2718

Введение

Изучение курса «Химия и микробиология воды» студентами факультета «Промышленное и гражданское строительство» осуществляется в течение шестого семестра. Курс разделен на четыре модуля. Работа над каждым модулем оценивается в баллах и включает в себя: посещение обязательных лекционных, лабора- торно-практических занятий и выполнение внеаудиторных самостоятельных заданий. В течение семестра проводится три коллоквиума.

Общая сумма баллов за работу над модулями – 100. Подсчет баллов за конкретную работу производится при своевременном ее выполнении. При задержке до 1 недели количество баллов уменьшается на 30 %, более недели – 50 %. Допуск к сдаче зачета студенты получают при условии, что сумма набранных баллов за семестр составляет не менее 65.

Успешное усвоение материала курса «Химия и микробиология воды» невозможно без систематической самостоятельной работы студентами в течение семестра. Целью практикума является организация такого вида работы, который включает в себя знакомство с содержанием тем и вопросами модуля с последующей проработкой материала по конспекту лекций, учебнику, методическим разработкам кафедры и закрепление материала путем решения рекомендуемого списка задач по теме. При решении задач необходимо использовать материалы приложения: пункты 1.2, 2.3, 3.1, 3.3 (табл. П1); пункты 1.1, 2.2, 2.3, 3.2, 3.3 (табл. П2);

пункты 1.3,2.2(табл.П3);пункт 2.1(табл.П4).

3

Произведение растворимости (ПР), расчет концентраций катиона, аниона и растворимости электролита в насыщенном водном растворе.

Пример 1. Приведите примеры реакций, в которых вода выступает в роли: а) кислоты; б) основания.

Решение. Вода обладает амфотерными свойствами. Она может реагировать в качестве кислоты, например:

NH3 + H2O = NH4OH;

BaO + H2O = Ba(OH)2,

так и в качестве основания, например: H2O + SO3 = H2SO4.

Пример 2. Растворимость сульфата меди (II) при 30 °С равна 25 г на 100 г воды. Определите, можно ли при этой температуре приготовить раствор соли с концентрацией: а) 18 %; б) 20 %;

в) 22 %?

Решение. Определим процентную концентрацию насыщенно-

го раствора CuSO4 при 30 °С: 25 · 100 / (25 + 100) = 20 %. Таким образом, условию задачи удовлетворяют только первые два варианта – 18%-й и 20%-й растворы соли.

Пример 3. Рассчитайте молярную, нормальную, моляльную концентрации и титр 16%-го раствора хлорида алюминия. Плотность раствора равна 1,15 г/мл.

Решение. а) Для вычисления молярной концентрации найдем массу хлорида алюминия, содержащуюся в 1000 мл раствора:

16 г AlCl3 – 100 / 1,15 мл раствора х = 16 · 1000 · 1,15 / 100 = 184 г

х– 1000 мл раствора

Молярная масса AlCl3 равна 133,5 г/моль, следовательно,

М = 184 / 133,5 = 1,38 моль/л.

б) Эквивалентная масса AlCl3 равна: 133,5 : 3 = 44,5 г/г-экв. Нормальная концентрация Cн = C(1/3AlCl3) = 184 : 44,5 =

= 4,13 г-экв/л.

5

2.Сколько молекул тяжелой воды D2O содержится в 1 кг воды, если примесь тяжелой воды в природной воде составляет 0,02 % по массе?

3.Напишите уравнения термической и электролитической диссоциации воды.

4.Напишите два уравнения реакций, в одной из которых вода проявляет окислительные, а в другой – восстановительные свойства. Может ли вода одновременно проявлять свойства восстановителя и окислителя?

5.В 1 л воды при нормальных условиях растворяется 4,67 л сероводорода. Определите процентную концентрацию получившегося раствора.

6.Сколько граммов нитрата калия выкристаллизуется из 105 г насыщенного раствора при 60 °С, если охладить его до 0 °С. Растворимость соли при указанных температурах соответственно равна 110 и 13 г в 100 г воды.

7.В каком объеме воды надо растворить 67,2 л HCl (н.у.), чтобы получить 9%-й раствор HCl?

8.Из 400 г 20%-го раствора KNO3 при охлаждении выделилось 50 г соли. Чему равна процентная концентрация нитрата калия в оставшемся растворе?

9.Сколько граммов H2SO4 содержится в 3,5 л 0,2 н раствора серной кислоты?

10.До какого объема надо разбавить 500 мл 20%-го раствора NaCl (ρ = 1,152 г/мл), чтобы получить 4,5%-й раствор

(ρ = 1,029 г/мл)?

11.Какой объем 0,05 н раствора Na2SO4 можно получить из 100 мл 1 М раствора Na2SO4?

12.Плотность 9%-го раствора сахарозы C12H22O11 равна 1,035 г/мл. Определите титр, молярную, моляльную концентрации этого раствора.

7

нение в процессах очистки воды. Свойства растворов сильных электролитов, изотонический коэффициент.

Реакции в растворах электролитов. Растворы неэлектролитов и электролитов. Водные растворы электролитов. Степень диссоциации электролитов. Сильные и слабые электролиты. Активность и коэффициент активности иона. Ионная сила раствора. Расчет коэффициентов активности ионов по уравнению Дебая – Хюккеля.

Кинетика химических реакций. Скорость химической реакции. Константа скорости реакции, ее физический смысл. Закон действия масс. Молекулярность и порядок реакции. Энергия активации. Зависимость скорости реакции от температуры (уравнение Аррениуса, правило Вант-Гоффа), концентраций реагентов, давления, природы реагирующих веществ, катализаторов. Обратимые и необратимые химические реакции. Условие химического равновесия. Константа химического равновесия. Принцип Ле Шателье и влияние концентраций реагентов, давления в системе, температуры на смещение химического равновесия. Скорость реакций и установление равновесия в гетерогенных системах.

Пример 1. Температура кипения водного раствора сахарозы C12H22O11 равна 101,4 °С. Вычислите моляльную и процентную концентрацию сахарозы в растворе. При какой температуре замерзает этот раствор?

Решение. Повышение температуры кипения раствора по отношению к чистой воде равно: tкип = 101,4 – 100 = 1,4 °С. По формуле tкип = Е · m находим моляльную концентрацию раствора m = 1,4 / 0,52 = 2,69 моль/кг. Молярная масса C12H22O11 равна 342 г/моль, значит, в 1 кг воды содержится 2,69 · 342 = 920 г сахарозы. Рассчитаем процентную концентрацию сахарозы в растворе: 920 · 100 / 1920 = 47,9 %. Понижение температуры замерзания раствора tзам = Кm = 1,86 · 2,69 = 5 °С. Раствор будет замерзать при –5 °С.

9