Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Задачник
.pdf
81
Молярная концентрация NaOH в полученном растворе равна
С
2
NaOH =
n2(NaOH)
V
1
HCl + V1(NaOH)
=
7,00 ∙ 10–3 моль
80,0 ∙10–3 л
= 0,0875 моль/л.
Гидроксид натрия – сильное основание, в водном растворе диссо-
циирует практически полностью:
NaOH → Na+ + OH−,
при этом
[ОН−] = С2(NaОН),
соответственно,
рОН2 = −lg [ОН−] = −lg С2(NaОН).
Для раствора рН рассчитывается по формуле
рН2 = 14 − рОН = 14 + lg С2(NaОН) = 14 − 1,06 = 12,9.
3.148. Какая формула используется для расчета pH в растворах сла-
бых кислот?
Пояснения к заданию 3.148
Слабые кислоты диссоциируют в растворах частично, т. е. устанавливается равновесие, которое характеризуется соответствующей константой диссоциации (ионизации) кислоты – Ka. Для расчета pH в растворе слабой кислоты (НА) используется формула
pH =
1
2
∙ pKa –
1
2
∙ lg C (HA),
где С(НА) – молярная концентрация раствора кислоты, моль/л; рКа –
показатель константы кислотности (находится из справочника).
3.149. Молярная концентрация раствора уксусной кислоты CН3COOH
(pKа = 4,76) составляет 0,103 моль/л. Вычислите рН данного раствора.
3.150. Молярная концентрация раствора азотистой кислоты НNO2
(pKа = 3,29) составляет 0,154 моль/л. Вычислите рН данного раствора.
3.151. Молярная концентрация раствора трихлоруксусной кислоты
CCl3COOH (pKа = 1,66) равна 0,229 моль/л. Вычислите рН данного рас-
твора.
3.152. Молярная концентрация раствора муравьиной кислоты
НCOOH (pKа = 3,75) равна 0,150 моль/л. Вычислите рН данного раствора.
82
3.153. Молярная концентрация раствора синильной кислоты HCN
(pKа = 9,30) составляет 0,115 моль/л. Вычислите рН данного раствора.
Пояснения к заданиям 3.149–3.153
Слабые кислоты диссоциируют в водном растворе частично, при
этом устанавливается равновесие, которое характеризуется соответствующей константой диссоциации Kа:
Ка
НА ↔ Н+ + А−.
Для растворов слабых кислот рН рассчитывается по формуле
pH=
1
2
∙pKа–
1
2
∙lgC(HA),
где C(HА) – молярная концентрация кислоты в растворе, моль/л; рКа –
показатель константы кислотности (находится из справочника).
Пример. Молярная концентрация раствора муравьиной кислоты
НCOOH (pKа = 3,75) равна 0,126 моль/л. Рассчитайте рН данного раствора.
Дано:
С(НСООН) = 0,126 моль/л
рКа = 3,75
Найти:
рН = ?
Решение
Муравьиная кислота – слабая кислота и диссоциирует в водном
растворе частично:
Ка
НСООН ↔ Н+ + НСОО−.
Для раствора муравьиной кислоты рН рассчитывается по формуле
pH =
1
2
∙pK
а
–
1
2
∙lgC(HCOOH) =
1
2
∙3,75 –
1
2
∙lg 0,126 = 2,33
3.154. Молярная концентрация водного раствора диэтиламина
(С2Н5)2NН∙Н2О (рКb = 3,02) составляет 0,470 моль/л. Рассчитайте рН
данного раствора.
3.155. Молярная концентрация водного раствора этиламина С2Н5NН2
(рКb = 3,33) составляет 0,290 моль/л. Рассчитайте рН данного раствора.
3.156. Молярная концентрация водного раствора аммиака NH4ОН
(рКb = 4,76) равна 0,450 моль/л. Рассчитайте рН данного раствора.
83
3.157. Молярная концентрация водного раствора анилина С6Н5NН2
(рКb = 9,37) равна 0,785 моль/л. Рассчитайте рН данного раствора.
3.158. Молярная концентрация водного раствора метиламина
СН3NН2∙Н2О (рКb = 3,34) составляет 0,655 моль/л. Рассчитайте рН данного раствора.
Пояснения к заданиям 3.154–3.158
Слабые основания диссоциируют в водном растворе частично, при
этом устанавливается равновесие, которое характеризуется соответствующей константой диссоциации Kb:
Кb
ВОН ↔ В+ + ОН−.
Для растворов слабых оснований рН рассчитывается по формуле
pH = 14 –
1
2
∙ pKb +
1
2
∙ lg C(BОН),
где С(ВОН) – молярная концентрация раствора основания, моль/л;
рКb – показатель константы основности (находится из справочника).
