Раздел 3. Растворы Способы выражения состава растворов

1. Что такое раствор? Каков механизм образования растворов? Энтальпия растворения. Какие способы выражения состава растворов Вы знаете? Приведите формулы расчетов.

Задача.

Чему равна молярная концентрация эквивалента 30%-ного раствора едкого натра, плотность которого 1,328 г/мл? К 1л этого раствора прибавили 5л воды. Вычислите массовую долю полученного раствора.

2. Что называется раствором и концентрацией раствора? Какие растворы называются насыщенными, ненасыщенными, пересыщенными? Дайте определение. Одинаковы ли понятия «насыщенный раствор» и «концентрированный раствор», «ненасыщенный раствор» и «разбавленный раствор»?

Задача.

Вычислите молярную концентрацию эквивалента и моляльную концентрацию 20,8%-ного раствора азотной кислоты, плотность которого равна 1,12 г/мл. Сколько граммов кислоты содержится в 4л этого раствора?

3. Что такое растворимость? Влияние различных факторов на растворимость. Что такое коэффициент растворимости? В каких единицах он выражается?

Задача.

Вычислите молярную, молярную концентрацию эквивалента и моляльную концентрации 16%-ного раствора хлорида алюминия, плотность которого 1,149 г/мл.

4. Дайте определение понятию «молярная концентрация». В каких единицах она выражается? Напишите формулы для определения молярной концентрации (в сокращенном и развернутом виде). Поясните значение каждой величины, в каких единицах она выражается?

Задача.

Для приготовления 7%-ного раствора MgSO₄ взято 400г MgSO₄·7H₂O. Найдите массу полученного раствора и массовую долю кристаллогидрата в этом растворе.

5. Дайте определение понятию «моляльная концентрация». В каких единицах она выражается? Напишите формулы для определения моляльной концентрации (в сокращенном и развернутом виде). Поясните значение каждой величины. В каких единицах она выражается?

Задача.

Какой объем 10%-ного раствора карбоната натрия (плотность 1,105 г/мл) требуется для приготовления 5л 2%-ного раствора (плотность 1,02 г/мл)?

6. Дайте определение понятию «молярная концентрация эквивалента». В каких единицах она выражается? Напишите формулы для определения молярной концентрации эквивалента (в сокращенном и развернутом виде). Поясните значение каждой величины. В каких единицах она выражается?

Задача.

К 1л 10%-ного раствора KOH (плотность 1,092 г/мл) прибавили 0,5л 5%-ного раствора KOH (плотность 1,045 г/мл). Вычислите молярную концентрацию полученного раствора, если объем смеси разбавили водой до 3л.

7. Что такое разбавленный раствор; концентрированный раствор? Что называется массовой долей растворенного вещества? По каким формулам можно рассчитать массовую долю растворенного вещества; массу раствора?

Задача.

Плотность 40%-ного (по массе) раствора HNO₃ равна 1,25 г/мл. Сколько моль HNO₃ находится в 3л раствора? Рассчитайте молярность и моляльность этого раствора.

8. Что такое растворы? Как классифицируются растворы по агрегатному состоянию? Какие процессы протекают при растворении веществ в жидких растворителях? Что такое гидраты (сольваты); гидратация (сольватация)?

Задача.

К 3л 10%-ного раствора HNO₃, плотность которого 1,054 г/мл, прибавили 5л 2%-ного раствора той же кислоты с плотностью 1,009 г/мл. Вычислите массовую долю и молярную концентрацию полученного раствора, если объем равен 8л.

9. Какие вещества называются кристаллогидратами? Какую воду называют кристаллизационной? Как доказать, что медный купорос является кристаллогидратом сульфата меди? Как рассчитать массовую долю кристаллизационной воды? Приведите пример.

Задача.

К 100мл 96%-ного раствора H₂SO₄ (плотность 1,84 г/мл) прибавили 400мл воды. Получился раствор с плотностью 1,225 г/мл. Рассчитайте массовую долю и молярную концентрацию эквивалента этого раствора.

