопросы1. Что такое идеальная система? Назовите основные причины отклонения реальной системы от идеальной.2. Напишите конкретное выражение и дайте названия и обозначения для констант равновесия: а) кислотно-основной реак-263.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.23.Глава 1.
Константы равновесий в растворахции; б) реакции осаждения— растворения; в) реакции комплексообразования.Что такое активность? Как связаны активность иона и его равновесная концентрация? Что такое ионная сила?Что такое средний коэффициент активности электролита?Что такое коэффициент активности индивидуального иона?Как он связан со средним коэффициентом активности электролита?Запишите формулы Дебая — Хюккеля для расчета среднего коэффициента активности электролита в зависимости от ионнойсилы.Запишите формулы Дебая— Хюккеля для расчета коэффициентов активности индивидуальных ионов в зависимости от ионной силы.Как влияет заряд иона на величину коэффициента активности?Какие допущения можно сделать при оценке коэффициентовактивности индивидуальных ионов?Что такое термодинамическая константа равновесия? Какиефакторы влияют на ее величину?Что такое реальная (концентрационная) константа равновесия?Какие факторы на нее влияют?Как связаны термодинамическая и реальная константы равновесия?Что такое условная константа равновесия? Какие факторы влияют на ее величину?Как связаны термодинамическая и условная константы равновесия?Как связаны реальная и условная константы равновесия?Как связаны равновесная и общая концентрации?Что такое а-коэффициент (молярная доля)? Что он характеризует? Какие факторы влияют на его величину?Назовите возможные типы конкурирующих реакций, еслиосновной реакцией является: а) кислотно-основная; б) осаждения — растворения; в) окисления — восстановления; г) комплексообразования.Что такое коэффициент конкурирующей реакции? Что он характеризует? От чего зависит его конкретное выражение?Как рассчитать коэффициент для конкурирующей реакциикомплексообразования, кислотно-основной реакции?Как рассчитать равновесные концентрации компонентов системы в заданных условиях?В чем суть условия материального баланса? Сформулируйтепринцип решения уравнения материального баланса.В чем суть условия электронейтральности?Глава 2КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕРЕАКЦИИКислотно-основные реакции играют важную роль в различных областях химии.
Направление и глубина протекания многих реакции, используемых в аналитической химии, зависитот величины рН. Наибольшее признание из всех известныхтеорий кислот и оснований получила протолитическая теория Брёнстеда и Лоури.Основные положения теории кислот иоснованийКислотно-основные реакции осуществляются за счет переноса протона от кислоты к основанию. Иначе говоря, кислота является донором, а основание акцептором протонов.Существуют также вещества, способные как отдавать, таки принимать протоны; они называются амфолитами.
Кислотами могут быть молекулы (НС1, HCN), катионы (NH^*,+Al(H2O)g ), анионы (НСО^, Н2РО^). Основания также могутбыть нейтральными (NH3, (СН2)б^4, C5H5N), положительно+заряженными (АЦНгО^ОН ) и отрицательно заряженными2(НРО ", Н2РО^, HS~). Амфолитами могут быть и заряженные (НРО^-, Н 2 Р О 7 , А1(Н 2 О) 5 ОН 2 + ) и нейтральные (Н 2 О,NH 3 , C5H5OH, СН3СООН) частицы.Вследствие малого размера протон обладает высокой поляризующей способностью и не может существовать в растворах в свободном виде. Поэтому реакцию диссоциации кислоты НА следует записывать так:НА + SH ^ SH+ + А"28Глава 2.
Кислотно-основные реакцииЗдесь SH —растворитель, проявляющий свойства основания(акцептор протонов).Аналогично можно записать и реакцию диссоциации основания В:В + SH ^ ВН+ + S"Здесь растворитель проявляет свойства донора протонов, т. е.кислоты.Диссоциация заряженной кислоты, например NH^, описывается уравнениемNH+ + SH ^ NH 3 + SH+Аналогично для заряженного основания, например СНзСОО",следует записатьСН 3 СОО" + SH ^ СНзСООН + S"Нетрудно видеть, что если растворителем является вода,то эти реакцииСНзСОО" + Н 2 О - СНзСООН + ОН"в рамках теории Аррениуса называются реакциями гидролиза. Следовательно, гидролиз есть частный случай кислотноосновного равновесия и представляет собой реакцию диссоциации заряженных кислот и оснований в воде.Константу взаимодействия кислоты НА с растворителемSH_ a SH.t a A~а^•HA,SH — "называют константой диссоциации кислоты НА (константойкислотности).
В достаточно разбавленных растворах ^ н е постоянная величина и практически не отличается от активности чистого растворителя, поэтому она включается в величину константы равновесия.Аналогично константу равновесия реакции взаимодействия основания В с растворителем SHназывают константой диссоциации основания (константойосновности).Основные положения теории кислот и основании29Легко видеть, что Kfi^ S H и К% S I l являются произведением двух гипотетических констант— «собственной» константыдиссоциации кислоты НА (или основания В) и константы диссоциации растворителя SH но основному или кислотному типу соответственно:ту-aAт," arsbHA,SH — A H A A S HТУ' ЬAZfbTs''CLB,SH — A B A S HСовершенно очевидно, что сила кислоты или основания взначительной степени зависит от кислотно-основных свойстврастворителя. Чем более сильным основанием является растворитель, тем в большей степени диссоциируют в нем кислоты и тем в меньшей степени — основания.
Наоборот, растворители с ярко выраженными кислотными свойствами усиливают диссоциацию оснований и подавляют диссоциациюкислот. Если при этом по «собственной» силе рассматриваемые кислоты (или основания) не слишком различаются, торастворитель с достаточно выраженными кислотными свойствами (протогенный) нивелирует эти различия у этих растворенных в нем оснований, но отчетливо дифференцирует кислоты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
