Ю.А. Золотов - Основы аналитической химии (задачи и вопросы) (PDF) (1109656), страница 11
Текст из файла (страница 11)
18. Рассчитайте рН водного распюра, содержащего 1,0 10 Я М НС1 и 0,1000 М уксусную кислоту. Ответ: рН 2,86. 19. Рассчитайте рН 0,0100 М водного раствора хлорида этиламмония. Ооиелг: рН 6,39. 20. Рассчитайте рН 0,0100 М водного раствора сульфата урогропиния ((СНДьЩЦДО4. Огпвегл: рН 3,41. 21. Рассчитайте общую концентрацию лимонной кислоты в лимонном соке с рН 2,00, считая, что кислотность его определяется только лимонной кислотой. Ответ: 0,1451 М.
22. Напишите кислотно-основную реакцию аминоэтилата нагрия (ХНзСНзСН,ОХа) в эгилендиамине (ХНтСНгСН,ХНг) и ржчитайте рН его 0,0100 М раствора. Ответ: РН 11,37. 23. Напишите кислотно-основную реакцшо хлорной кислоты в этаноле и рассчитайте рН 0,00Ю М этанольного раствора НС1О4 после добавления к нему зтилата натрия с 2,0%-ным избытком. Ответ: рН !4,30. 24. Сколько миллиграммов твердого ацетата натрия необходимо добавить к !00 мл безводной уксусной кислоты, чтобы рН полученного раствора составил 11,007 Ответ: 2,87 мг. 61 25.
Сколько миллиграммов твердого хлорида аммония необходимо добавить к 500,0 мл жидкого аммиака, чтобы РН полученного распюра составил 3,00? Ответ: 26,75 мг. 26. Напишите кислотно-основную реакцию хлорида аннлиния С,Н,ХН,С1 в н-бутаноле и рассчитайте рН его 0,0100 М раствора. Ответ: рН 2,93. 27. Напишите кислотно-осыовыую реакцию мочевины в безводыой муравьиной кислоте и рассчитайте рН 0,0100 М раствора. Ответ: рН 4,64. 28. Рассчитайте интервал изменения рН 0,2000 М водного раствора ХатВ,О, при добавлении к 250,0 мл его: а) 100,0 ммоль НС1; 6) Я1,0 ммоль ХаОН.
Ответ: а) ЛрН 4,53; 6) ЬРН 0,48. 29. Рассчитайте состав и буферную емкость аммиачного буферного раствора, способного обеспечить постоянство рН 9„25+0,05 пры добавлении к 500,0 мл его 25,0 ммоль ХаОН или НС1? Ответ: евн,=0,87 М; с~щ; — — 0,87 М; я=1. 30. Рассчитайте состав и буферыую емкость ацетатыого буферного раствора, способного обеспечить постоянство рН 5,00+0,05 при добавленыи к 250,0 мл его 10,0 ммоль НС1 или КОН? Ответ: сея,сося= 0,54 М; ссн,ссо- = 0,96 М; я= 0,8. 31. Рассчитайте буферную емкость н интервал изменеыыя рН буферного раствора, содержащего 0,0500 М СН,СООН и 0,0500 М СНрСООХа, если к 200,0 мл его добавили: а) 2,5 ммоль НС1; 6) 10,00 ммоль НС1. Ответ: я = 5,75 ' 10 з; а) ЛрН 0,21; б) ЬрН 1,88.
32. Рассчитайте рН 0,0100 М водного раствора тетрабората натрия. Ответ: рН 9,15. 33. Сколько граммов твердого гидроксида натрия необходимо добавить к 100,0 мл 0,1000 М раствора ХН,С!„чтобы полученный раствор имел рН 9,75. Чему равна буферная емкость этого раствора? Ответ: т„.оы — — 0,3046 г; я= 0,04. 34. Рассчитайте рН и степень днссоциации: а) в 0,1000 М растворе СНзСООН; 6) если к 100,0 мл зтого раствора добавить 30,0 мл 0,1500 М раствора СНзСООХа. Ответ: а) рН 2„88, а= 1,32%„6) РН 4,41; а=0,05%. 35. Рассчитайте рН раствора, полученного при смешении 210,0 мл 0,1000 М раствора ХадСОз н а) 90,0 мл 0,1000 М НС1; 6) 300,0 мл 0,1000 М НС1.
