Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая химия. Часть I. Учебное пособие для самостоятельной подготовки студентов
.pdf
41
H
C
= 10–2 м/л.
OHH
CC
2
14
10
10
OH
w
OH
C
К
C
H
C
H
C
H
C
H
C
OHH
CC
10
14
10
10
H
w
OH
C
К
C
NaOH
ОH
CC
Концентрация ионов Н+ и концентрация ионов ОН– связаны ионным
произведением воды (Кw ):
Кw =
–14
= 10
(22 С). (12)
–12
= 10
м/л.
7. Какую молярную концентрацию имеет раствор НСℓ с рН = 5?
Решение
рН = – ℓq
= 5
= 10–5 м/л.
8. Какую молярную концентрацию имеет раствор NаОН с рН = 10?
Решение
рН = – ℓq
= 10
–10
= 10
м/л.
Концентрация ОН–-ионов в водном растворе связана с концентрацией
Н+-ионов ионным произведением воды (Кw ):
Кw =
–14
= 10
(22 С). (12)
= 10–4 м/л.
Считая диссоциацию NаОН полной:
NаОН = Nа+ + ОН–.
Концентрация ОН–-ионов будет равна концентрации NаОН в растворе, т. е.
= 10–4 м/л.
9. Раствор содержит 0,02 моля НСℓ и 0,02 моля СН3СООН в 1 л. Чему
равна концентрация ионов водорода Н+ (м/л) и рН раствора?
42
Решение
HCH
CC
H
C
НСℓ – соляная кислота, сильный электролит, поэтому она практически
нацело диссоциирует на ионы Н+ и Сℓ– : НСℓ = Н+ + Сℓ– .
СН3СООН – уксусная кислота, слабый электролит, поэтому она диссо-
циирует на ионы в слабой степени:
СН3СООН
СН3СОО–+ Н+ .
В присутствии сильного электролита НСℓ, имеющего общий ион (ион
Н+ ) с ионами Н+ , образующимися при диссоциации СН3СООН, диссоциация
СН3СООН будет значительно подавлена и концентрация ионов Н+ в растворе
будет преимущественно определяться только концентрацией ионов Н+ сильной кислоты НСℓ.
Следовательно,
= 0,02 м/л.
(поскольку НСℓ – кислота одноосновная)
рН = –ℓq
= –ℓq2 • 10–2 = 2 – ℓq2 = 2 – 0,3 = 1,7
10. Раствор содержит 0,01 моля Sr(ОН)2 и 0,01 моля Ва(ОН)2 в одном
литре раствора. Чему равна концентрация ионов гидроксида ОН– (м/л) и
рН раствора?
Решение
В водном растворе основания (щелочи) Sr(ОН)2 и Ва(ОН)2 практически
полностью диссоциируют на ионы:
Sr(ОН)2 = Sr
Ва(ОН)2 = Ва
2+
+ 2ОН– ,
2+
+ 2ОН–
Концентрация гидроксид-ионов (ОН– ) в растворе будет суммироваться
из концентрации ОН–-ионов основания Sr(ОН)2 и концентрации ОН–-ионов
основания Ва(ОН)2 . Поскольку диссоциация оснований протекает практически нацело, то концентрация ОН–-ионов, образуемая от каждого основания
будет равна удвоенной концентрации этого основания, т. е. 0,02 м/л. В сумме
концентрация гидроксид-ионов (ОН– ) в растворе будет
43
0,02 м/л + 0,02 м/л = 0,04 м/л.
H
C
H
C
OH
C
2
14
OH
W
H
104
10
C
K
C
H
C
OHH
CC
H
C
Водородный показатель (рН) – это десятичный логарифм концентрации
ионов водорода (Н+), взятый с обратным знаком:
рН = –ℓq
(13)
Концентрация ионов водорода Н+ и концентрация гидроксид-ионов ОН–
связаны ионным произведением воды:
КW =
= 10
–14
(22 С) (12)
Отсюда, зная концентрацию ОН– или Н+ -ионов, можно найти неизвестную концентрацию одного из этих компонентов.
