Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Задачник

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

06.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 > Следующая >>>

3.183. Приведите формулу для расчета pH щелочного буферного

раствора.

Пояснения к заданию 3.183

Для щелочного буферного раствора, образованного слабым основанием и его солью, рН рассчитывается по формуле

pH = 14 – pK

+ lg

основания

соли

где Kb – константа диссоциации слабого основания; рКb = −lg Кb – показатель основности слабого основания; С

основания

и С

соли

– молярные концентрации раствора слабого основания и его соли (сопряженной кислоты) соответственно.

3.184. Вычислите рН буферного раствора, в 1,00 л которого содер-

жится 0,100 моль аммиака (pKb = 4,76) и 0,200 моль нитрата аммония.

3.185. Рассчитайте рН буферного раствора, в 1,50 л которого содер-

жится 0,200 моль аммиака (pKb = 4,76) и 0,250 моль хлорида аммония.

3.186. Рассчитайте рН буферного раствора объемом 2,09 л, содер-

жащего 0,355 моль аммиака (pKb = 4,76) и 0,295 моль нитрата аммония.

3.187. Вычислите рН буферного раствора объемом 4,50 л, содержа-

щего 0,655 моль аммиака (pKb = 4,76) и 1,54 г хлорида аммония.

3.188. Вычислите рН буферного раствора, в 1,75 л которого содер-

жится 1,76 г аммиака (pKb = 4,76) и 0,0732 моль нитрата аммония.

Пояснения к заданиям 3.184–3.188

Для буферных растворов, состоящих из слабого основания и его

соли, рН рассчитывается по формуле

pH = 14 – pK

+ lg

основания

соли

основания

р-ра

соли

=

соли

р-ра

где n

основания

и n

соли

– количества, моль, слабого основания и его соли

(сопряженной кислоты) в растворе соответственно.

При подстановке последних выражений в формулу для расчета рН,

последняя преобразуется следующим образом:

pH = 14 – pK

+ lg

основания

соли

Пример 1. Рассчитайте рН буферного раствора, в 350 мл которого содержится 0,350 моль аммиака (рКb = 4,76) и 0,0500 моль нитрата аммония.

Дано:

р-ра

= 350 мл

n(NH4ОН) = 0,350 моль

n(NН4NО3) = 0,0500 моль рКb = 4,76

Найти: рН = ?

Решение 1

В растворе присутствует аммиачный буферный раствор, содержащий слабое основание (аммиак) и его соль (нитрат аммония):

NH4ОН ↔ NН

+ ОН−,

NН4NО3 → NН

+ NО

−

Для данного раствора рН рассчитывается по формуле

pH = 14 − pKb+ lg

основания

соли

Молярная концентрация основания в растворе равна

основания

n(NH4OH)

р-ра

0,350 моль

0,350 л

= 1,00 моль/л.

Молярная концентрация соли в растворе равна

соли

n(NH4NO3)

р-ра

0,0500 моль

0,350 л

= 0,143 моль/л.

Для буферного раствора рН составляет

pH = 14 – pKb + lg

С(NH4ОН)

C(NH4NO3)

= 14 – 4,76 + lg

1,00

0,143

= 10,1.

Решение 2

Значение pH буферного раствора определяется, исходя из количеств присутствующих в нем веществ, по формуле

pH = 14 – pKb + lg

n(NH4ОН )

n(NH4NO3)

= 14 – 4,76 + lg

0,350

0,0500

= 10,1.

Пример 2. Вычислите рН буферного раствора объемом 300 мл, со- держащего 2,50 г аммиака (рКb = 4,76) и 0,0450 моль хлорида аммония.

Дано:

р-ра

= 300 мл m(NH4ОН) = 2,50 г n(NН4Cl) = 0,0450 моль

рКb = 4,76

Найти: рН = ?

Решение

В растворе находится аммиачный буферный раствор, который со-

держит слабое основание – аммиак и его соль:

NH4ОН ↔ NН

+ OН−,

NН4Cl → NH

+ Сl−.

Для данного буферного раствора рН рассчитывается по формуле

pH = 14 – pK

+ lg

основания

соли

Молярная концентрация основания в растворе равна

основания

n(NH4ОН )

р-ра

m(NH4ОН)

M󰇛NH4ОН󰇜 ∙ V

р-ра

2,50 г

35,0 г/моль∙0,300 л

= 0,238 моль/л.

Молярная концентрация соли в растворе равна

соли

n(NH4Cl)

р-ра

0,0450 моль

0,300 л

= 0,150 моль/л.

