m1003
.pdf
соли подвергаться гидролизу и связана с ионным произведением воды и константой диссоциации слабого электролита, образующегося в результате гидролиза.
Для солей, образованных слабой кислотой и сильным основанием, константа гидролиза связана с константой диссоциации
кислоты: КГ =
КВ
КД кис
. Для солей, образованных слабым основа-
нием и сильной кислотой, – с константой диссоциации основа-
ния: КГ =
КВ
КД осн
. Для солей, образованных слабым основанием и
слабой кислотой, – с константами диссоциации кислоты и осно-
вания: КГ =
КВ
КД осн КД кис
.
Показателем глубины протекания гидролиза является степень гидролиза h – доля электролита, подвергшегося гидролизу:
h =
Сгидр С
,
где Сгидр – концентрация гидролизованных молекул (СМ); С – исходная концентрация молекул электролита (СМ).
Степень гидролиза h связана с константой гидролиза КГ уравнением, аналогичным закону разбавления Оствальда для диссоциации слабого электролита:
КГ =
2 |
C |
h |
|
|
М |
1 h |
|
(точная формула).
В случае h << 1 гидролизованная часть соли очень мала, концентрация продуктов гидролиза незначительна, и соотношение упрощается:
КГ = h2CМ или h = |
|
КГ |
|
(приближенная формула). |
|
||||
|
|
СМ |
||
При расчете рН растворов гидролизующихся солей используют приближенную формулу рН = – lg [Н+], учитывая, как правило, только 1-ю ступень гидролиза.
21
3.2. Задание для выполнения расчетно-графической работы «Растворы»
В соответствии с индивидуальным вариантом РГР (табл. 3.1):
1)выберите из четырех веществ вашего варианта (столбцы 1–4 табл. 3.1) сильные и слабые электролиты и составьте уравнение их диссоциации в водном растворе;
2)определите для раствора электролита вашего варианта (столбец 1 табл. 3.1) молярную концентрацию эквивалента, массовую долю, мольную (молярную) долю воды и растворенного вещества, моляльную концентрацию и титр раствора, если известна молярная концентрация раствора (столбец 1а табл. 3.1) и его плотность (ρ = 1,035 г/см3);
3)рассчитайте рН растворов электролитов из столбцов 1 и 2 для соответствующих концентраций, данных в столбцах 1а и 2а (см. табл. 3.1); для раствора сильного электролита определите ионную силу раствора и активность катионов и анионов; для раствора слабого электролита рассчитайте степень диссоциации по строгой и приближенной формулам Оствальда и сделайте вывод по полученным значениям; напишите выражение для констант диссоциации слабого электролита по всем возможным ступеням;
4)напишите выражение для ПР малорастворимого электролита вашего варианта (столбец 3 табл. 3.1); определите, можно ли приготовить раствор этого электролита молярной концентрации, указанной в столбце 3а (см. табл. 3.1); вычислите, в каком объеме воды можно растворить 0,5 г данного малорастворимого вещества;
5)напишите уравнение гидролиза соли, данной в столбце 4 (см. табл. 3.1), по всем возможным ступеням и выражение для констант гидролиза по всем ступеням; вычислите значения этих констант гидролиза;
6)рассчитайте рН раствора соли из столбца 4 для концентрации, указанной в столбце 4а (см. табл. 3.1), учитывая только 1-ю ступень гидролиза; укажите реакцию среды раствора; определите, как будет изменяться рН раствора при нагревании и почему?
Примечание. Необходимые при выполнении РГР справочные данные приведены в табл. 3.2–3.5.