–13
м/л
–13
= 13 –ℓq 2,5 = 13 – 0,4 = 12,6
рН = –ℓq
= 2,5 • 10
= –ℓq 2,5 • 10
11. Смешиваются равные объемы 0,2М НNО3 и 0,1М Са(ОН)2 . Вычис-
лите рН полученного раствора.
Решение
Напишем реакцию взаимодействия между НNО3 и Са(ОН)2 :
2НNО3 + Са(ОН)2 = Са(NО3 )2 + 2Н2О
0,2 м/л 0,1 м/л
Поскольку концентрация одноосновной кислоты (НNО3 ) в 2 раза выше,
чем концентрация двухкислотного основания (Са(ОН)2 ), и поскольку по
уравнению реакции 2 моля НNО3 реагируют с 1 молем Са(ОН)2 , то при смешивании растворов происходит полная нейтрализация раствора реакция сре-
ды должна быть нейтральной, так как
= 10–7 м/л и рН раствора
должен быть равен 7:
рН = –ℓq
= –ℓq10–7 = 7
12. Смешиваются равные объемы 3М КОН и 2М НСℓ. Вычислите рН
раствора.
44
Решение
OHH
CC
1
10
C
K
C
14
OH
W
H
H
C
40
11,0
Напишем реакцию взаимодействия между щелочью КОН и кислотой
НСℓ:
КОН + НСℓ = КСℓ + Н2О
3 м/л 2 м/л
Щелочь КОН – однокислотное основание, НСℓ – одноосновная кислота,
поэтому при реакции между 3 м/л КОН и 2 м/л НСℓ полной нейтрализации
раствора не происходит, и остается в растворе в избытке 1 м/л КОН.
Следовательно, концентрацию ионов водорода Н+ и концентрацию гидроксид-ионов ОН– в растворе, и рН раствора будет определять избыток КОН.
Щелочь КОН практически нецело диссоциирует в растворе:
КОН = К+ + ОН–
Таким образом, в водном растворе концентрация ОН–-ионов будет равна
концентрации КОН, т. е. 1 м/л. Концентрации ОН–-ионов и ионов Н+ связаны
ионным произведением воды КW.
КW =
= 10
–14
(22 С) (1)
отсюда
рН = –ℓq
= –ℓq10
13. Определить рН раствора, в 1 л которого содержится 0,1 г NаОН.
Диссоциацию щелочи считать полной.
Решение
Переведем данное количество щелочи NаОН из граммов в моли:
40 г NаОН – 1 моль;
0,1 г NаОН – х.
х =
= 2,5 • 10–3 м.
= 10
–14
–14
м/л
= 14
45
Следовательно, содержание NаОН в растворе 2,5 • 10–3 м/л. В водном рас-
OH
C
OHH
CC
3
14
OH
W
H
105,2
10
C
K
C
H
C
OH
C
OH
C
HOH
CC
4
14
OH
W
H
10
10
C
K
C
H
C
творе щелочь NаОН диссоциирует практически нецело на ионы Nа+ и ОН–:
NаОН = Nа+ + ОН–
Поскольку, концентрация NаОН равна 2,5 • 10–3 м/л, то концентрация ионов Nа+ и ОН– будет также равна 2,5 • 10–3 м/л:
С
NаОН
=
= 2,5 • 10–3 м/л.
Концентрация ОН–-ионов и концентрация Н+-ионов связаны ионным
произведением воды:
КW =
= 10
–14
(22 С) (12),
поэтому
–12
м/л.
–12
= 12 –ℓq 4 = 12 – 0,6 = 11,4.
рН = –ℓq
= 4 • 10
= –ℓq 4 • 10
14. рОН раствора равен 4. Какова концентрация ионов Н+ и концентра-
ция ОН–-ионов в растворе, и рН раствора?
Решение
рОН – это гидроксидный показатель концентрации ОН–-ионов в растворе, взятый с обратным знаком
рОН = –ℓq
Поэтому
= 4 (по условию)
= 10–4 м/л.
Концентрация ОН–-ионов и концентрация Н+-ионов связаны ионным
произведением воды КW:
КW =
= 10
–14
(22 С) (12),
отсюда
–10
= 10
м/л.