Пример. Молярная концентрация раствора аммиака (pKb = 4,76) составляет 0,0100 моль/л. Вычислите рН данного раствора.
Дано:
С(NH4ОН) = 0,0100 моль/л
pKb = 4,76
Найти:
рН = ?
Решение
Аммиак NH4ОН – слабое основание и в водном растворе диссоциирует частично:
Кb
NH4ОН ↔ NН
4
+
+ ОН−.
Для раствора аммиака рН рассчитывается по формуле
pH = 14 –
1
2
∙ pKb+
1
2
lg C(NH4ОН) =14 –
1
2
∙ 4,76 +
1
2
–2,00 = 10,6.
3.159. рН раствора уксусной кислоты СН3СООН (рКa = 4,76) со-
ставляет 3,50. Вычислите молярную концентрацию раствора кислоты.
3.160. рН раствора муравьиной кислоты НСООН (рКa = 3,75) сост-
тавляет 2,35. Вычислите молярную концентрацию раствора кислоты.
3.161. рН раствора азотистой кислоты HNO2 (рКa = 3,29) равен 4,55.
Вычислите молярную концентрацию данного раствора.
84
3.162. рН раствора синильной кислоты HCN (рКa = 9,30) равен 4,86.
Вычислите молярную концентрацию данного раствора.
3.163. рН раствора дихлоруксусной кислоты CHCl2COOH (рКa = 1,30)
составляет 3,50. Вычислите молярную концентрацию данного раствора.
Пояснения к заданиям 3.159–3.163
Для растворов слабых кислот рН рассчитывается по формуле
pH=
1
2
∙pKа–
1
2
∙lgC(HA),
где C(HА) – молярная концентрация кислоты в растворе, моль/л; рКа –
показатель константы кислотности (находится из справочника).
Отсюда
lg C(HA) = pKa − 2pH,
C(HA) = 10
pKa–2pH
.
Пример. рН раствора синильной кислоты HCN (pKа = 9,30) составляет 4,10. Вычислите молярную концентрацию раствора кислоты.
Дано:
рН = 4,10
рКа = 9,30
Найти:
С(НCN) = ?
Решение
Синильная кислота – слабая кислота, в водном растворе диссоциирует частично:
Ка
HCN ↔ H+ + CN−.
Для раствора данной кислоты рН рассчитывается по формуле
pH=
1
2
∙pKа
1
2
∙lgC(HCN),
где C(HCN) – молярная концентрация кислоты в растворе, моль/л; рКа –
показатель константы кислотности (находится из справочника).
Отсюда
lg C(HCN) = pKa − 2pH = 9,30 − 2 · 4,10 = 1,10,
C(HCN) = 10
1,10
= 12,6 моль/л.
3.164. рН раствора анилина С6Н5NH2 (рКb = 9,37) составляет 8,85.
Вычислите молярную концентрацию раствора основания.
3.165. рН водного раствора аммиака NH4ОН (рКb = 4,76) равен 12,0.
Вычислите молярную концентрацию раствора основания.
85
3.166. рН водного раствора аммиака NH4ОН (рКb = 4,76) равен 11,6.
Вычислите молярную концентрацию данного раствора.
3.167. рН раствора диметиламина (CH3)2NH∙H2O (рКb = 3,27) со-
ставляет 10,2. Вычислите молярную концентрацию данного раствора.
3.168. рН раствора этиламина C2H5NH2∙H2O (рКb = 3,19) составляет
12,7. Вычислите молярную концентрацию раствора основания.
Пояснения к заданиям 3.164–3.168
Для растворов слабых оснований рН рассчитывается по формуле
pH = 14 –
1
2
∙ pKb +
1
2
∙lg C(BОН).
Молярная концентрация раствора слабого основания С(ВОН),
моль/л, рассчитывается по формуле
lg C(ВОН) = 2рН − 28 + рКb,
С(ВОН) = 10
2pH–28+pKb
.
Пример. рН раствора метиламина СH3NН2∙H2O (рКb = 3,34) равен
12,0. Вычислите молярную концентрацию данного раствора.
Дано:
рН = 12,0
рКb = 3,34
Найти:
С(СH3NН2) = ?
Решение
Метиламин – слабое основание и в водном растворе диссоциирует
частично:
Кb
СН3NН2 + Н2О ↔ СН3NН
3
+
+ ОН−.
Для раствора метиламина рН рассчитывается по формуле
pH = 14 –
1
2
∙ pKb+
1
2
∙ lg C(CH3NH2).