22
Таблица 3.1
Варианты расчетно-графической работы
Вариант |
|
Вещество |
|
Концентрация, моль/л |
|||||
1 |
2 |
3 |
4 |
1а |
2а |
3а |
4а |
||
|
|||||||||
1 |
CsOH |
H2C2O4 |
SrSO4 |
Na2SO3 |
0,002 |
0,01 |
5∙10–5 |
0,03 |
|
2 |
HBr |
HOBr |
Agl |
Na3BO3 |
0,002 |
0,04 |
5∙10–5 |
0,02 |
|
3 |
Sr(OH)2 |
H3BO3 |
MnS |
K2S |
0,003 |
0,002 |
5∙10–5 |
0,04 |
|
4 |
RbOH |
CH3COOH |
PbI2 |
Pb(NO3)2 |
0,004 |
0,08 |
5∙10–5 |
0,06 |
|
5 |
Ca(OH)2 |
HCOOH |
PbCl2 |
Al2(SO4)3 |
0,001 |
0,06 |
5∙10–6 |
0,02 |
|
6 |
H2SO4 |
NH4OH |
BaCrO4 |
NaNO2 |
0,008 |
0,08 |
5∙10–6 |
0,03 |
|
7 |
LiOH |
H3PO4 |
Ca3(PO4)2 |
HCOOLi |
0,005 |
0,02 |
5∙10–6 |
0,009 |
|
8 |
HI |
H2SO3 |
CaCO3 |
Na2SiO3 |
0,003 |
0,01 |
5∙10–6 |
0,07 |
|
9 |
Ba(OH)2 |
HCN |
CaSO4 |
K2SO3 |
0,008 |
0,005 |
5∙10–3 |
0,08 |
|
10 |
HClO4 |
NH4OH |
MgCO3 |
(NH4)SO4 |
0,005 |
0,07 |
5∙10–3 |
0,05 |
|
11 |
HCl |
H2Se |
Ag2SO4 |
Na2CO3 |
0,002 |
0,002 |
5∙10–3 |
0,04 |
|
12 |
NaOH |
H2SiO3 |
BaSO4 |
FeCl2 |
0,004 |
0,008 |
1∙10–5 |
0,03 |
|
13 |
KOH |
HNO2 |
Ag2CrO4 |
Ba(NO2)2 |
0,006 |
0,02 |
1∙10–6 |
0,05 |
|
14 |
HNO3 |
HAlO2 |
FeS |
KNO2 |
0,002 |
0,007 |
1∙10–5 |
0,02 |
|
15 |
HClO4 |
HOCl |
NiS |
Ca(NO2)2 |
0,03 |
0,009 |
1∙10–6 |
0,02 |
|
16 |
LiOH |
H2CO3 |
Ag3PO4 |
Na2S |
0,04 |
0,02 |
1∙10–6 |
0,03 |
|
17 |
Sr(OH)2 |
H2SeO3 |
ZnS |
AlCl3 |
0,005 |
0,007 |
1∙10–6 |
0,04 |
|
18 |
HI |
HF |
CaF2 |
K2CO3 |
0,03 |
0,04 |
1∙10–5 |
0,05 |
|
19 |
KOH |
H2S |
BaCO3 |
NH4Cl |
0,07 |
0,01 |
1∙10–6 |
0,06 |
|
20 |
Ba(OH)2 |
H3PO4 |
PbSO4 |
CrCl3 |
0,007 |
0,06 |
1∙10–4 |
0,08 |
|
21 |
CsOH |
H2SO3 |
Ag2SO4 |
ZnCl2 |
0,005 |
0,06 |
1∙10–4 |
0,03 |
|
22 |
Ca(OH)2 |
HCN |
Ag2S |
NiSO4 |
0,002 |
0,006 |
1∙10–4 |
0,09 |
|
23 |
H2SO4 |
HAlO2 |
CdS |
NaCl |
0,006 |
0,008 |
2∙10–4 |
0,08 |
|
24 |
HBr |
HNO2 |
PbCO3 |
Al2(SO4)3 |
0,02 |
0,07 |
2∙10–4 |
0,05 |
|
25 |
RbOH |
HF |
AgCl |
(NH4)2SO4 |
0,007 |
0,02 |
2∙10–4 |
0,009 |
|
26 |
NaOH |
HOCl |
SrSO4 |
Na2SO3 |
0,009 |
0,007 |
2∙10–3 |
0,005 |
|
27 |
LiOH |
H3BO3 |
AgI |
CuSO4 |
0,006 |
0,02 |
7∙10–3 |
0,09 |
|
28 |
HCl |
H2TeO3 |
Ca3(PO4)2 |
K2Se |
0,002 |
0,003 |
7∙10–3 |
0,008 |
|
29 |
HClO4 |
H2Te |
AgBr |
Na2Te |
0,007 |
0,006 |
4∙10–4 |
0,06 |
|
30 |
HNO3 |
NH4OH |
PbCl2 |
KCN |
0,04 |
0,009 |
5∙10–4 |
0,07 |
|
23
Таблица 3.2
Произведения растворимости труднорастворимых в воде соединений
(при 298 К)
Вещество |
ПР |
Вещество |
ПР |
AgCl |
1,6∙10–10 |
Fe2S3* |
1,0∙10–88 |
Ag2CrO4 |
1,1∙10–12 |
MnS |
2,0∙10–15 |
AgI |
9,7∙10–17 |
