Е.Н. Дорохова, Г.В. Прохорова - Задачи и вопросы по аналитической химии (1037702), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Для этого следует из справочных таблиц взять значение константы автопротолиза соответствующего растворителя и значение константы диссоциации кислоты (основания) в данном растворителе.3ПРИМЕР 11. Рассчитайте рН 1.0 • 10~ М раствора муравьинойкислоты в этиловом спирте.Решение. Запишем реакцию диссоциации муравьиной кислоты в этиловом спирте:НСООН + С 2 Н 5 ОН =± С 2 Н 5 ОН+ + НСОС38Глава 2. Кислотно-основные реакцииНаходим в таблицах значение ^ н с о о н с 2 н 5 о н :а_ [С2Н5ОН2+][НСОСГ]=нсоон,с2н5он[НСООН1КА10'Оценим степень диссоциации муравьиной кислоты в этиловом спирте:Ук="соон,с,н,он , 1 Q 0 _V/7 08 • 10-» .йV 1.0-Ю- 3снсоонТак как кислота слабая, по формуле (2-4)= V7.08 • Ю- 1 0 • 1.0- Ю- 3 - 8.41 • 10" 7 МПРИМЕР 12. Вычислите рН 0.010 М раствора ацетата натрияв метиловом спирте.Решение. Запишем реакцию диссоциации ацетат-иона в метиловом спиртеСН 3 СОО" + СН 3 ОН ;=± СНзСООН + С Н 3 О "Константа автопротолиза метилового спирта= [СН 3 ОН+][СН 3 О-] = 2.0 • 10" 1 7Рассчитаем АГ^Н C O Q - СН ОН'а— 9 0 .
1П~Клсн3соо-,сн3он ~ЛbZtUнаВДя в таблицах значение10iU_ 2.0-10- 1 7СНзСОО-,СН3ОН - 2 0 • Ю " 1 0 ~~Оценим степень диссоциации'7Расчет рН растворов кислот и оснований39Для вычисления концентрации СНзО", следовательно,можно воспользоваться формулой (2-7):[СН3О ] = yj#снзСОО-,СНзОНССНзСОО- =- л/1.0 • Ю- 7 • 1.0 - Ю- 2 - 3.16 • 1(Г 5 МрН - р^снзон - lg[CH 3 O"] = 16.70 - 4.50 - 12.2013.
Найдите интервал изменения рН при переходе от1.0-10~2М раствора сильной кислоты к 1.0-10~2М растворусильного основания в воде и в этиловом спирте.ПРИМЕРРешение. Константа автопротолиза воды Kw = 1.0 • 10~ 14(25°С). Для 1.0 • 10~2М раствора сильной кислотырН = - lg[H+] = -lgl.O • 10" 2 = 2.00Для 1.0 • 10~2М раствора сильного основанияАрН - 10.00Константа автопротолиза этилового спирта -Кс 2 н 5 он —1.0 • 10~ 19 . Для 1.0 • 10~2М раствора сильной кислоты вэтиловом спиртерН - - lg[C 2 H 5 OH+] = - lg 1.0 • 10~2 - 2.002Для 1.0 • 10~ М раствора сильного основания в этиловомспирте19рН = р ^ с 2 н 5 о н - Р[С 2 Н 5 О-] - - lg1 0- 10"- 17.00l Q10_2АрН = 15.00Расчет рН растворов амфолитов. В водном растворе амфолита НА~ устанавливаются равновесия:^ Н2А + Н2О2Н 2 О ^ Н 3 О + + О Н "40Глава 2. Кислотно-основные реакцииКак видно, [НзО + ] ф [А2~], поскольку часть ионов водородасвязана в Н2А.
Поэтому (с учетом диссоциации воды)[Н 3 О + ] = [А 2 "] - [Н2А] + [ОН]Подстановка [НгА], [А2~] и [ОН~], выраженных черезА^ А _ и Kw дает:[Н][НА]1JК{{2А-ДГЙА-РА][Н + ]*йПосле преобразования получаем2[НА-]) = tf&A+ [НА2А(2"9)Применительно к конкретным случаям формулу (2-9)можно упростить.1. Если К£ А и К^А_ не слишком близки, то можно полагать,2что [Н2А] и [А "] < [НА"] и [НА"] - с Н А -- Тогда_1 1 ^ ^ + К . )КV+С2. Если с Н А - > J?^H А , тоСV3. Если ^ Н А - ^ ^ 'т#еНА-*м о ж н опренебречь [ОН~], то- СНА-4. Если с Н А - » KfiiAи ^ А _ с Н А - > Kw, тоРасчет рН растворов кислот и оснований4114. Рассчитайте рН 0.10 М раствора гидрокарбонатанатрия.ПРИМЕРРешение.