10. Что такое растворимость? Что показывает коэффициент растворимости? Как классифицируются вещества по растворимости (приведите примеры)? Какие факторы влияют на растворимость твердых и жидких веществ? Как влияют температура и давление на растворимость газов?

Задача.

Какая масса хлорида железа (III) содержится в 20мл раствора с массовой долей хлорида железа 40%? Плотность раствора 1,13 г/мл. Каковы молярная концентрация и молярная концентрация эквивалента этого раствора?

Растворы неэлектролитов

1. Дайте определение понятию «растворы неэлектролитов.». Примеры растворов

неэлектролитов. Перечислите коллигативные свойства растворов неэлектролитов.

Задача. Сколько моль неэлектролита должен содержать 1 л. раствора, чтобы его осмотическое давление при 25°С было равно 1,2,атм?

2. Объясните, почему изменяется давление насыщенного пара раствора по сравнению с

чистым растворителем.

Задача. Чему равно давление насыщенного пара над 20% - ным раствором карбамида СО(NH₂)₂ при 100°С?

3. Дайте определение понятию “разбавленный раствор”. Объясните, почему изменяется температура кипения растворов по сравнению с чистым растворителем.

Задача. При какой температуре будет кипеть 50%-ный раствор сахарозы C₁₂H₂₂O₁₁ [E(H₂O)=0,52°]

4. Сформулируйте первый закон Рауля. Его математическое выражение.

Задача. Давление насыщенного пара над водой при 65°С равно 187,5 мм. рт.ст. Рассчитайте давление насыщенного пара над раствором, содержащим 13,68 г. сахарозы C₁₂H₂₂O₁₁ и 90 г. H₂O при той же температуре.

5. Приведите формулировку второго закона Рауля. Его математическое выражение.

Задача. При заболевании почек часть мочевины задерживается в кровотоке. Температура замерзания раствора, содержащего 6 г. мочевины в 50 г. воды равна -3,72°. Определите молярную массу мочевины [К(H₂O)=1,86°].

6. Приведите математическое выражение второго закона Рауля. Объясните физический смысл криоскопической и эбулиоскопической констант.

Задача. При эндокардите коров вводят внутривенно 300 г. 20%-ного раствора глюкозы (С₆H₁₂O₆). При какой температуре будет замерзать такой раствор? [К(H₂O)=1,86°]

7. Объясните явление осмоса. Дайте определение понятию “осмотическое давление”. Приведите примеры влияния осмотического давления на функционирование живых организмов.

Задача. Раствор, содержащий 80 г. гемоглобина в 1 л., обладает осмотическим давлением 0,026 атм. при 4°С. Вычислите молярную массу гемоглобина (R=0,082 л∙атм./моль∙к)

8. Дайте формулировку закона Вант-Гоффа и приведите его математическое выражение.

Задача. Рассчитайте осмотическое давление плазмы крови, содержащей 0,275 моль/л глюкозы (C₆H₁₂O₆) при 20°С (R=0,082 л∙атм./моль∙к).

9. Что называется осмосом, осмотическим давлением? Как рассчитать массу вещества для приготовления раствора неэлектролита с заданным значением осмотического давления?

Задача. Сколько граммов глицерина C₃H₈O₃ содержится в 0,5 л. раствора, осмотическое давление которого равно 11,2 атм. (R=0,082 л∙атм./моль∙ К)

10. Приведите формулу для расчета осмотического давления раствора неэлектролита. Поясните значение всех величин, входящих в уравнение Вант-Гоффа.

Задача. Корни растений покрыты полупроницаемыми мембранами, пропускающими воду в клетки растений, но не пропускающими вещества из клетки в почву. Определите осмотическое давление раствора, содержащегося в 0,5 л. 0,05 моль растворенных органических удобрений (неэлектролита). (R=8,31 Дж/моль∙К).

Растворы электролитов.

1. Дайте определение понятиям растворы электролитов, электролитическая диссоциация.

Задача. Напишите примеры ступенчатой электролитической диссоциации: сернистой, сероводородной, азотистой, угольной, фосфорной, уксусной кислот.

2. Приведите основные положения теории электролитической диссоциации.

Напишите уравнения химических реакций (в молекулярной, полной ионной, сокращенной форме) между:

а) гидроксидом алюминия и серной кислотой;

б) карбонатом кальция и соляной кислотой;

в) хлоридом бария и сульфатом натрия.

3. Дайте определение понятию «степень электролитической диссоциации». Приведите формулу для расчета степени диссоциации.

Задача. Рассчитайте, во сколько раз изменится степень диссоциации (α) слабой кислоты, если разбавить раствор в 25 раз.

4. Какие факторы влияют на степень диссоциации (природа растворителя, природа электролита, концентрация, температура, действие одноименного иона)? Приведите примеры.

Задача. Степень диссоциации уксусной кислоты α=3,2∙10^-2. Определите концентрацию ионов водорода H⁺ в 0,01 моль/л растворе кислоты.

5. К каким растворам электролитов применима константа диссоциации? От каких факторов она зависит?

Задача. Напишите уравнения диссоциации для уксусной, сероводородной, фосфорной кислот и напишите формулы констант диссоциации этих кислот (сероводородной – по первой и второй ступеням; фосфорной - по трем ступеням ).

6. Какая существует взаимосвязь между константой и степенью диссоциации? На примере уксусной кислоты выведите формулу закона разбавления Оствальда.

Задача. Степень диссоциации (α) уксусной кислоты (С = 0,01 моль/л) равна 3∙10^-2. Определите константу диссоциации.

7. Объясните, почему для сильных электролитов степень диссоциации не бывает полностью равен 100%. Дайте понятие “кажущейся” степени диссоциации для сильных электролитов.

Задача. Раствор, содержащий 0,53 г. карбоната натрия в 200 г. воды, кристаллизуется при -0,13°С. Вычислить кажущуюся степень диссоциации соли.

8. Дайте определение понятию “ионная сила раствора” для сильных электролитов, от чего она зависит.

Задача. Вычислите ионную силу в растворе, содержащем 0,01моль/л CaCl₂ и 0,01 моль/л Ca(NO₃)₂.

9. Дайте определение понятию «активность» для сильных электролитов, “коэффициент активности”. Приведите соответствующие формулы.

Задача. Вычислите значение активности иона Н^{+ -} в растворе соляной кислоты (С=0,005 моль/л), содержащем, кроме того, 0,15моль/л хлорида натрия.

10. Дайте определения понятиям: «физиологический, изотонический, гипертонический растворы, изотонический коэффициент». Приведите формулы для расчета P_осм., ∆t_зам., ∆t_кип. для сильных электролитов.

Задача. Рассчитайте изотонический коэффициент для раствора, содержащего 2,1 г. KOH в 250 г. воды, температура замерзания которого равна - 0,519°С.

Ионное произведение воды.

Водородный показатель pH.

1. Дайте определение понятию “ионное произведение воды”. Какое значение концентрации водородных ионов характерно для кислого раствора?

Задача. Определите концентрацию ионов водорода H⁺ (моль/л), если pOH=8.

2. Дайте определение понятию “ионное произведение воды”. Какие значения концентрации ионов водорода (моль/л), характерны для щелочного и нейтрального растворов?

Задача. Определите концентрацию гидроксид- ионов OH^-, если концентрация ионов водорода H⁺ равна 10^-5моль/л.

3. Дайте определение понятию “водородный показатель”. Приведите формулу для его определения. Какие значения pH характерны для кислого раствора?

Задача. Концентрация ионов водорода H⁺ равна 4,47∙10^-8мол/л. Определите pH раствора.

4. Дайте определение понятию “гидроксидный показатель”. Приведите формулу для его определения. Какие значения pОH характерны для щелочной и нейтральной среды?

Задача. Концентрация ионов водорода H⁺ равна 7,5∙10^-3моль/л. Определите pOH раствора.

5. Приведите примеры влияния концентрации водородных ионов H⁺ и pH на биологические процессы.

Задача. pH желудочного сока у животных равен 1,7. Чему равна концентрация ионов H⁺ и OH^- (моль/л) желудочного сока?

6. Напишите уравнение диссоциации воды. Выразите константу диссоциации воды.

Задача. K(H₂O)=1,8∙10^-16. Определите число моль воды в 1 л.(ρ=1 г/мл). Чему равно ионное произведение воды?

7. Как влияет температура на ионное произведение воды? Приведите примеры. Чему равны концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов в чистой воде при 25⁰С ?

Задача. Водные растворы гидроксида натрия применяют для дезинфекции кож и шкур из расчета 50г. NaOH на 10л. Вычислите концентрации [OH^-], [H⁺] (моль/л) и pH среды такого раствора.

8. Как экспериментально определяется pH среды? Какие индикаторы применяют в кислой, щелочной, нейтральной средах?

Задача. Вычислите концентрацию ионов водорода H⁺ (моль/л) и pH в 0,01 н.растворе уксусной кислоты, степень диссоциации α=0,042.

9. Приведите формулу, по которой рассчитывается ионное произведение воды и pH раствора.

Задача. В 500 мл. раствора содержится 2 г. NaOH. Определите концентрации [H⁺], [OH^-] (моль/л) и pH раствора щелочи (α=1%).

10. Приведите формулу, по которой рассчитывается ионное произведение воды и pOH раствора.

Задача. Определите концентрации [H⁺], [OH^-] (моль/л) в крови (pH=7,35) и спинномозговой жидкости (pH=7,53). Во сколько раз концентрация ионов водорода [H⁺] в крови больше, чем в спинномозговой жидкости?

Гидролиз солей.

1. Дайте определение понятию гидролиз солей.

Задача. Какие из следующих солей будут подвергаться гидролизу: фосфат калия, фосфат кальция, хлорид натрия, хлорид меди (II), карбонат алюминия, сульфат железа (II), сульфит натрия? Представьте молекулярные и ионные уравнения возможных реакций, укажите реакцию среды в растворах этих солей.

2. Дайте определение понятиям степень гидролиза и константа гидролиза.

Задача. Рассчитать степень гидролиза в растворе ацетата натрия при концентрациях: 0,1 моль/л; 0,01 моль/л; 0,001 моль/л. (Кдис.СH₃СОOH = 1,810^-5).

3. Почему растворимые соли щелочных и щелочноземельных металлов не гидролизуются по катиону? Привести 2 примера молекулярных и ионных уравнений соответствующих реакций. Задача. Рассчитать рН в растворе ацетата натрия с концентрацией 0,1 моль/ л. (Кдис.СH₃СОOH = 1,810^-5).

4. Почему растворимые соли сильных кислот не гидролизуются по аниону? Привести 2 примера гидролиза соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой.

Задача. Рассчитать рН в растворе хлорида аммония с концентрацией 0,1 моль /л. (Кдис.NH₄OH = 1,810^-5).

5. Какая из солей подвергается гидролизу в большей степени – ацетат натрия СH₃СОONa или формиат натрия HСОONa и почему? Привести молекулярные и ионные уравнения реакций. Задача. Рассчитать степень гидролиза и рН в растворе этих солей при Сх= 0,1 моль/л (Кдис.СH₃СОOH = 1,810^-5 , Кдис. HСОOH = 1,810^-4)

6. Какие факторы влияют на степень гидролиза? Привести 3 примера полного необратимого гидролиза солей.

Задача. Рассчитать степень гидролиза в растворе ацетата аммония с Сх= 0,1 моль/л (Кдис.СH₃СОOH = 1,810^-5; Кдис.NH₄OH = 1,810^-5).

7. Какими способами можно усилить и подавить гидролиз сульфита калия и сульфата меди? Привести молекулярные и ионные уравнения гидролиза этих солей.

8. Приведите по 3 примера гидролиза солей, растворы которых имеют кислую, нейтральную и щелочную среду, составив соответственно молекулярные и ионные уравнения реакций. Какие соли не могут подвергаться гидролизу?

9. Напишите в молекулярной и ионной форме уравнения реакций, протекающих при смешивании водных растворов: а) сульфата алюминия и карбоната натрия; б) сульфита калия и нитрата хрома (III). Какова среда в растворе?