SrSO4 |
3,2∙10–7 |
Ag2SO4 |
7,7∙10–5 |
NiS* |
1,1∙10–27 |
AgBr |
4,4∙10–13 |
PbCl2 |
2,12∙10–5 |
Ag2S |
1,6∙10–49 |
PbCO3 |
1,0∙10–13 |
Ag3PO4 |
1,3∙10–20 |
PbI2 |
9,8∙10–9 |
Ca(OH)2 |
6,0∙10–6 |
PbSO4 |
1,6∙10–8 |
BaCrO4 |
2,3∙10–10 |
PbS |
3,6∙10–29 |
BaCO3 |
8,1∙10–9 |
ZnS |
7,4∙10–27 |
BaSO4 |
1,08∙10–10 |
HgS* |
4,0∙10–58 |
MgCO3 |
1,0∙10–5 |
AgOH |
1,93∙10–8 |
CaCO3 |
4,8∙10–9 |
Al(OH)3 |
5,1∙10–33 |
CaSO4 |
6,1∙10–5 |
Cr(OH)3 |
6,7∙10–31 |
CaF2 |
4,0∙10–11 |
Fe(OH)3 |
3,8∙10–38 |
CdS |
1,2∙10–28 |
Mg(OH)2 |
5,5∙10–12 |
CuS |
4,0∙10–38 |
Ni(OH)2 |
1,6∙10–14 |
FeS |
3,7∙10–19 |
Cu(OH)2 |
5,0∙10–19 |
Pb(OH)2 |
1,0∙10–15 |
Ca3(PO4)2 |
1,0∙10–25 |
Zn(OH)2 |
1,3∙10–17 |
|
|
* ПР определены при 293 К.
Таблица 3.3
Константы диссоциации некоторых слабых электролитов в водных растворах (при 298 К)
Электролит |
|
КД |
|
Электролит |
КД |
|
Азотистая кислота |
|
4,6∙10–4 |
|
Циановодородная |
7,9∙10–10 |
|
HNO2 |
|
|
кислота HCN |
|||
|
|
|
|
|||
Алюминиевая кисло- |
|
6,0∙10–13 |
|
Щавелевая кислота |
K1 = 5,4∙10–2 |
|
та НAlO2 |
|
|
Н2С2О4 |
K2 = 5,4∙10–5 |
||
|
|
|
||||
Борная кислота |
K1 |
= 5,8∙10–10 |
Аммония гидроксид |
|
||
K2 =1,8∙10–13 |
1,8∙10–5 |
|||||
H3BO3 |
NH4OH |
|||||
K3 |
= 1,6∙10 |
–14 |
|
|||
|
|
|
|
|||
Бромноватистая кис- |
|
2,1∙10–9 |
|
Вода |
1,8∙10–16 |
|
лота НОBr |
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
Кремниевая кислота |
K1 |
= 2,2∙10–10 |
Алюминия гидроксид |
K3 = 1,38∙10–9 |
||
Н2SiO3 |
K2 |
= 1,6∙10–12 |
Аl(ОН)3 |
|||
|
||||||
24
Окончание табл. 3.3
|
Электролит |
|
КД |
|
Электролит |
|
КД |
|
|
Муравьиная кислота |
|
1,8∙10–4 |
|
Железа (II) гидрок- |
|
K2 =1,3∙10–4 |
|
|
НСООН |
|
|
сид Fe(OH)2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Селеноводородная |
|
K1 = 1,7∙10–4 |
|
Железа (III) гидрок- |
|
K2 =1,82∙10–11 |
|
|
кислота Н2Se |
|
K2 = 1,0∙10–11 |
|
сид Fe(OH)3 |
|
K3 = 1,35∙10–12 |
|
|
Сернистая кислота |
|
K1 = 1,7∙10–2 |
|
Меди гидроксид |
|
K2 =3,4∙10–7 |
|
|
H2SO3 |
|
K2 = 6,3∙10–8 |
|
Cu(OH)2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Сероводородная |
|
K1 = 1,1∙10–7 |
|
Никеля гидроксид |
|
K2 =2,5∙10–5 |
|
|
кислота Н2S |
|
K2 = 1,0∙10–14 |
|
Ni(OH)2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Теллуристая кисло- |
|
K1 = 3,0∙10–3 |
|
Серебра гидроксид |
|
1,1∙10–4 |
|
|
та H2TeО3 |
|
K2 = 2,0∙10–8 |
|
AgOH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Теллуроводородная |
|
K1 = 1,0∙10–3 |
|
Свинца гидроксид |
|
K1 = 9,6∙10–4 |
|
|