Ответ: а) рН 10,44; б) рН 6,47. 36. Рассчитайте рН раствора, полученного при смешении 30,0 мл 0,1000 М раствора КН~Р04 н а) 25,0 мл 0,2000 М КОН; 6) 10,0 мл 0,0200 М КОН. Отвеик а) РН 12,60; 6) рН 6,06. Вопросы 1. Какие соединения являются в водном растворе кислотами, а какие основаниями с точки зреыяя протолитической теории Бренстеда — Лоури: НС1О„ХНь СОзз, НБ, Н,СОь ХН+, Б', НСОО, СНкСООН, Н2Гь НрРО~.? 2.
Что такое амфолит? Укажите, какие из приведеныых соединений яВляются амфолитами; ХНф > НСОВ, Н$2 ~ СНзХН2 Н1РО~* НРО,'-, СО(ХН )„НООССН,СН,СОО-? 3. Дайте определение кислотно-основной реакции и сопряженной кислотно-основной пары. 4. Чем характеризуется сила кислоты и основания? 5. Как классвфицыруются растворителя по своей способности принимать нли отдавать протоны? 6. Какая реакцыя называется реакцией автопротолиэа? 7. Напишите реакции автопротолиэа безводной азотной, уксусной кислот, жидкого аммиака, этилендиамина, и-бутанола. 8.
Какая связь между констаытой кнслотносты и коыстантой основности сопряженной пары кислота — основание и константой автопротолиза растворителя? 9. От каких факторов зависит поведение кислот и оснований в неводных растворителях? 10. Как влияет диэлектрическая проницаемость растворителя ыа константы диссоциации кислот и оснований? 11. Назовите самые сильные кислоту и основание в воде, жидком аммиаке, в безводной серной кислоте, этаноле. 12. В каком из растворителей: НХО, (рКв, = 2,6), Н2БО, (рКхя —— =3,6), СНзСООН (рКкв — — 14„4)„С2Н,ОН (РКв~=19,0) при одинаковой концентрации ионов лиония рБН~з, равной 7,0, среда будет нейтральной, кислой нли щелочной? 13.
Что такое нивелирующий и дифференцнруюпжй зффек™ растворителя? Какой эффект наблюдается в протофильных растворителях? 14. Почему в апротонных растворителях ннвелирующый эффект отсутствует? 15. Как готовят буферные растворы? Чем определяется буферное действие этого раствора? 16. Дайте определение буферной емкости. Какие факторы влияют на буферную емкость? 17. В каком интервале рН наблюдается действие буферного раствора? 18.
Как изменяется рН буферного раствора при разбавлении? 19. Чем объясняется буферное действие амфолитов? 20. При каком значении рН буферная емкосп раствора максимальна? 63 2.3. Равновесие реакций комплексообразов анин Ионы металлов в растворе всегда сольватированы, поэтому образование комплексов следует представлять как последовательное замещение молекул растворытеля (воды) (Б) во внутренн координационной сфере сольватного (гидратного) комплекса молекулы или ионы лиганда (Ь): Мй +Ь=МВ,Ь+В мй,ь+ь=мй,~ +й МЯ.„, +Ь=МЬ„+В В разбавленных растворах активность растворителя практич постоянна, не всегда известно чысло молекул растворителя, ватирующего ион, поэтому реакции комплексообразовалия об записывают в следующем виде: М+Ь МЬ МЬ+Ь=МЬ, мь„, + ь мь„ Такие равновесия образования комплексов называют ступенчатыми и характерызуют термодинамическими стуненчатыми константами устойчивости комплексных соединений: Й~ = амь((амат) Х$=аис,/(а аг) у('„= „/( ., ) (2.35) Реакцыи комплексообразоваыия можно описать также суммарными равновесиями: М+Ь Мь М+ 2Ь Мьр м+ыь=мь и охарактеризовать соответствующими суммарными (общими) кон- стантами устойчивости комплексных соединений: б4 я=зьоз=а я(а а ) рог =ЮТ =а,/(амаь') (2.3б) Д= К~К~$-.34 = амз /(амаь").