В справочных таблицах находим* й 2 с о 3 = 4-5 • И Г 7 ;ЛГ«СО_ = 5 . 0 . 1 0 - "Поскольку с н с о - » # & c o 3 и ^Hco 3 - с нсо 3 - » *«" т о к о н "центрацию ионов водорода в 0.10 М растворе гидрокарбоната натрия находим по формуле (2-13):= \/4.5 • Ю- 7 • 5.0 • Ю- 1 1 = 4.7 • 10~9МрН = 8.32ПРИМЕР 15. Рассчитайте рН 0.010 М раствора гидросульфиданатрия.Решение. В растворе гидросульфида натрия устанавливаются равновесия:HS" + Н 2 О ^ Н 2 О + + S2~H S - + H 3 O + ^ H 2 S + H2OНаходим константы кислотности: К£ § — 1.0 • 10~7 и^ s _ = 1.3 • 10" 1 3 . Итак, c H S - » Ku2s2=!-° ' 1 0 " 7 ^ н 0 п 0 "TOскольку раствор разбавленный и ^ H S - H S - < Kw,Диссоциацией воды пренебречь нельзя и расчет необходимопровести по формуле (2-11):C[ н+] =/1.0 • 10- 7 (1.3 • 10" 1 3 • 1.0 • Ю- 2 + 1.0 • Ю~14) _рН = 8.47942Глава 2. Кислотно-основные реакции16.
Рассчитайте рН 5.0- 10~3М раствора дигидрофосфата натрия.ПРИМЕРРешение. Равновесия в растворе дигидрофосфата натрия+ Н 2 О ^± НРО*" + Н 3 О +^ + Н 3 О + ^ Н 2 Р О 4 + Н2Оописываются константами кислотности 6.17 • 10" 8 и7.08 • 10~3 соответственно.По условию задачи К£ о __ ^> Kw, но с и р п - СОПОСТаВИНг! О4n2rW4ма с ^ Н 3 Р О 4 ' П О Э Т О М У расчет концентрации ионов водородаследует провести по формуле (2-12):[Н+] =7.08-Ю-3-6.17-Ю-8-5.0-Ю-3, о „ Лп337.08-Ю- + 5.0-Ю= ° 4 • 105 л тМрН = 4.88ПРИМЕР17.
Рассчитайте рН 0.10 М раствора цианида аммо-ния.Решение. В растворе цианида аммония содержится донорпротонов ион аммония:NH+ + Н 2 О ^ Н 3 О + + NH 3(I)и акцептор протонов цианид ион:CN" + Н 2 О ^ HCN + ОН"(II)Следовательно, цианид аммония является амфолитоми для расчета рН можно использоватьформулу(2-9). Так как концентрация иона аммония высока, то+Kw и\43Расчет рН растворов кислот и основанийКислота NH|" И основание CN~ в растворе могут реагироватьN H | + CN" ^ HCN + NH 3(III)Константа равновесия этой реакции равна:=[NH3][HCN] = * N I I +[NH+][CN-]5.68 • Ю- 1 0^ C N 6.50-Ю-10=•Величина константы указывает на то, что образующиесяв результате реакции (III) NH.3 и HCN подавляют реакции(I) и (II).
Следовательно, равновесные концентрации ионоваммония и цианида равны, так как цианид аммония содержит равные количества этих ионов. И, наконец,с учетом,что # H C N ^ [CN~], запишем:= \/б.5О - Ю- 1 0 • 5.68 • Ю- 1 0 = 6.08 • 1(Г 1 0 МрН - 9.22В растворах солей, состоящих из катион-кислоты и многоосновного основания, устанавливаются несколько равновесий. Следует пренебречь равновесием с наименьшим Ка. Например, в растворе NH4H2ASO4 величину рН определяет ионH2As04", поскольку К*п+ « K^AaOtи К*к+ «К ^ ^ .+Поэтому при расчете [НзО ] используют формулу (2-13)Расчет рН буферных растворов.
Буферный раствор используют для поддержания постоянного значения рН. Он состоитиз смеси слабой кислоты НА и сопряженного основания А~~.В буферном растворе сосуществуют равновесия:НА + Н2О ^ Н 3 О + + А"А" + Н2О — НА + ОН"44Глава 2. Кислотно-основные реакцииподавляющие друг друга при достаточно высоких СНА И СА~ 5поэтому можно считать, что [НА] = СНА И [А~] = сд-. Используя выражение для /£ц А и пренебрегая вкладом [НзО + ]за счет диссоциации воды, получаем(2-14)То же выражение можно получить, используя константу второго равновесия.18.