кислота H2Te |
|
K2 = 1,0∙10–11 |
|
Pb(OH)2 |
|
K2 = 3,0∙10–8 |
|
|
Угольная кислота |
|
K1 = 4,5∙10–7 |
|
Хрома гидроксид |
|
K3 = 1,0∙10–10 |
|
|
Н2СО3 |
|
K2 = 4,8∙10–11 |
|
Cr(OH)3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Уксусная кислота |
|
1,8∙10–5 |
|
Цинка гидроксид |
|
K1 = 4,4∙10–5 |
|
|
СН3СООН |
|
|
Zn(OH)2 |
|
K2 = 1,5∙10–9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Хлорноватистая |
|
5,0∙10–8 |
|
Кадмия гидроксид |
|
K2 = 5,0∙10–3 |
|
|
кислота НОСl |
|
|
Cd(OH)2* |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Фосфорная кислота |
|
K1 = 7,5∙10–3 |
|
Марганца гидроксид |
|
|
|
|
|
K2 = 6,3∙10–8 |
|
|
K2 = 5,0∙10–4 |
|
||
|
H3PO4 |
|
К3 = 1,3∙10–12 |
|
Mn(OH)2* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фтороводородная |
|
6,6∙10–4 |
|
|
|
|
|
|
кислота HF |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* КД определены при 303 К. |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3.4 |
|
|
Сильные и слабые электролиты* |
|
|
|||||
|
Сильные |
|
|
Слабые |
||||
1. Все растворимые соли, кроме CdI2; |
1. Все труднорастворимые соли |
|||||||
HgCl2; Hg(CN)2; Fe(CNS)3 |
|
|
|
|
|
|||
2. Неорганические кислоты: HCl, |
2. Неорганические кислоты: H2S, HCN, |
|||||||
HBr, HI, HNO3, H2SO4, HClO3, HClO4, |
HF, HNO2, H2SO3, H3PO4, HClO, HClO2, |
|||||||
H2CrO4, H2Cr2O7, HMnO4 |
|
H2ZnO2, H2CO3, HCrO2, H2SiO3, H3BO3, |
||||||
|
|
|
|
H3PO3, H3AsO4, H3SbO3 |
|
|
||
3. Щелочи: LiOH,NaOH, KOH, |
3. Все нерастворимые гидроксиды, а |
|||||||
RbOH, CsOH, FrOH, Ca(OH)2, |
также NH4OH, H2O |
|
|
|||||
Sr(OH)2, Ba(OH)2, Ra(OH)2 |
4. Все органические кислоты: HCOOH, |
|||||||
|
|
|
|
CH3COOH и др. |
|
|
||
* Деление на сильные и слабые электролиты условно, так как степень диссоциации слабых электролитов зависит от концентрации раствора и возрастает с разбавлением раствора.
25
Таблица 3.5
Коэффициенты активности ионов в водных растворах (при 298 К)
Ионная сила раствора I |
|
Ионы |
|
Однозарядные |
Двухзарядные |
Трехзарядные |
|
0,001 |
0,98 |
0,78 |
0,73 |
0,002 |
0,97 |
0,74 |
0,66 |
0,005 |
0,95 |
0,66 |
0,55 |
0,01 |
0,92 |
0,60 |
0,47 |
0,02 |
0,90 |
0,53 |
0,37 |
0,05 |
0,84 |
0,50 |
0,21 |
0,07 |
0,83 |
0,36 |
0,25 |
0,1 |
0,81 |
0,30 |
0,21 |
0,2 |
0,80 |
0,41 |
0,14 |
0,3 |
0,81 |
0,42 |
0,14 |
0,4 |
0,82 |
0,45 |
0,17 |
0,5 |
0,84 |
0,50 |
0,21 |
3.3. Вопросы к защите расчетно-графической работы «Растворы»
1.Дайте определения таким понятиям, как раствор, растворенные вещества, растворитель.