Если ионная сила раствора отлична от нуля, используют соответствующие реальные константы устойчивости комплексных соединений: К =[М1-ИМ1- — ИЦ=ЮЪа- Уь/Умке (2.37) Р, [М1-,)/[М][Ц' /1,"умуь/ума, (2.38) ам — — [МУсм — — [МИМ)+ [МЬ!)+ [М).г)+ ... + [М)-14 = =1/1+/3,[ц+/1г[цг+ +/1 [ц" пьа. = [М Ц/см = /зз [1 1/1+ /зз [Ц+ Рг [Ц + ". + 13н[Ц =/зз [Цпм. , = РП4/см = 5г [Цг/1+/8з [Ц+ /5г [Цг+ ... +//и [1 =/уз [Цг „= [М).н)/см = рн[Ц /1 +/)з[Ц+ Рз[Цг+ ...
+ рн[Ц =/)и[1. ам (2.39) или в общем виде: аз=[МИ/ем =/)ЛЧ'/Х ИЧ', / з-с (2АО) где г изменяется от О до К. Пример 1. Рассчитайте степеаь образовавиа комплекса Герз, если известно, что равиовесваа ковцеатрациа фторид-аоиа в растворе раааа 0,0100 М. В результате взаимодействии Ге'+ в Г в растворе образузотса следузопзве комплексные соедваевиа: Гез т + à — Гор з + Гер" +Г =Гер' Герт +Г ГеГз 65 Зпгз Зная констанзы устойчивости комплексных соединений и равновесные концентрации свободного лнганда, можно рассчитать молярную долю (степень образования) иова металла и любого комплексного соединения в растворе: тее !+т — рер рер +р рер~~ В првлопеввв Х1 првведевызвачевва ковставт устойчваоств Фторвдвыхкозщлексов полоза: /1! 1,10 10'! //зм5,50.10»е.
/!з=5,Я!.1Озз; /54=5,50.10"; !8з 1,26 10". Решение. Степень образовавва комплекса Рейз раева: /1 [Р-)з/1+/1 [Р-)+~ ~-]з+]! [Р-)з+/з [Р-)»+/1взс-]з 5,50 !О'з'!'10 » !+1 ю!0» !!о-з+5яу!Оз»1 !0-»+5 50 1Озз ! !0-»+5 5о!Омч 10-»+ ! 26 !Оз»1 !о-з» =0,47. Првзмр 2. Какой комплекс преобладает в растворе, содерващем 0,0500 М кадыка (П) в 2,0 М водвда калка! Ковставты устойчваоств водвдвых комплексов кадыка раавы: ]!! 1,91 10»; В! 2.69 10'! /уз=3,09 1О»; /!4 2,57- 10*.
Решеюп. В растворе, содерпащсм вов калмкк в водвд-вов, уставаалвзащтса следуквцве раавоаесвк СО»++! СП+ С41 +1 С»!1з С41з+1 Сб]з СЛ3 +1 С»ц рассчвтаем ползрвые дола всех часззщ, првсутствуклцвх а растворе, првввмал, что [Г) с! 2,0 М, посколзку с! » со!.' 1 1+В,[Г)+ИГ] +//,[1-] +,[Г] 1 2.3 Ю-т 1+1,91 1Оз 2+269'10 '4+309'1О» 8+257'10»'16 а!— - [С41»]/со!=юГ]ее=1,91 '10з'2'2,3'10 ~=88'10 з. ах=[СЩ/сел=//зр )»ее=269 1Оз 4 2,3'10 з 2,5 10 з, кз [СЖз)/осе=/уз[1 ]»ее=309'10»'8'23'10 ~=5.7'1О з. а»=[С»П' ]/со!=/!4[1 )»ее=257'10»'16'2*3'10 ~=946'10 з. Такам образом, а растворе преобладает комплекс ОП»з Исцользуя уравнение материального баланса, а также степень образования, можно рассчитать равновесные кон!/ентроции любых частиц в растворах комплексных соединений.
Для упрощеыня расчетов прынимают ряд допущений. 1. Равновесная концентрацыя свободного лиганда равна его исходной концентрации, если лигаыд находится в большом избытке по отношению к ыоыу металла. 66 2. При избыточной концентрации иона металла можно считать, что доминирующим является монолигандный комплекс. 3. В разбавленных растворах малоустойчгшых комплексных соединений при отсутствии больших концентраций лиганда маловероятно присоединение более чем одного илн двух лигандов.