Отсюда
lg C(CH3NН2) = 2рН − 28 + рКb = 2 ∙ 12,0 − 28 + 3,34 = −0,660,
С(CH3NН2) = 10
−0,660
= 0,219 моль/л.
3.169. рН раствора муравьиной кислоты HCOOH (рКа = 3,75) объемом 2,00 л составляет 3,50. Рассчитайте массу кислоты в данном растворе.
86
3.170. рН раствора синильной кислоты HCN (рКа = 9,30) объемом 500 мл составляет 5,60. Вычислите массу кислоты в данном растворе.
3.171. рН раствора азотистой кислоты HNO2 (рКа = 3,29) объемом
1,00 л равен 3,20. Вычислите массу кислоты в данном растворе.
3.172. рН раствора уксусной кислоты CH3COOH (рКа = 4,76) объемом 2,00 л равен 3,50. Рассчитайте массу кислоты в данном растворе.
3.173. рН раствора бензойной кислоты C6H5COOH (рКа = 4,20) объемом 4,10 л равен 3,80. Рассчитайте массу кислоты в данном растворе.
Пояснения к заданиям 3.169–3.173
Для растворов слабых кислот рН рассчитывается по формуле
pH =
1
2
∙ pKа –
1
2
∙ lg C(HA),
где C(HА) – молярная концентрация кислоты в растворе, моль/л;
рКа – показатель константы кислотности (находится из справочника).
Отсюда
lg C(HA) = pKa − 2pH,
C(HA) = 10
(pKa − 2pH)
.
Масса кислоты в растворе рассчитывается по формуле
m(HA) = C(HA) ∙ V(HA) ∙ М(НА),
где С(НА) – молярная концентрация раствора кислоты, моль/л;
М(НА) – молярная масса кислоты, г/моль; V(HA) – объем раствора кислоты, л.
Пример. рН раствора синильной кислоты HCN (pKa = 9,30) объемом 100 мл составляет 4,10. Вычислите массу кислоты в данном растворе.
Дано:
рН = 4,10
рКa = 9,30
V(HCN) = 100 мл
Найти:
m(НCN) = ?
Решение
Синильная кислота – слабая кислота и в водном растворе диссоциирует частично:
Ка
HCN ↔ H+ + CN−.
87
Для раствора кислоты рН рассчитывается по формуле
pH=
1
2
pKa
1
2
∙lgC(HCN),
где C(HCN) – молярная концентрация кислоты в растворе, моль/л;
рКa – показатель константы кислотности (находится из справочника).
Тогда
lg C(HCN) = pKa − 2pH, C(HCN) = 10
(рКа − 2рН)
= 10
(9,30 − 8,20)
= 12,6 моль/л.
Масса кислоты в растворе рассчитывается по формуле
m(HCN) = C(HCN) ∙ V(HCN) ∙ М(НCN) =
= 12,6 моль/л ∙ 0,100 л ∙ 27,0 г/моль = 34,0 г.
3.174. Какое свойство является характерным для буферных раство-
ров?
3.175. Какой состав имеют буферные растворы с рН < 7?
3.176. Из каких веществ состоят буферные растворы с рН > 7?
Пояснения к заданиям 3.174–3.176
Буферные растворы – растворы, сохраняющие постоянное значение
рН при добавлении к ним растворов кислот и оснований. В качестве таких растворов обычно используются растворы слабых кислот и их солей
(сопряженных с ними оснований) или слабых оснований и их солей (сопряженных с ними кислот), например: СН3СООН + СН3СООNa – ацетатный буферный раствор. В состав этого раствора входят слабая уксусная
кислота и ее соль (ацетат натрия), поэтому раствор имеет кислую среду,
его рН < 7. Ацетат натрия, как и любая неорганическая соль, в растворе
диссоциирует на ионы Na+ и СН3СОО− (ацетат-ионы) – последние представляют собой сопряженное с уксусной кислотой основание:
СН3СООН ↔ Н+ + СН3СОО−.
кислота сопряженное
основание
Аналогично аммиачный буферный раствор с рН > 7 состоит из
смеси слабого основания NH4OH и его соли NH4Cl.
3.177. Приведите формулу для расчета pH кислого буферного рас-
твора.
88
Пояснения к заданию 3.177
Величина рН буферного раствора, образованного слабой кислотой
и ее солью, рассчитывается по формуле
pH=pKa– lg
С
кислоты
С
соли
,
где Kа – константа диссоциации (ионизации) слабой кислоты;
рКа = −lg Ка – показатель кислотности слабой кислоты; С
кислоты
и С
соли
–
соответствующие молярные концентрации слабой кислоты и ее соли
(сопряженного основания).
