Образец выполнения ТР №3 (Растворы электролитов) (2014)
Описание файла
Документ из архива "Образец выполнения ТР №3 (Растворы электролитов) (2014)", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "химия" из 1 семестр, которые можно найти в файловом архиве НИУ «МЭИ» . Не смотря на прямую связь этого архива с НИУ «МЭИ» , его также можно найти и в других разделах. .
Онлайн просмотр документа "Образец выполнения ТР №3 (Растворы электролитов) (2014)"
Текст из документа "Образец выполнения ТР №3 (Растворы электролитов) (2014)"
Примеры решения задач.
для ИТАЭ (гр. Тф – 9¸ 14)
ЗАДАЧА 1. Растворы кислот и оснований.
| Электролит | w В , % |
| RbОН | 0,2 |
1. Напишите уравнение диссоциации заданного электролита в водном растворе. Определите, является этот электролит сильным или слабым.
RbОН - сильный электролит, имеется полная диссоциация на ионы. Уравнение диссоциации в водном растворе:
RbОН → Rb+ + ОН-
2. Рассчитайте молярную концентрацию (с, моль/л) раствора электролита по заданной массовой доле wВ, % .
Молярная масса вещества: МRbОН = 102,5 г/моль.
Масса 1 л раствора электролита mр-ра = r .V = 1.1000=1000 г.
По определению массовой доли, в 100 г раствора электролита содержится 0,2 г RbОН. Соответственно, в 1 л раствора:
mRbОН = 2,0 г.
Рассчитаем молярную концентрацию вещества RbОН в растворе:
сRbОН = mRbОН / (МRbОН . V) = 2,0 /(102,5 . 1) =0,02 моль/л.
3. Рассчитайте водородный показатель рН раствора данного электролита. Плотность раствора r = 1 г/мл. По величине рН оцените, кислотную или щелочную реакцию среды имеет заданный раствор электролита.
Согласно уравнениям диссоциации, концентрация ионов в растворе электролита: сRb+ = сOH- =0,02 моль/л.
Ионная сила раствора:
I = 1/2∑ сi . zi 2 =1/2 (сRb+. zRb+ 2 + с OH-. z OH- 2) =
=1/2 (0,02. 12 +0,02. 12) = 0,02.
Для однозарядных ионов по величине I= 0,02 по табл. 3.1. приложения находим коэффициент активности иона ОН- γ OH- =0,91. При этом использовали правило ионной силы.
Активность аOH- = сOH-. γ OH- = 0,02 . 0,91 = 0,0182 моль/л.
рОН = - lg аOH- = - lg 0,0182 =1,74.
Водородный показатель раствора электролита:
рН=14 - рОН=14-1,74 = 12,26 > 7, следовательно, среда имеет щелочную реакцию.
ЗАДАЧА 2. Растворы кислот и оснований.
| электролит | рН |
| H2CO3 | 4,52 |
Водородный показатель водного раствора H2CO3 рН=4,52.
1. По величине рН оцените, кислотную или щелочную реакцию среды имеет заданный раствор электролита.
Водородный показатель раствора
рН = 4,52 < 7 , следовательно, раствор имеет кислую реакцию среды.
2. Напишите уравнение диссоциации заданного электролита в водном растворе. Определите, является этот электролит сильным или слабым. Запишите выражения констант диссоциации ( КД ) для каждой ступени диссоциации, оцените их значения по табличным данным.
Водный раствор H2CO3 – слабый электролит, диссоциирует ступенчато:
H2CO3 ↔ H+ + НCO3 – (1-я ступень),
НCO3 - ↔ H + + CO3 2- (2-я ступень).
Константы диссоциации H2CO3:
КД1 = 
= 4,45.10-7 ; КД2 = 
= 4,8.10-11 .
Значения КД1 и КД2 берем из табл. 3.2. приложения.
Так как КД2 << КД1, то диссоциацией угольной кислоты по 2-ой ступени можно пренебречь, расчет степени диссоциации a можно вести по 1-ой ступени диссоциации.
3. Рассчитайте молярную концентрацию ( с, моль/л) и молярную концентрацию эквивалента ( сЭ, моль/л) раствора электролита по величине водородного показателя рН, учитывая только первую ступень диссоциации.
При расчетах рН растворов слабых электролитов используем формулу:
рН = ‑ lg [Н+] .
Таким образом, равновесная концентрация ионов Н+ в заданном растворе электролита:
[H+ ] =10 – рН = 10 - 4,52 = 3,02 . 10-5 моль/л.
