Упражнения и задачи для самостоятельного решения

1. Дайте определения понятиям «:идеальный» и «реальный» растворы, «активность», «ионная сила», «коэффициент активности иона».

2. Рассчитайте [Н₃О ⁺], [ОН ^-], а(Н₃О⁺) , а(ОН^-) и рН:

а) 0,01 М. раствора НС1,

б) раствора Н₂SО₄ с концентрацией С[0,5Н₂SO₄ ]= 0,01 моль/л;

в) 0,2 М раствора КОН;

г) раствора Ва(ОН)₂. с концентрацией С[0,5 Ва(ОН)₂]= 0,1 моль/л.

Ответ:

а) [H₃O⁺]=0,01моль/л; [OH^-]=10^-12моль/л;a(H₃O⁺)=9,2∙10^-3моль/л;

a(OH^-)=1,1 ∙10^-12моль/л; pH = 2,04.

б) [H₃O⁺]=10^-2моль/л; a(H₃O⁺)=9,210^-3моль/л;[OH^-]=10^-12моль/л;

a(OH^-) = 1,1 ∙10^-12 моль/л; pH = 2,04.

в) [OH^-]=0,2моль/л;a(OH^-)=0,136моль/л;[Н₃О⁺]=5∙10^-14моль/л;a(H₃O⁺)=7,4∙10^-14моль/л;

pH = 13,13.

г) [OH^-]=0,1моль/л;a(OH^-)=0,072моль/л;[H₃O⁺]=10^-13моль/л;a(H₃O⁺) =1,39∙10^-13 моль/л;

pH = 12,86.

3. Рассчитайте молярную концентрацию:

а) раствора HBr, если рН раствора равно 1,65.

б) раствора NaOH, если рН раствора равно11,26.

Ответ: а)c(HBr)= 0,022моль/л; б)c(NaOH)=0,0018 моль/л

4. Вычислите с учётом коэффициентов активности ионов рН вод­ного

раствора, содержащего гидроксид натрия [(NaOH)= 0,05%] и хлорид натрия [(NaCl)= 0,2%], если плотность раствора равна 1,02 г/мл.

Ответ: рН=12,03.

5. Рассчитайте рН раствора, содержащего в 2,5л одновременно 0,0032 моль HNO₃ и

0,0083 моль H₂SO₄.

Ответ: рН = 2,14.

6. Вычислите рН конечного водного раствора, полученного при смешении 20 мл

0,1 М НС1 и 20 мл О,2М KOH с последующим разбавлением водой до объёма 1л.

Ответ: рН = 11,3.

7. Буферные растворы

7.1 Основные понятия

В самом широком смысле буферными называются системы, поддерживающие определённое значение какого-либо параметра при изменении состава. Буферные растворы могут быть кислотно-основными — поддерживающими постоянное значение рН при введении кислот и оснований; окислительно-восстановительными, сохраняющими постоянным потенциал систем при введении окислителей или восстановителей и др.

Кислотно-основной буферный раствор представляет собой сопряжённую

кислотно-основную пару. Например, ацетатный буферный раствор состоит из СН₃СООН и сопряжённого с ней основания СН₃СОО^-, аммонийный —из аммиака NH₃ и сопряжённой с ним кислоты NH₄⁺ ,фосфатный— из кислоты H₂PO₄^- и сопряжённой с ней HPO₄^2-. В растворе, содержащем сопряжённую пару, устанавливаются равновесия.

Например, для ацетатного буфера:

СН₃СООН + Н₂О = Н₃О⁺ + СН₃СОО^- (1)

СН₃СОО^- + Н₂О = СН₃СООН + ОН^- (2)

Оба равновесия сильно сдвинуты влево, поскольку в растворе находятся достаточные количества как кислоты CH₃COOH, так и основания CH₃COO^-. Константа равновесия (1) является константой кислотности CH₃COOH:

рН буферного раствора рассчитывается по уравнению Гендерсона—Хассельбаха:

рН = рКа + lg а_{(буф.осн.)} / а_{(буф.к-та)}

Так, для ацетатного буферного раствора уравнение имеет вид:

рН = рKa + lg а(СН₃СОО^-) / а(СН₃СООН)

рКа — константа кислотности уксусной кислоты, а(CH₃COO^-) —активность буферного основания , а(CH₃COOH)— активность буферной кислоты.

Для аммиачного буфера: рН = рКа + lg а(NH₃) / a(NH₄⁺)

рКа — константа кислотности буферной кислоты NH₄⁺, a(NH₃) — активность буферного основания, a(NH₄⁺) — активность буферной кислоты.

При малой ионной силе вместо активностей можно использовать концентрации: