Обучающие задачи

1. Вычислить ионную силу в растворе 0,1 моль/дм³ сульфата натрия.

Решение:

Na₂SO₄→2Na⁺ + SO₄^2-

c[ ]: 0,1 0,2 0,1

Ответ: ионная сила 0,1 моль/дм³ Na₂SO₄ равна 0,3 моль/дм³.

2. Вычислить концентрацию ионов ОН^-, рОН и рН для 0,1 моль/дм³ раствора аммиака (К_b=1,76·10^-5).

Решение: NH₃ + H₂O  NH₄OH  NH₄⁺ + OH^-

Ответ: [ОН^-]=1,32·10^-3; рОН=2,88; рН=11,12.

3. Константа диссоциации уксусной кислоты равна 1,75 10^-5. Определите массу ацетата натрия, которую необходимо добавить к 300 см³ 0,1 моль/дм³ раствора уксусной кислоты, чтобы понизить концентрацию ионов водорода в растворе в 100 раз.

Найдём равновесную концентрацию ионов водорода в 0,1 моль/дм³ растворе CH₃COOH:

.

При добавлении CH₃COONa концентрация ионов H⁺ должна быть в 100 раз меньше (диссоциация частично подавлена), т.е. 1,32 ∙ 10^-5 моль/дм³. Пусть необходимо внести в 1 дм³ исходного раствора кислоты х моль соли, что соответствует добавке x моль ацетат- ионов, тогда равновесные концентрации равны: [H⁺] = 1,3210^-5 моль/дм³

[CH₃COO^-] = (x + 1,32 ∙ 10^-5) моль/дм³ x моль/дм³

[CH₃COOH] = с₀ – [H⁺] = 0.1 – 1.32 10^-5  0,1 моль/дм³

и, подставив значения равновесных концентраций в выражение для константы диссоциации уксусной кислоты:

находим x = 0,133 моль, что соответствует концентрации соли с(CH₃COONa) = 0,133 моль/дм³.

Масса добавки ацетата натрия к 300 см³ раствора равна:

m (CH₃COONa) = с(CH₃COONa)  V_р-р  M (CH₃COONa) = 0,133  0,3  82 = 3,27 г

Ответ: m (CH₃COONa) = 3,27 г.

Вычисление рН в водных растворах кислот и оснований

В водных растворах кислот и оснований рН среды зависит от природы и концентрации растворенного вещества.

При вычислении рН раствора сильной кислоты или сильного основания необходимо знать молярную концентрацию сильной кислоты с₀. Так как диссоциация сильной кислоты или сильного основания – процесс необратимый, то для расчетов рН используют следующие уравнения:

рН = -lg c(H⁺) = -lg c₀(HAn),

где с₀(НAn) – молярная концентрация сильной одноосновной кислоты, моль/дм³.

Для серной кислоты:

рН = -lg c (H⁺) = -lg 2c₀(H₂SO₄).

Для сильного основания (щелочи):

[OH^-] = c₀ (KtOH),

где с₀(KtOH) – молярная концентрация однокислотного основания в растворе, тогда

[H⁺]= рН=14+lg c_o(KtOH).

В растворах с высокой ионной силой вместо концентрации ионов Н⁺ или ОН^- используют их активности:

а(Н⁺)=с(Н⁺)·f(H⁺); a(OH^-)=c(OH^-)·f(OH^-).

При вычислении рН раствора слабой кислоты или слабого основания необходимо знать молярную концентрацию этого вещества и константу его диссоциации (К_а или К_в).

Пусть НАс – слабая одноосновная кислота с молярной концентрацией с₀ и степенью диссоциации :

	HАс		H+	+	Ас-
до диссоциации:	с0		–		–
равновесие:	с0-·с		 c0		 c0

Согласно формуле (5.8), учитывая,что равновесная концентрация ионов водорода , получаем:

рН = -lg [H⁺].

В растворах слабых оснований (NH₄OH) находят равновесную концентрацию ОН^-: , после чего рассчитывают рН:

рН