Для оценочных расчетов степень диссоциации a можно считать по приближенной формуле закона разведения Оствальда:
______
a =Ö КД1 / с
Равновесная концентрация ионов H+ и НCO3 – в растворе (по 1-ой ступени диссоциации):
[H+ ] =[ НCO3 – ] = a . c .
Решаем систему из этих двух уравнений и получаем выражение для расчета молярной концентрации раствора электролита:
с = [H+ ]2 / КД1 = (3,02 . 10-5 ) 2 / 4,45.10-7 =2,0 .10 -3 моль/л.
Эквивалент молекулы H2CO3 равен 1/2 молекулы: Э(H2CO3 ) =1/2 H2CO3. Соответственно, в одном моле H2CO3 содержится 2 моль-эквивалента. Следовательно, для H2CO3 молярная концентрация эквивалента
сЭ =2 с. Тогда для заданного раствора молярная концентрация эквивалента кислоты сЭ = 2. 2,0 .10 -3 = 0,004 моль/л.
ЗАДАЧА 3. Растворы солей.
| электролит | С0 , моль/л |
| Al2(SO4)3 | 0,25 |
Имеем водный раствор соли Al2(SO4)3 , с молярной концентрацией
с0 = 0,25 моль/л.
1. Напишите уравнение диссоциации заданного электролита в водном растворе. Определите, является этот электролит сильным или слабым.
Водный раствор соли Al2(SO4)3 , - сильный электролит, полная диссоциация на ионы:
Al2(SO4)3 → 2Al 3+ + 3SO42- .
2. Напишите уравнение гидролиза заданной соли по всем возможным ступеням. Оцените, кислую, нейтральную или щелочную реакцию среды имеет водный раствор данной соли.
Соль образована слабым основанием Al(ОН)3 и сильной кислотой Н2SO4 . При растворении в воде происходит гидролиз катиона:
Al 3+ + Н2О ↔ AlОН2+ + Н +
AlOH 2+ + Н2О ↔ Al(ОН)2+ + Н +
Al(ОН)2+ + Н2О ↔ Al(ОН)3 + Н+ .
Из уравнения гидролиза следует, что реакция среды водного раствора соли Al2(SO4)3 – кислая (избыток ионов Н + ), рН < 7.
3. Запишите выражения констант гидролиза для каждой ступени. Рассчитайте константу гидролиза указанной соли по 1-ой ступени гидролиза.
Выражения констант гидролиза для каждой ступени:
КГ1 = 
= 
;
КГ2 = 
= 
;
КГ3 = 
= 
.
4. Рассчитайте водородный показатель рН раствора данного электролита при заданной молярной концентрации раствора соли
С0 , моль/л, учитывая только первую ступень гидролиза.
Расчет константы гидролиза соли по 1-ой ступени гидролиза:
КГ1 = = 
= 10-14/1,38.10-9 = 7,25.10-6 .
Значение КД3, Al(OH)3 - по табл. 3.2. приложения.
В соответствии с уравнением диссоциации соли, концентрация иона Al 3+ в растворе: сAl 3+ = 2. с0 = 2. 0,25 = 0,5 моль/л.
Степень гидролиза:
________ ___________
β =Ö КГ1 / сAl3+ = Ö7,25×10-6 /0,5 = 3,81 .10 -3 .
Равновесная концентрация ионов H+ в растворе (по 1-ой ступени гидролиза):
[H+ ] = β . сAl 3+ = 3,81 .10 -3 . 0,5 = 1,91 .10 -3 моль/л.
Водородный показатель раствора:
рН = ‑ lg [H+ ] = ‑ lg 1,91 .10 -3 = 2,6 < 7 , следовательно, раствор имеет кислую реакцию среды.
ЗАДАЧА 4. Малорастворимые растворы электролитов.
| Электролит | m, г |
| As2S3 | 0,3 |
1. Напишите выражение для произведения растворимости ПР малорастворимого электролита (п.4). Предложите методы осаждения из раствора данного малорастворимого электролита.
Соль As2S3 - сильный электролит, имеется полная диссоциация на ионы:
As2S3 → 2As 3+ + 3S 2- .
По табличным значениям ( табл. 3.3. приложения) произведение растворимости соли ПР As2S3 = 3,8.10-29 - очень мало, следовательно, растворимость соли мала, поэтому активность ионов принимаем равной концентрации ионов аi ≈ сi .
Выражение для произведения растворимости ПР малорастворимого электролита As2S3:
ПР = (аAs3+ )2 . (а S2- )3 = (сAs3+ )2 . (с S2- )3 .