2.Какие вещества относятся к электролитам, а какие – к неэлектролитам?
3.Зависит ли степень диссоциации электролита от концентрации раствора и температуры?
4.Что называется произведением растворимости (ПР)? От чего зависит ПР? Как можно рассчитать растворимость вещества, зная ПР?
6.Что такое водородный показатель? Как вычисляется рН для щелочных растворов?
7.Что называется процессом гидролиза солей?
8.Как связана степень гидролиза h с константой гидролиза KГ? Приведите точную и приближенную формулы.
9.Какие факторы способствуют подавлению процесса гидролиза вещества?
10.Как изменится степень гидролиза соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой, при добавлении в ее раствор соли, образованной сильным основанием и слабой кислотой?
26
Список рекомендуемой литературы
1.Глинка Н.Л. Общая химия. М.: КНОРУС, 2009. 752 с.
2.Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. М.: Интегралпресс, 2006. 240 с.
3.Задачи и упражнения по общей химии: Учеб. пособие / Под. ред. Н.В. Коровина. М.: Высш. шк., 2004. 255 с.
4.Кабанова Л.Ф. Кинетика химических реакций: Метод. указ. для ла- бораторно-практической и самостоятельной работы. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2007. 37 с.
5.Коровин Н.В. Общая химия. М.: Высш. шк., 2010. 558 с.
6.Паули И.А. Свойства растворов: Метод. указ. к практическим занятиям. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2004. 59 с.
7.Энергетика и направленность химических процессов: Метод. указ. к практическим занятиям и самостоятельной работе по химии / Сост. И.А. Паули. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2009. 40 с.
27
Приложение
Форма титульного листа РГР
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (СГУПС)
Кафедра «Химия» Дисциплина «Химия»
Расчетно-графическая работа Тема «____________________»
Вариант № ____
Руководитель: |
Разработал студент |
_________________ |
группы _______: |
_______________________ |
_____________________ |
(Ф.И.О., подпись) |
(Ф.И.О., подпись) |
_______________________ |
_____________________ |
(дата проверки) |
(дата сдачи на проверку) |
______________________ |
_____________________ |
(запись о допуске к защите) |
(оценка, подпись преподавателя) |
Новосибирск
20____
28
Оглавление |
|
Введение............................................................................................................... |
3 |
1. Общие положения и основные правила выполнения и защиты расчетно- |
|
графической работы по химии....................................................................... |
3 |
2. Химическая термодинамика .......................................................................... |
5 |
2.1. Основные теоретические положения ..................................................... |
5 |
2.2. Задание для выполнения расчетно-графической работы |
|
«Химическая термодинамика»............................................................... |
10 |
2.3. Вопросы к защите расчетно-графической работы «Химическая |
|
термодинамика»....................................................................................... |
13 |
3. Растворы ......................................................................................................... |
13 |
3.1. Теория растворов.................................................................................... |
14 |
3.2. Задание для выполнения расчетно-графической работы |
|
«Растворы» ............................................................................................... |
22 |
3.3. Вопросы к защите расчетно-графической работы «Растворы» ........ |
26 |
Список рекомендуемой литературы................................................................ |
27 |
Приложение. Форма титульного листа РГР ................................................... |
28 |
29
Учебное издание
Паули Ирина Анатольевна Никитина Екатерина Ивановна
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА. РАСТВОРЫ
Методические указания к выполнению расчетно-графических работ
Редактор А.О. Квач Компьютерная верстка Ю.В. Борцовой
Изд. лиц. ЛР № 021277 от 06.04.98 Подписано в печать 10.12.2014
2,0 печ. л. 1,5 уч.-изд. л. Тираж 200 экз. Заказ № 2851
Издательство Сибирского государственного университета путей сообщения
630049, Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191 Тел./факс: (383) 328-03-81. E-mail: bvu@stu.ru
30