Общая химия. Теория и задачи под ред. Н. В. Коровина и Н. В. Кулешова (1154110), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Еслитакое количество NaOH добавить в дистиллированнуюводу, то ее рН изменился бы от 7 до 12, т. е. на 5 единиц!Задача 6.16. Рассчитайте константу гидролиза KГ сульфитиона SO231 по двум ступеням. Сделайте вывод о возможности протекания гидролиза по 2й ступени при комнатных температурах. Какие факторы усиливают гидролиз?Р е ш е н и е. Сульфитион SO231 — кислотный остатокслабой сернистой кислоты, поэтому он взаимодействует смолекулами воды с образованием этого слабого электролита.Запишем уравнения гидролиза.
Многозарядные ионыгидролизуются ступенчато:· 1я ступеньSO231 2 H2 O 1 HSO31 2 OH 1 ;· 2я ступеньHSO31 2 H2 O 1 H2 SO3 2 OH 1 .Из уравнения реакций следует, что в результате гидролиза образуются ОН–ионы, поэтому среда будет основная,рН > 7 (при условии, что катионы не гидролизуются).Константы гидролиза описывают гидролитическое равновесие соответствующих стадий и численно равны ионному произведению воды KВ, деленному на константу диссоциации KД слабого электролита — продукта гидролиза(уравнение (6.30)).Для 1й ступени:KГ1 2[HSO31 ][OH 1 ][SO231 ]2KB.KД,HSO31321ГЛАВА 6. РАСТВОРЫДля 2й ступени:KГ2 2[H2 SO3 ][OH 1 ][НSO31 ]2KB.KД,H2SO31В данном случае KД,H2SO3 соответствует константе диссоциации Н2SО3 по 1й ступени:H2 SO3 1 H 1 1 HSO32 ,а KД,HSO31 есть не что иное, как константа диссоциацииН2SО3 по 2й ступени:HSO31 1 H 2 2 SO231 .Используя значения констант диссоциации из Приложения 3, найдем константы гидролиза:KГ1 2 10114 /6,3 3 1018 2 1,59 3 1017 ;KГ2 2 10114 /1,7 3 1012 2 5,9 3 10113.Таким образом, для расчета KГ по 1й ступени следуетвзять константу диссоциации слабого электролита по последней ступени и наоборот.Как можно видеть, KГ1 1 KГ2 .
Малая величина KГ2свидетельствует о том, что гидролиз SO231 по 2й ступенипрактически не идет. Для сдвига равновесия в сторону усиления гидролиза (вправо) следует повышать температуру(эндотермическая реакция) и разбавлять раствор (увеличивать концентрацию Н2О).Задача 6.17. Оцените степень гидролиза b соли K2S по1й ступени в 0,1 М и 0,01 М водных растворах K2S и сделайте вывод по полученным значениям.Р е ш е н и е.
Запишем уравнение диссоциации K2S иопределим начальные концентрации ионов, подвергающихся гидролизу. Соль K2S, являясь сильным электролитом, полностью диссоциирует на ионы:K2S ® 2K+ + S2–.Гидролизу подвергается ион S2–. Следовательно, исходная концентрация c0 сульфидионов равна: в 0,1 М растворе — 0,1 моль/л и в 0,01 М растворе — 0,01 моль/л.322ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИЗапишем уравнение гидролиза иона S2– по 1й ступени:S2– + Н2О НS– + ОН–.Из уравнения реакции следует, что в результате гидролиза образуются ОН–ионы, среда основная, рН > 7.Вычислим константу гидролиза 1й ступени по формуле[HS 1 ][OH 1 ]KB2.KГ1 221K[S ]Д,HS 1Для расчета возьмем KД,H2S по 2й ступени (задача 6.16).Из Приложения 3 имеем KД2 ,H2S 2 1 3 10114 , откуда101142 1.10114Поскольку полученное значение KГ относительно велико, расчет b следует проводить по строгой формуле(6.32).1.