2. По табличным значениям ПР рассчитайте предельную растворимость ( Ср , моль/л ) для полученного малорастворимого электролита.
Концентрацию насыщенного раствора обозначим ср .
В соответствии с уравнением диссоциации концентрация ионов в насыщенном растворе : сAs3+ = 2ср , сAs3+ = 3ср .
Тогда ПР = (2ср)2 . (3ср)3 = 108 (ср)5 .
Предельная растворимость полученного малорастворимого электролита:
5 _______ 5__________
ср = Ö ПР/ 108 = Ö3,8.10-29 /108 = 8,1.10-7 моль/л.
3. Рассчитайте, в каком объеме воды можно растворить заданную массу ( m, г ) полученного малорастворимого вещества.
Объем воды, в котором можно растворить заданную массу полученного малорастворимого вещества ( m = 0,3 г ) :
V = 
= 
= 1,4.103 л,
где М = 264 г/моль – молярная масса As2S3 .
приложения
Табл. 3.1. Приближенные коэффициенты активности отдельных ионов
| ионы | Ионная сила раствора | ||||
| 0,001 | 0,005 | 0,01 | 0,05 | 0,1 | |
| водорода | 0,98 | 0,95 | 0,92 | 0,88 | 0,84 |
| однозарядные | 0,98 | 0,95 | 0,92 | 0,85 | 0,80 |
| двухзарядные | 0,77 | 0,65 | 0,58 | 0,40 | 0,30 |
| трехзарядные | 0,73 | 0,55 | 0,47 | 0,28 | 0,21 |
Табл. 3.2. Константы диссоциации некоторых слабых электролитов (Т=298 К)
| вещество | КД | вещество | КД |
| CH3COOH | К=1,75.10-5 | H2O | К=1,8.10-16 |
| HAlO2 | К=6,0.10-13 | NH4OH | К=1,8.10-5 |
| H3BO3 | К1=5,8.10-10 К2=1,8.10-13 К3=1,6.10-14 | AgOH | К=1,1.10-4 |
| HCOOH | К=1,77.10-4 | Al(OH)3 | К3=1,38.10-9 |
| HCN | К=7,9.10-10 | Cd(OH)2 | К2=5,0.10-3 |
| H2CO3 | К1=4,45.10-7 К2=4,8.10-11 | Cu(OH)2 | К2=3,4.10-7 |
| HF | К=6,61.10-4 | Cr(OH)3 | К3=1,0.10-10 |
| H2Te | К1=1,0.10-3 К2=1,0.10-11 | Fe(OH)2 | К2=1,3.10-4 |
| H2TeO3 | К1=3,0.10-3 К2=2,0.10-8 | Fe(OH)3 | К2=1,8.10-11 К3=1,3.10-12 |
| HNO2 | К=4,0.10-4 | Ni(OH)2 | К2=2,5.10-5 |
| HOBr | К=2,1.10-9 | Pb(OH)2 | К1=9,6.10-4 К2=3,0.10-8 |
| HOCl | К=5,0.10-8 | Zn(OH)2 | К1=4,4.10-5 К2=1,5.10-9 |
| H3PO4 | К1=7,5.10-3 К2=6,31.10-8 К3=1,3.10-12 | ||
| H2SO3 | К1=1,7.10-2 К2=6,3.10-8 | ||
| H2S | К1=1,1.10-7 К2=1,0.10-14 | ||
| H2SeO3 | К1=3,5.10-3 К2=5,0.10-8 | ||
| H2SiO3 | К1=2,2.10-10 К2=1,6.10-12 |
Табл. 3.3. Произведения растворимости некоторых малорастворимых в воде электролитов (Т=298 К)
| вещество | ПР | вещество | ПР |
| AgCl | 1,56.10-10 | CdS | 1,2.10-28 |
| AgBr | 4,4.10-13 | CuS | 4,0.10-38 |
| AgI | 9,7.10-17 | FeS | 3,7.10-19 |
| Ag2SO4 | 7,7.10-5 | MnS | 2,0.10-15 |
| Ag2S | 1, 6.10-49 | NiS | 1,1.10-27 |
| As2S3 | 3,8.10-29 | PbCl2 | 2,12.10-5 |
| BaCO3 | 8,1.10-9 | PbI2 | 9,8.10-9 |
| BaSO4 | 1,08.10-10 | PbSO4 | 1,6.10-8 |
| MgCO3 | 1,0.10-5 | PbS | 3,6.10-29 |
| Ca CO3 | 4,8.10-9 | ZnS | 7,4.10-27 |
| CaSO4 | 6,1.10-5 |