Рассчитайте рН буферного раствора, состоящегоиз 0.10 М уксусной кислоты и 0.10 М ацетата натрия.ПРИМЕРРешение. Здесь выполняются все условия, позволяющие применить формулу (2-14) (уксусная кислота — слабая кислота, концентрации кислоты и сопряженного основания достаточно высоки). ПоэтомуГи+1 _[и j -снзсоонCCH3COONaрН = 4.7619. Рассчитайте рН буферного раствора, состоящегоиз 0.10 М аммиака и 0.20 М хлорида аммония.ПРИМЕРРешение. По формуле (2-14) находимC14=NH+ _Ъ11.0 - Ю - -2.0 - Ю 1.76-Ю-»-1.0-10-1рН = 8.96=1пЛ Зп-19 л т0 МВажной характеристикой буферного раствора являетсябуферная емкость. Добавление сильного основания (кислоты)45Расчет рН растворов кислот и основанийк буферному раствору его рН может изменяться при изменении концентрации кислоты НА и сопряженного основанияА".
Поэтому буферную емкость принято представлять в виде< 2 1 6 )'если к буферному раствору добавляется сильное основание, и7Г=^СкислdpHесли к буферному раствору добавляется сильная кислота.Запишем уравнение материального баланса для смеси одноосновной кислоты НА и сопряженного основания А":[НА] + [А"] = с б у фВыразим [НА] через К£А и подставим в уравнение материального баланса.
Найдем [А~]:Дифференцируя уравнение (2-17) по dpH с учетом, что=dc 0 C H[A~L получаемт<еСНетрудно видеть, что при рН = р^нА'- НА — сд-, достигается максимальная буферная емкость.Можно показать 1 , чтотг ^ 2.303 С Н А С А ~(2-19)СНА + сАФормулы (2-18) и (2-19) вытекают одна из другой, если вспомнить, что [НА] = анА^нА и [А"] = аА-с\, а также выражения для анА и ад-1Янсон Э.
Ю. Теоретические основы аналитической химии. — М.: Высшая школа, 1987, с. 67.46Глава 2. Кислотно-основные реакцииДля сильно разбавленных буферных растворов следуетучесть вклад диссоциации воды. В этом случае уравнение (2-19) усложняется:(2"20)Здесь первые два слагаемые описывают буферное действиеводы, третье — буферное действие кислоты и сопряженногооснования.20.
Рассчитайте, как изменится рН, если к 1.0 л буферного раствора, состоящего из 0.010 М уксусной кислоты и 0.010 М ацетата натрия, добавить 1.0 • 10~3 моль соляной кислоты.ПРИМЕРРешение. Рассчитываем рН буферного раствора до добавления соляной кислоты:[ ]ЙА^г = 1 7 5 • 1 0 ~ 5 • Щ^2= 1-75 ' Ю-5МрН = 4.75Общая концентрация буферного раствора равнас = [СНзСООН] + [CH3COONa] = 0.010 + 0.010 = 0.020 МДля такого достаточно концентрированного буферногораствора буферную емкость следует рассчитывать по формуле (2-18):255о ™ Л ° ' Ю" ' 1-75 • 10" • 1.75 • 10~Лг* = 2-Ж(1.75-10-5+ 1.75-10-^=1 Л 5 • 10Расчет но формуле (2-19) дает тот же результат:Рассчитываем изменение рНоРасчет рН растворов кислот и основанийТаким образом, после добавления соляной кислоты рН буферного раствора составитрН - 4.75 - 0.087 - 4.66Эту задачу можно решить, не прибегая к расчету буферной емкости, а найдя количества компонентов буферной смеси до и после прибавления НС1.
В исходном раствореп(НА) = c F = 1.0 • 10" 2 • 1.0 = 1.0 • 10~2мольга(А~) = 1.0- 10~2мольПосле добавления 1.0 • 10~3 моль НС1п(НА) = 1.0 • 10~2 + 1.0 • 10~3 = 1.1 • 10~2мольп(А") = 1.0 • Ю" 2 - 1.0 • 10" 3 = 0.9 • 10" 2 мольПо формуле (2-14) находимрН = 4.66ПРИМЕР 21. Выведите выражение для максимальной буферной емкости раствора с общей концентрацией компонентов с.Решение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