Для c0 = 0,1 моль/л имеемKГ1 2KГ1 30,1 1223 1,142откуда b = 0,916.Так как b по определению представляет собой отношение концентрации гидролизованных ионов к общей концентрации ионов, подвергающихся гидролизу, то значение b, близкое к единице, говорит о том, что большая частьсульфидионов гидролизована.2. Для с0 = 0,01 моль/л имеемKГ1 30,01 1223 1,142откуда b = 0,999.Таким образом, степень гидролиза возрастает с разбавлением раствора, и в 0,01 М растворе сульфидионы гидролизованы практически полностью.
Расчет по приближенной формуле 1 2 KГ / c0 приводит к величине b > 1,что не имеет смысла.Задача 6.18. Рассчитайте рН 0,5 М раствора АlBr3, учитывая только 1ю ступень гидролиза.323ГЛАВА 6. РАСТВОРЫР е ш е н и е. В растворе соль АlBr3 полностью диссоциирует на ионы:АlBr3 ® Аl3+ + 3Br–.Гидролизу подвергается ион Аl3+ (1я ступень):Аl3+ + Н2О АlОН2+ + Н+.Из уравнения реакции следует, что среда раствора кислая, рН < 7.Для расчета рН следует определить равновесную концентрацию ионов Н+, образующихся по 1й ступени (ионами Н+, образующимися по 2й и 3й ступеням, можно пренебречь по условию).
Вычислим константу гидролиза по1й ступени:[AlOH21 ][H 1 ]102143 7,25 4 1026.K3Al(OH)3 1,38 4 1029[Al31 ]Поскольку полученное значение KГ очень мало, оценим степень гидролиза b по приближенной формуле:KГ1 33KB32 3 KГ / c0 3 7,25 4 1016 /5 4 1011 3 3,81 4 1013.Полученная величина много меньше единицы, следовательно, расчет по приближенной формуле правомерен.В соответствии со стехиометрией реакции гидролиза:[H 1 ] 3 [AlOH21 ] 3 4 5 c0 3 3,81 51023 5 0,5 3 1,91 51023.Рассчитаем рН раствора по приближенной формуле(6.21).Искомое значение:pH 3 2 lg[H 1 ] 4 2 lg1,91 5 1023 4 2,6.Задача 6.19.
Рассчитайте концентрацию раствора FеCl3,рН которого равен 2,5. Учитывайте только 1ю ступеньгидролиза.Р е ш е н и е. Соль FеCl3 полностью диссоциирует наионы:FеСl3 ® Fе3+ + 3Сl–.Обозначим через c0 искомую концентрацию соли. В соответствии со стехиометрией реакции в результате диссоциации исходная концентрация ионов Fе3+, которые под324ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИвергаются гидролизу, также равна c0. Запишем уравнение гидролиза по 1й ступени:Fе3+ + Н2О FеОН2+ + Н+.Найдем равновесные концентрации продуктов гидролиза. Из уравнения видно, что при гидролизе одного ионаFе3+ образуется один гидролизованный ион FеОН2+ и одинкатион Н+. Так как по условию рН раствора равен 2,5, относительная концентрация образовавшихся ионов составляет[H 1 ] 3 [FeOH2+ ] 3 1022,5.Равновесная концентрация негидролизованных ионовFе3+ будет равна[Fe3+ ] 3 c0 2 [FeOH21 ] 3 c0 2 1022,5.Запишем выражение для константы гидролиза по 1йступениKГ1 4[FeOH21 ][H 1 ][Fe31 ]41022,5 3 1022,5.c0 2 1022,5Рассчитаем константу гидролиза по 1й ступени:KГ1 3KВKД,FeOH213KВKД3 ,Fe(OH)33102143 7,4 4 1023.1,35 4 10212Найдем c0, приравняв оба выражения и решив относительно c0:c0,FeCl3 2 4,5 3 1013 моль/л.Задача 6.20.