Для данного буферного раствора рН составляет

pH = 14 – pKb + lg

С(NH4ОН)

C(NH4Сl)

= 14 – 4,76 + lg

0,238 0,150

= 9,44.

3.189. Как называется точка на кривых кислотно-основного титро-

вания, в которой водородный показатель рН равен 7?

Пояснения к заданию 3.189

При титровании сильной кислоты сильным основанием (и наобо-

рот) в точке эквивалентности образуется соль сильной кислоты

и сильного основания, при этом раствор имеет нейтральную среду (рН = 7), что соответствует точке нейтральности.

3.190. Как называется резкое изменение величины pH раствора в процессе кислотно-основного титрования, наблюдающееся вблизи точки эквивалентности?

Пояснения к заданию 3.190

Резкое изменение изучаемого свойства системы при изменении сте-

пени оттитровывания в интервале 0,999–1,001 (99,9–100,1 %) называется скачком титрования. Указанный интервал соответствует относительной погрешности титриметрических методов анализа. Величина скачка зависит от свойств системы «определяемое вещество – титрант».

3.191. Назовите вещества, дающие возможность с известной степенью достоверности установить точку эквивалентности в методе кислотно-основного титрования.

3.192. Что представляют собой кислотно-основные индикаторы?

3.193. Какие факторы влияют на изменение окраски кислотно-ос-

новных индикаторов?

Пояснения к заданиям 3.191–3.193

Индикаторы – вещества, которые резко реагируют на изменение

концентрации определяемого компонента или титранта вблизи точки эквивалентности, при этом они переходят в другую равновесную форму, изменяя окраску, образуя осадок и др. Обычно индикаторы по своей природе идентичны определяемому веществу или титранту. Действие индикатора основано на смещении равновесия:

Ind

Ind1 ↔ х + Ind2,

окраска 1 окраска 2

где Ind1 и Ind2 – две сопряженные формы индикатора; х – продукт превращения индикатора, отражающий специфику реакции, в которой он участвует: Н+ – в реакциях кислотно-основного взаимодействия (кислотно-основные (рН) индикаторы); е− – в реакциях окислительно-восстановительного взаимодействия (окислительно-восстановительные – редокс-индикаторы); Меn+ – в реакциях комплексообразования (металлиндикаторы).

Вещества, которые дают возможность с известной степенью досто-

верности установить точку эквивалентности в методе кислотно-основного титрования, называются кислотно-основными индикаторами

(НInd), представляющими собой достаточно сильно окрашенные сла-

бые органические кислоты или основания, протонированная и депротонированная формы которых различаются по строению и окраске.

3.194. Как называется область значений pH, в которой становится видимым изменение окраски кислотно-основного индикатора?

Пояснения к заданию 3.194

Для каждого кислотно-основного индикатора существует опреде-

ленный интервал перехода окраски (ΔрХ) с границами:

ΔpХ = pK

Ind

± 1,

где рХ – интервал рН, в пределах которого индикатор меняет свою окраску.

Кроме того, индикатор характеризуется такой величиной, как

рТ – показатель титрования индикатора, рТ  pK

Ind

. Показатель титро-

вания – такое значение рН, при достижении которого происходит резкое изменение окраски индикатора, и титрование заканчивается, т. е. достигается конечная точка титрования.

3.195. При каких условиях осуществляется правильный выбор ин- дикатора с минимальной погрешностью в методах кислотно-основного титрования?

Пояснения к заданию 3.195

Индикатор кислотно-основного типа можно охарактеризовать ин-

тервалом перехода окраски:

рН = рК

Ind

 1,

середина которого представляет собой показатель титрования рТ, равный рК

Ind

(совпадают не во всех случаях).

Выбор кислотно-основного индикатора осуществляется таким об-

разом, чтобы показатель титрования индикатора (рТ) совпадал с рН в точке эквивалентности (при этом достигается максимально возможная точность титриметрических определений).

3.196. Как называется разница в значениях рН в точке эквивалент- ности и в конечной точке титрования?

Пояснения к заданию 3.196

Если рН в конечной точке титрования с данным индикатором не

совпадает с рН в точке эквивалентности, но интервал перехода окраски индикатора попадает в область скачка на кривой титрования, то

возникает так называемая индикаторная ошибка, значение которой должно быть на порядок меньше допустимой погрешности анализа.

3.197. В каком интервале значений рН наблюдается переход окраски индикатора метилового оранжевого?

3.198. В каком интервале значений рН наблюдается переход окраски индикатора фенолфталеина?