3.178. Рассчитайте рН буферного раствора объемом 500 мл, содержащего 0,250 моль муравьиной кислоты (рКа = 3,75) и 0,150 моль формиата натрия.
3.179. Рассчитайте рН буферного раствора объемом 300 мл, содер-
жащего 0,350 моль муравьиной кислоты (рКа = 3,75) и 0,255 моль формиата калия.
3.180. Рассчитайте рН буферного раствора, в 625 мл которого содержится 0,568 моль уксусной кислоты (рКа = 4,76) и 0,354 моль ацетата калия.
3.181. Рассчитайте рН буферного раствора, в 0,432 л которого содер-
жится 0,764 г уксусной кислоты (рКа = 4,76) и 0,155 моль ацетата натрия.
3.182. Рассчитайте рН буферного раствора, в 330 мл которого со-
держится 0,425 моль дигидрофосфата натрия и 1,24 г гидрофосфата
натрия (для фосфорной кислоты рКа1 = 2,15, рКа2 = 7,21 и рКа3 = 12,3).
Пояснения к заданиям 3.178–3.182
Для буферных растворов, состоящих из слабой кислоты и ее соли
(сопряженного основания), рН рассчитывается по формуле
pH= pKа lg
С
кислоты
С
соли
,
где
С
кислоты
=
n
кислоты
V
р-ра
,
С
соли
=
n
соли
V
р-ра
.
89
При подстановке последних выражений в формулу для расчета рН
последняя преобразуется следующим образом:
pH= pKа lg
n
кислоты
n
соли
,
где n
киcлоты
и n
соли
– количество, моль, слабой кислоты и ее соли (сопря-
женного основания) в растворе соответственно.
Пример 1. Вычислите рН буферного раствора объемом 0,750 л, со-
держащего 0,0700 моль уксусной кислоты (рКа = 4,76) и 0,0500 моль
ацетата натрия.
Дано:
V
р-ра
= 0,750 л
n(СН3СООН) = 0,0700 моль
n(СН3СООNa) = 0,0500 моль
рКа = 4,76
Найти:
рН = ?
Решение 1
В растворе находится ацетатный буферный раствор, который содержит слабую уксусную кислоту и ее соль:
Kа
СН3СООН ↔ Н+ + СН3СОО−,
СН3СООNa рН → Na+ + СН3СОО−.
Для этого буферного раствора рН рассчитывается по формуле
pH= pKа–lg
С
кислоты
С
соли
Молярная концентрация кислоты в растворе равна
С
кислоты
=
n(CH3COOH)
V
р-ра
=
0,0700 моль
0,750 л
= 0,0933 моль/л.
Молярная концентрация соли в растворе равна
С
соли
=
n(CH3COONa)
V
р-ра
=
0,0500 моль
0,750 л
= 0,0667 моль/л.
Для буферного раствора рН составляет
pH = pKa – lg
С(CH3COOH)
C(CH3COONa)
= 4,76 – lg
0,0933
0,0667
= 4,61.
90
Решение 2
Значение pH буферного раствора определяется, исходя из количеств присутствующих в нем веществ, по формуле
pH = pKa – lg
n(CH3COOH)
n(CH3COONa)
= 4,76 –lg
0,0700
0,0500
= 4,61.
Пример 2. Вычислите рН буферного раствора, в 0,520 л которого
содержится 0,750 г муравьиной кислоты (рКа = 3,75) и 0,0650 моль формиата калия.
Дано:
V
р-ра
= 0,520 л
m(НСООН) = 0,750 г
n(НСООК) = 0,0650 моль
рКа = 3,75
Найти:
рН = ?
Решение
В растворе находится формиатный буферный раствор, который содержит слабую муравьиную кислоту и ее соль:
Kа
НСООН ↔ Н+ + НСОО−,
НСООК → Na+ + НСОО−.
Для данного раствора рН рассчитывается по формуле
pH= pKа–lg
С
кислоты
С
соли
Молярная концентрация кислоты в растворе равна
С
кислоты
=
n(НCOOH)
V
р-ра
=
m(HCOOH)
MHCOOH
∙ V
р-ра
=
=
0,750 г
46,0 г/моль∙0,520 л
= 0,0313 моль/л.
Молярная концентрация соли в растворе равна
С
соли
=
n(НCOOК)
V
р-ра
=
0,0650 моль
0,520 л
= 0,125 моль/л.
Для буферного раствора рН составляет
pH = pKa – lg
С(НCOOH)
С(НCOOК)
= 3,75 – lg
0,0313
0,125
= 4,35.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]