Прамер 3, Рассчатайте раеновесную шжцеатрацюо комплекса [РЫОНЦ в 0,0200 М растворе витрата сзивца а присутствие 1,00 М ХаОН ())~ 7,94 1Оа; ])э=6,31 10'е; ))э =2„00. Ю"). Решение. Уразневве материальаого баланса дла раствора, ссперзшпмго иовы РЬ(П) и ОН, аьаеет ввл: ать = [РЬ ]+ [РЫОН) ]+ [РЬ(ОНЦ+ [Рь(ОН) 3]. Преобразуем это уравнение такам образом, чтобы в вем неизвестной осталась только искомая еелвчива [РЬ(ОНЦ. Для этого выразим концентрации всех другах 1 й бь])ьВэ: [Рь(онц р ь(онц)ь [РЬ(ОНЦ [ОН-]))э ать + +[РЪ(ОНЦ+ ]),[он-]* ]4[он-! )аз В [ОН ]Рз =[РЬ(ОНЦ~ + +1+ анон 1 ))2[он 1 в (( 1 7,94'10 2,00 10 '~ [РЫОНЦ 00200 + +1+ ) 480. Щ-з М 1 ~631.10ю 631.10 е 631.10ае Првмер 4. Рассчитайте развояесвую концептрацюо новое Са(Л) в растворе, 1 л которого содерввт 0,1000 моль Сс(ХОг)з и 2,0 моль аммвака.
Решение. При столь значительном взбьпхе лю.авда — аммиака — есе иовы меди сеаэызаютса а комплекс Сп(ХНэ)з+. Равновесие образованна этого комплекса, которое мовво описать суммарным уразвеаием: се*++ 4ХНЗ са(ХНЗ~)+ хараатераэуетса константой устойчизости [Сп(ХНз)з+! ])а — 1,1 ' 1Ош. ' [С "][ХНэ]а Н укаэанных услоенях мопно принять, что [Са(ХНэ)аз+] сс„=0,1000 М; тогда [Хнз]=снн,— лось=2,0 — 4 0,1000=1,60 М. Равновесную ковцентрацаю новое меди рассчитыеазст по формуле: [Ссз+]=- — 1,4 1О аа М. йа(снн, — 4сс,) Прамер 5.
Сколько молей ХН4БСХ аеобходамо ввести в 1 л 5,0.10 ' М Нй(]чОз)ь чтобы свивать коппепградаю копов ртугк (и) до 1,0 10 " М за счет образоваааа комплексвмх волов Нк(БС)ч)~~ О)4 5,90 10'е). Решеиие Реазпаа образоваввк комплекса Нйз'+4БС)ч =Нй(БС)Ч)ез харахтервзуетск копстаптой его устойчавоста [Нй(БСЩ' ] Д вЂ” 5,9'10г~. [НБ*'ЦБС(Ч ] 1[Н8(БСИ ),' ] ( 5 10-' [БСИ ] ~/ — ~/ 5,4'10 е моль, 1Нйз ]де 1'10 "'5,9'1О'е СЗС1Ч [Бс(Ч ]+4[нк(БС)Ч)е~ ] 5,4.10 ~+4'5'10 *=7,4'10 ~ моль. Пример 6.
Рассчатайте максимальное заачевае рН, пра котором в 0,0200 М растворе Сд(ХОз)з 99,0% кадмкк ааходвтса в виде аквакомплекса, а 1,0% — в виде гадроксокомплекса Се(ОН)' ()8ф, 4,3). Решение. Составам уравпеаае матераальаого балааса: сев = [О1]з ь + [СЙОН ']. Из условка задачи взвестао, что [Се]зь 0,0200.0,99 1,98 10 з М, а [С4ОНь] 2,0. 10' М. Коастадта устойчивости прксугствуккпего в растворе гвдроксокомплекса кадмик [саон [ ]й= „-1,99 10'. [Сд~+][ОН ]е [СЙОН+] 2,0'10 е [ОН ] 5,110 т Д[О)з~] 1,99 10е 1,98 10 з 18[ОН ] -6,30; рН=7,70 При протекании конкурирующих реакций с участием иона металла или лиганда устойчивость комплекса характеризуют условными коыстантами устойчывости (в этих случаях обычыо используют общые константы): д=~М].]]с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