Пояснения к заданиям 3.197, 3.198

Свойства кислотно-основных индикаторов представлены в спра-

вочниках в виде таблиц, например:

Индикатор

Интервал pH

Переход окраски

Метиловый зеленый

0,1–2,0

Желтая–зелено-голубая

Метиловый оранжевый

3,1–4,4

Красная–желтая

Метиловый красный

4,4–6,2

Красная–желтая

Бромтимоловый синий

6,0–7,6

Желтая–синяя

Фенолфталеин

8,2–10,0

Бесцветная–пурпурная

3.199. Какие из перечисленных кислотно-основных индикаторов меняют свою окраску при изменении pH раствора от 2 до 4: метиловый

зеленый (рН = 0,1–2,0); метиловый оранжевый (рН = 3,1–4,4); метиловый красный (рН = 4,4–6,2); бромтимоловый синий (рН = 6,0–7,6); фенолфталеин (рН = 8,2–10,0)?

3.200. Какие из перечисленных кислотно-основных индикаторов меняют свою окраску при изменении pH раствора от 6 до 8: метиловый

зеленый (рН = 0,1–2,0); метиловый оранжевый (рН = 3,1–4,4); метило- вый красный (рН = 4,4–6,2); бромтимоловый синий (рН = 6,0–7,6); фе- нолфталеин (рН = 8,2–10,0)?

3.201. Какие из перечисленных кислотно-основных индикаторов меняют свою окраску при изменении pH раствора от 7 до 9: метиловый

3.202. Какие из перечисленных кислотно-основных индикаторов меняют свою окраску при изменении pH раствора от 4 до 6: метиловый

Пояснения к заданиям 3.199–3.202

В качестве примера рассмотрим метиловый оранжевый, интервал

перехода окраски которого

pH = 3,1 – 4,4.

Форма H

Ind

имеет красную окраску, проявляющуюся при рН < 3,1, а де-

протонированная форма Ind− окрашивает раствор в желтый цвет при рН > 4,4. В границах данного интервала будет наблюдаться смешанная оранжевая окраска различных оттенков. При изменении рН раствора: с 6 до 8 окраска индикатора не меняется, оставаясь желтой; с 2 до 4 (или с 3 до 6) наблюдается изменение окраски индикатора – из розово-красной в оранжевую и из розово-красной в желтую соответственно.

3.203. До образования какого соединения можно оттитровать тел- луровую кислоту H6TeO6 (K1 = 2,410−8, K2 = 1,110

−11

, K3 = 1,010

−15

) рас-

твором гидроксида натрия?

3.204. До образования какого соединения можно оттитровать дити- оновую кислоту H2S2O6 (К1 = 6,310−1, К2 = 4,010−4) раствором гидроксида натрия?

3.205. До образования какого соединения можно оттитровать гер- маниевую кислоту H4GeO4 (К1 = 7,910

−10

, К2 = 2,010

−13

) раствором гид-

роксида натрия?

3.206. Возможно ли оттитровать фосфорную кислоту раствором гидроксида натрия до образования соли Na3PO4 (K1 = 7,110−3,

K2= 6,210−8, K3 = 5,010

−13

3.207. Возможно ли оттитровать раствором гидроксида натрия винную кислоту HOOCCH(OH)CH(OH)COOH (K1 = 910−4, K2 = 410−5) до образования кислой соли?

3.208. Возможно ли оттитровать фосфорноватую кислоту H4P2O6 раствором гидроксида натрия (рK1 = 2,20, рK2 = 2,81, рK3 = 7,27, рK4 = 10,03) до образования соли NaH3P2O4?

Пояснения к заданиям 3.203–3.208

В приведенных заданиях речь идет о титровании многопротонных

кислот, свойства которых можно охарактеризовать несколькими констан- тами диссоциации (Ка), соответствующими отщеплению каждого после- дующего протона в молекуле кислоты. Многопротонную кислоту можно рассматривать как смесь нескольких кислот с соответствующими константами Ка. Титрование кислоты возможно, если Kа ≥ 10−7 (рKа ≤ 7).

Ступенчатое же титрование (титрование каждой кислоты в смеси в отдельности) становится возможным, если последовательные Ка отличаются не менее, чем на четыре порядка, т. е. выполняется условие

аi

аi+1

≥ 104.

В противном случае обе кислоты (с константами Kаi и K

аi + 1

) всту-

пают в реакцию одновременно, и в продукте реакции замещаются сразу два протона. При этом продукт замещения одного протона в молекуле кислоты зафиксировать невозможно.

Пример. Определите, какое соединение образуется в результате

титрования теллуристой кислоты H2TeO3 (К1 = 2,710−3, К2 = 1,810−8) раствором гидроксида натрия.