10. Напишите уравнения гидролиза гипохлорита кальция, хлорида аммония.

Задача. Степень гидролиза NaNO₂ в 0,005 н растворе составляет 0,007%. Вычислите константу гидролиза слои и рН раствора.

Буферные растворы.

1. Дайте определение понятию «буферные растворы». Механизм действия

буферных растворов.

Задача. Как изменится рН буферного раствора, содержащего в 1л. по 0,5 моль СНзСООН и CНзCOONa, если прилить: 0,1 моль раствора НС1; 0,1 моль раствора NaOH ? Кд (СНзСООН) = 1,8·10^-5.

2. Выведите и проанализируйте формулу для определения рН буферных растворов,

содержащих слабое основание и его соль.

Задача. Определите значения рОН и рН раствора, содержащего в 10 л 3,5 г NH₄OH и 10,7г NH₄Cl. Кд(NH₄OH) = 1,8·10^-5.

3. Перечислите основные свойства буферных растворов.

Задача.. В каких молярных отношениях следует взять растворы солей дигидрофосфата и гидрофосфата натрия, чтобы получить буферную систему с рН = 6,35? Кд(по2-ступени НзРО₄) = 6,2·10^-8.

4. Дайте определение понятию «буферные растворы». Роль буферных растворов в биологических системах.

Задача. Определите отношение между компонентами буферной системы СНзСООН + СНзСООNa, если рН такого раствора равен 3,75? Кд(СНзСООН) =1,8·10^-5.

5. Выведите и проанализируйте формулу для определения рН буферных растворов, содержащих слабую кислоту и ее соль.

Задача. На сколько понизится или повысится рН смеси , буферная емкость которой равна 0,5 моль/л, если к 500мл ее прилить 100 мл раствора соляной кислоты с С (НС1)=3 моль/л?

6. Какие Вы знаете буферные растворы ? Напишите формулы. Какие из них поддерживают постоянство рН в кислой среде?

Задача. На сколько понизится или повысится рН карбонатной буферной смеси, состоящей из растворов Н₂СОз (0,01 моль/л ) и NaHCO₃ (0,1 моль/л) при увеличении концентрации Н₂СОз в 10раз? Кд (Н₂СОз) = 4,5·10^-7.

7. Дайте определение понятию «буферная емкость». В каких единицах она измеряется? Напишите формулу для определения буферной емкости.

Задача. Вычислите значение рН буферного раствора, содержащего в равных

объемах 0,2 моль муравьиной кислоты и 0,4 моль формиата натрия. Как изменится значение рН (понизится или повысится и на сколько), если концентрацию кислоты увеличить в 10 раз, а концентрацию соли уменьшить в 4 раза? Кд (НСООН) = 1,8·10^-4?

8. На основании анализа формулы для определения рН буферных растворов, покажите, почему не изменяется концентрация водородных ионов при введении в систему определенных количеств кислоты или щелочи, а также при разбавлении? Задача. Вычислить рН буферного раствора, состоящего из 100 мл уксусной кислоты (С _а = 0,5 моль/л) и 50 мл раствора ацетата калия (Сs = 0,25 моль/л). Кд(СНзСООН) =1,8·10^-5.

Покажите на примере кислотного буфера с заданным значением рН , как по формуле определить отношение концентрации кислоты (Са) к концентрации ее соли (Сs).

Задача. Вычислить рН и рОН буферной смеси, состоящей из равных объемов растворов гидроксида аммония (Св= 0,5 моль/л) и нитрата аммония (Сs = 0,25 моль/л).

10. Покажите на примере основного буфера с заданным значением рН , как по формуле определить отношение концентрации основания (С_в ) к концентрации его соли (Сs).

Задача. Имеется 1л формиатной буферной смеси, содержащей 1моль муравьиной кислоты и 0,5 моль формиата натрия. Как изменится рН этой смеси (понизится или повысится ), если прилить 50мл раствора гидроксида натрия С(NaOH)=4 моль/л)?. Вычислите буферную емкость смеси. Кд (НСООН) = 1,8·10^-4 .