Рассчитайте растворимость соединенияСаF2 в воде, если ПР CaF2 2 4 310111.Р е ш е н и е. Учитывая малую величину ПР, можно в1м приближении при отсутствии других ионов в растворе считать активности ионов Са2+ и F– равными их концентрации: aCa21 2 [Ca 21 ] и aF1 2 [F 1 ].Из уравнения диссоциации сильного электролита:СаF2 ® Са2+ + 2F–следует, что в насыщенном растворе [Ca2+] = cр и [F–] = 2cр,где cр — растворимость СаF2, т.
е. концентрация насыщенного раствора соли.325ГЛАВА 6. РАСТВОРЫЗапишем выражение для ПР, подставляя относительные величины:ПР 3 (aCa21 ) 4 (aF2 )2 3 [Ca21 ] 4 [F 2 ]2 3 (cр ) 4 (2cр )2 3 4cр3 3 4 410211.Откудаcр 2 3 ПР/4 2 3 4 3 10111 /4 2 2,15 3 1014 ;cр 2 2,15 3 1014 моль/л.Задача 6.21. Определите, можно ли приготовить раствор Са(ОН)2 концентрации с = 3×10–3 моль/л.Р е ш е н и е.
Для ответа на вопрос следует определитьдля электролита общей формулы АnВm произведение активностей ионов заданной концентрации по формулеПА AnBm 2 aAn m1 3 aBmn1 ,а затем сравнить полученную величину со справочнымзначением ПР. Если ПА > ПРтабл, то раствор такой концентрации приготовить нельзя (избыток ионов окажетсяв твердой фазе). Если же рассчитанное ПА < ПРтабл, то заданное количество вещества можно растворить полностью.Из Приложения 4 имеем ПРСa(OH)2 2 6 3 1016.Предположим, что раствор заданной концентрацииможно приготовить.Тогда молярная концентрация ионов с учетом полнойдиссоциацииравнаСа(ОН)2 ® Са2+ + 2ОН–[Ca 21 ] 3 сСa(OH)2 3 3 4 1023 моль/л;[OH 2 ] 3 2cCa(OH)2 3 6 4 1023 моль/л.Рассчитаем ионную силу раствора по формуле (6.12):I = 1/2(3×10–3 × 4 + 6×10–3 × 1) = 9×10–3.По правилу ионной силы определим коэффициентыактивности ионов в таком растворе по таблице 6.3.
Имеемдля двухзарядных ионов 2 M21 3 2 Са21 4 0,6, для однозарядных — 2 OH1 3 0,93.Найдем произведение активностей ионов для раствора требуемой концентрации:326ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИ22 1 ]) 4 ( 52 2ПА 3 aCa21 4 aOH2 3 ( 5 Ca 21 4 [CaOH 2 4 [OH ]) 33 (0,6 4 3 4 1023 ) 4 (0,93 4 6 4 1023 )2 3 5,6 4 1028.Полученная величина ПА существенно меньше табличного значения ПР, следовательно, вещество растворитсяполностью и раствор 3×10–3 М Са(ОН)2 можно приготовить.Задача 6.22.
В каком объеме воды можно растворить10 г сульфида меди?Р е ш е н и е. Из Приложения 4 имеем ПРСuS = 4×10–38.Учитывая необратимость диссоциации сильного электролита:СuS ® Сu2+ + S2–и чрезвычайно малую его растворимость можно записатьвыражение для ПР:ПР 3 [Cu21 ] 4 [S22 ] 3 cр 4 cр 3 cр2 ,где cр — относительная растворимость сульфида меди.Тогдаcр 2 ПР 2 2 3 10119.Определим число молей СuS в 10 г этой соли. Поскольку М(СuS) = 64 + 32 = 96 г/моль, nСuS = 10/96 = 1,04×10–1моль.Рассчитаем объем раствора, в котором может содержаться 1,04×10–1 моль СuS с учетом найденной растворимости:· в 1 л насыщенного раствора содержится 2×10–19 мольСuS;· в х л содержится 1,04×10–1 моль.Решая пропорцию, получаемх = 1,04×10–1/2×10–19 = 5,2×1017 л.Учитывая малое содержание соли, можно объем раствора приравнять к объему воды.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