Решение

Теллуристая кислота H2TeO3 – слабая двухпротонная кислота. По-

следовательное отщепление протонов от ее молекулы количественно характеризуется следующими константами диссоциации:

H2TeO3 + Н2О ↔ НТеО

−

+ Н3О+, К1 = 2,710−3,

НТеО

−

+ Н2О ↔ ТеО

2−

+ Н3О+, К2 = 1,810−8.

Титрование кислоты возможно, если Kа ≥ 10−7 (рKа ≤ 7), поэтому

титрование данной кислоты раствором гидроксида натрия возможно только по первой ступени с образованием NaHТeO3, так как К

> 10−7.

3.209. На титрование 20,0 мл раствора гидроксида натрия израсходовано 9,55 мл раствора хлороводородной кислоты с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,0967 моль/л. Вычислите молярную концентрацию эквивалента раствора гидроксида натрия.

3.210. На титрование 45,55 мл раствора хлороводородной кислоты израсходовано 23,36 мл раствора гидроксида калия с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,1500 моль/л. Вычислите молярную концентрацию эквивалента раствора кислоты.

3.211. На титрование 25,00 мл раствора щавелевой кислоты израсходовано 12,40 мл раствора NaOH с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,2000 моль/л. Вычислите молярную концентрацию эквивалента раствора кислоты.

3.212. На титрование 10,00 мл раствора хлороводородной кислоты израсходовано 10,80 мл раствора NaOH с молярной концентрацией

эквивалента, равной 0,1350 моль/л. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента раствора кислоты.

3.213. На титрование 25,00 мл раствора гидроксида калия израсходовано 21,05 мл раствора серной кислоты с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,1150 моль/л. Вычислите молярную концентрацию эквивалента раствора гидроксида калия.

3.214. На титрование 15,00 мл раствора гидроксида натрия израсходовано 12,40 мл раствора хлороводородной кислоты с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,2000 моль/л. Вычислите молярную концентрацию эквивалента раствора гидроксида натрия.

3.215. На титрование 20,00 мл раствора хлороводородной кислоты израсходовано 14,25 мл раствора гидроксида калия с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,1550 моль/л. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента раствора кислоты.

3.216. На титрование 15,00 мл раствора щавелевой кислоты израсходовано 15,90 мл раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,1250 моль/л. Вычислите молярную концентрацию эквивалента раствора кислоты.

3.217. На титрование 10,00 мл раствора фосфорной кислоты израс- ходовано 11,65 мл раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,1450 моль/л. Вычислите молярную концентрацию эквивалента раствора кислоты.

3.218. На титрование 20,00 мл раствора фосфорной кислоты израсходовано 18,25 мл раствора гидроксида калия с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,2100 моль/л. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента раствора кислоты.

Пояснения к заданиям 3.209–3.218

Молярная концентрация эквивалента раствора определяемого ве-

щества рассчитывается с использованием закона эквивалентов:

C 

Х∙ V(Х) = C 

R∙ V(R),

откуда

C 

Х=

C 󰇡



R󰇢  V

󰇛R󰇜

V(X)

100

где C 󰇡

Х󰇢 – молярная концентрация эквивалента определяемого ве-

щества, моль/л; C 󰇡

1 2

R󰇢 – молярная концентрация эквивалента титранта,

моль/л; V(X) – объем анализируемой пробы, мл; V(R) – объем титранта, пошедший на титрование пробы, мл.

Пример. На титрование 30,45 мл раствора хлороводородной кислоты израсходовано 25,36 мл раствора гидроксида калия с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,1255 моль/л. Вычислите молярную концентрацию эквивалента раствора кислоты.

Дано:

Найти:

V󰇛HCl

󰇜

=30,45 мл С 

HCl=?

C 

KOH=0,1255 моль/л

V(KOH) = 25,36 мл

Решение

В процессе титрования протекает реакция с передачей одного протона (z1 = z2 = 1):

НCl + KOH → KCl + H2O.

Молярная концентрация эквивалента раствора хлороводородной кислоты рассчитывается с использованием закона эквивалентов:

C 

HCl∙ V(HCl) = C 

КОН∙V(КОН),

откуда

C 

HCl=

C 󰇡

KOH󰇢 V

󰇛

КОН

󰇜

V󰇛HCl

󰇜

=

0,1255 моль/л ∙ 25,36 мл

30,45 мл

= 0,1045 моль/л.

3.219. Какой объем раствора хлороводородной кислоты с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,1000 моль/л, потребуется для титрования 20,00 мл раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,09990 моль/л?

3.220. Какой объем раствора хлороводородной кислоты с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,1550 моль/л, потребуется для

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]