Задачи для самостоятельного решения

1 Напишите выражения констант химического равновесия (Кс, Кр)

следующих обратимых реакций (V = const. Т = const):

а)N₂(г) + 3H₂(г) = 2NH₃(г)

б)C(тв)+ CO₂(г) =2CO(г)

в)4HCl(г) +O₂(г) = 2H₂O(г) + 2Cl₂(г)

г)2NO₂(г) =2NO(г) +O₂(г)

2. В каком направлении смещено равновесие в реакции Н₂(г)+ J₂(г)= 2HJ(г),

если при некоторой температуре константа равновесия Кр>1?

3 . С ростом температуры равновесие в реакции

N₂(г) + O₂(г)= 2NO(г) сдвигается в сторону прямой реакции.

Экзотермичекая или эндотермическая реакция?.

4. При некоторой температуре константа равновесия реакции А=В равна 4.

Как изменится константа равновесия реакции, если концентрацию вещества А

увеличить в 10 раз?

5. При температуре 298К константа равновесия реакции А=В равна 410^-4, а при температуре 1000К равна 510^-6. Экзотермическая или эндотермическая эта реакция?

6. Как повлияет повышение давления на состояние равновесия системы:

СН₄(г) = С(тв) + 2Н₂(г).

7. Как повлияет понижение температуры на величину константы равновесия реакции

N₂(г)+ ЗН₂(г)=2 NH₃(г),если стандартная реакции экзотермическая?

8. Исходные концентрации СО и Н₂О соответственно равны 0,08 моль/л.

Вычислите равновесные концентрации СО, Н₂О и Н₂ в системе

СО(г)+ Н₂0(г)= СО₂(г)+ Н₂(г),если равновесная концентрация СО оказалась равной 0,05моль/л.

9. Равновесие реакции 4HCl(г) + 0₂(г)= 2H₂O(г)+ 2Cl₂(г) установилось

при следующих концентрациях реагирующих веществ(в моль/л):

/Н₂О/ = /Cl₂ / = 0.4; /HCl/ = /О₂/ = 0.2. Вычислите константу равновесия Кс и

исходную концентрацию кислорода в реакционной смеси.

РАСТВОРЫ СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Пример 1. Рассчитайте рН раствора, содержащего в 1л 0,001 моль HCl. Решение:

Уравнение протолиза: HCl + H₂O = H₃O⁺ + Cl^-

[H₃O⁺] = 0,001моль/л; рН = -lg[H₃O⁺] = -lg10^-3 = 3.

Пример 2. Рассчитайте рН 0,001М NaOH.

Решение:

pOH = -lg 10^-3 = 3. рН + рОН = 14; pH = 14 – pOH = 14 – 3 = 11.

Задачи для самостоятельного решения

1. Рассчитайте [Н₃О ⁺], [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]= 1 • 10^-3 моль/л.

2. Рассчитайте молярную концентрацию:

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

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

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

0,0083 моль H₂SO₄.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Растворы слабых электролитов

Пример 1 Рассчитайте степень диссоциации, рН, с(Н₃О ⁺) и с(ОН-) в водном растворе уксусной кислоты с концентрацией 0,1моль/л. рКа(СН₃СООН) = 4,76.

Решение:

Протолитическое равновесие: CH₃COOH+H₂O=CH₃COO^-+H₃O⁺

Сопряжённые пары: кислота СН₃СООН и сопряжённое с ней основание СН₃СОО^-,

Основание Н₂О и сопряжённая с ним кислота Н₃О⁺.

Константа протолитического равновесия- константа кислотности уксусной кислоты

Ка =

Для слабых электролитов ионная сила мала и коэффициент активности можно принять равным 1. Тогда: Ка =

Поскольку с(СН₃СОО^-) =с(Н₃О⁺) предыдущее выражение можно представить в виде:

Ка =; Ка·с(CH₃COOH) =c(H₃O⁺)². Прологорифмировав левую и правую часть, получим: рКа –lgc(CH₃COOH) = 2pH

Равновесная концентрация уксусной кислоты равна исходной за вычетом концентрации, подвергнутой протолизу, т.е. с_исх.- с(Н₃О⁺)[или с(СН₃СОО^-), поскольку они равны]

Для слабых электролитов, в растворах которых концентрация ионов очень мала можно принять

с_исх– с(Н₃О⁺)с_исх.

Тогда: 4,76 – lg0,1 = 2pH.pH= 2,88.pOH= 14 – 2,88 = 11,12.

c(H₃O⁺) =1,32·10-3 .c(OH-) = 7,59·10-12

Степень диссоциации

Пример 2. Рассчитайте [HCO₃^-] и [CO₃^2-] в 0,01М растворе угольной кислоты, если рН этого раствора равен 4,5. Ка₁ = 4,45∙10^-7 Ка₂ =4,69∙10^-11 .

Решение:

Протолитические равновесия:

1 ступень: H₂CO₃ + H₂O = HCO₃^- + H₃O⁺

2 ступень: HCO₃^- + H₂O = CO₃^2- + H₃O⁺

pH = 4,5. Отсюда [H₃O⁺] = 3,16∙10^-5 моль/л

Константа протолиза(константа кислотности) по первой ступени:

Отсюда [HCO₃-] = 4,45∙ 10^-7 ∙ 10^-2 / 3,16∙10^-5 = 1,41∙10^-4 моль/л.

Отсюда [CO₃^2-] = 4,69∙10^-11 ∙ 1,41∙10^-4 / 3,16∙10^-5 = 2,09∙10^-10 моль/л.

Пример 3. Рассчитайте рН раствора ацетата натрия с концентрацией 0,1 моль/л, а также степень протолиза(гидролиза) этой соли. Ка(СН₃СООН) = 1,75 ∙10^-5.

Решение:

Протолитическое равновесие: CH₃COO^- + H₂O = CH₃COOH + OH^-

Константа протолиза(константа основности иона ацетата):

Kb = [CH₃COOH] [OH^-] / [CH₃COO^-]

[CH₃COOH] = [OH^-]

а) Для приближенных расчетов можно считать, что [CH₃COO^-] = [CH₃COO^-] исх.

б) Для точных расчетов: [CH₃COO^-] = [CH₃COO^-] исх. - [OH^-]

Kb = Kw/ Ka = 10^-14 / 1,75 ·10^-5 = 5,75 ·10^-10

а) Kw/Ka = [OH^-]² / [CH₃COO^-]; [OH^-]² = Kw/Ka [CH₃COO^-];

2pOH = -lgKw + lgKa - lg[CH₃COO^-] = -lg10^-14 + lg1,75 ∙10^-5 - lg 0,1 = 10,24.

pOH = 5,12. pH = 14 - 5,12 = 8,88.

б) Kw/Ka = [OH^-]² / ([CH₃COO^-] исх. – [OH^-]);

[OH^-]² = Kw/Ka ([CH₃COO^-] исх. – [OH^-]);

[OH^-]² = 5,75 · 10^-10 ( 0,1 – [OH^-]); Пусть [OH^-] = x.

x² + 5,75·10^-10 x - 5,75 ·10^-10 · 0,1 = 0;

x = 7,6 ·10^-6; [OH^-] = 7,6 ·10^-6 моль/л; рОН = 5,12. pH = 8,88.

Степень гидролиза соли: h = [OH^-] / [CH₃COO^-] исх. = 7,6 ·10^-6 / 10^-1 = 7,6 ·10^-5 = 0,0076%.