рН = –ℓq
= –ℓq10
–10
= 10.
46
15. Вычислите рН и константу ионизации 0,01 н раствора уксусной ки-
СООНСН
НСООСН
СООНСН
С
СС
К
3
3
3
13С
СС
К
СООНСН
СООНСН
К
3
СООНСН
К
3
H
C
H
C
СООНСН
C
3
H
C
слоты, в которой степень ионизации кислоты равна 0,042.
Решение
Уксусная кислота в водном растворе диссоциирует на ионы СН3СОО–
и Н+ :
СН3СООН
СН3СОО– + Н+ .
Напишем выражение константы ионизации уксусной кислоты
.
Обозначим концентрацию уксусной кислоты через С, а степень ионизации – через , тогда концентрация ионов СН3СОО– и Н+ выразится, как С и
С. Концентрация неионизированных молекул СН3СООН будет равна
С(1 – ). Подставим обозначения в уравнение константы ионизации
СН3СООН:
.
Поскольку СН3СООН – слабый электролит ( 0,03), то в знаменателе можно пренебречь, и константа ионизации выразится следующим образом:
= С2 .
Вычислим значение константы ионизации СН3СООН:
= 0,01 • (0,042)2 = 1,76 • 10–5 .
Концентрация ионов водорода
=
рН = –ℓq
= 0,01 • 0,042 = 4,2 • 10–4 м/л.
= –ℓq4,2 • 10–4 = 4 – ℓq4,2 = 4 – 0,62 = 3,38.
будет равняться:
16. Как надо изменить концентрацию ионов водорода в растворе, чтобы
рН раствора увеличился на единицу?
47
Решение
H
C
H
C
л
моль
10
10
2
ОН
ОНН
ОН
С
СС
К
2
2
ОН
К
2
рН = –ℓq
, чтобы увеличить рН раствора на единицу, необходимо
концентрацию ионов водорода Н+ уменьшить в 10 раз.
17. Как изменится рН воды, если к 10 л ее добавить 10–2 моля NаОН?
Решение
рН = –ℓq
Найдем концентрацию щелочи NаОН в растворе:
= 10–3 моль/л.
Поскольку можно считать диссоциацию NаОН полной, то концентрация
гидроксид-ионов в растворе будет равна также 10–3 моль/л. Если концентрация ионов ОН– в растворе увеличится на 10–3 моль/л, то концентрация Н+ионов уменьшится на 10–3 моль/л, согласно ионного произведения воды
(КW = 10
–14
) (12).
Следовательно, рН раствора увеличится на 3 единицы
18. Ионное произведение воды равно 10
социации воды (Н2О
Н+ + ОН– ).
–14
. Определите константу дис-
Решение
Запишем упрощенное уравнение диссоциации воды:
Н2О
Н+ + ОН–
Согласно закона действующих масс; константа диссоциации воды записывается:
,
где
– константа диссоциации воды;
48
ОНН
СС
– произведение концентрации ионов Н+ на концентрацию ОН–-
ОН
C
2
ОН
2
18
10001
56,55
10
14
2
2
ОН
ОНН
ОН
С
СС
К
1
1000
Mm
m
ионов, равное 10
–14
(22 С);
– концентрация недиссоциированных молекул воды.
Для вычисления константы диссоциации воды необходимо найти концентрацию недиссоциированных молекул Н2О. Если пренебречь ничтожно
малым количеством молекул воды, распавшихся при диссоциации на ионы Н+
и ОН– , то можно подсчитать молярную концентрацию Н2О в воде (моль/л).
1 л Н2О равен 1000 см3 воды, поскольку
= 1 г/см3 , то 1000 см3 будет
равна 1000 г. Находим молярную концентрацию Н2О (моль/л):
18 г Н2О – 1 моль;
1000 г Н2О – х.
х =
= 55,56 моль/л.
Далее вычисляем значение константы диссоциации Н2О;
= 1,8 • 10
–16
(22 С).
19. При одинаковой температуре замерзают речная и морская вода?
Решение
Благодаря большему содержанию солей морская вода будет замерзать
при более низкой температуре, поскольку понижение температуры замерзание раствора t по сравнению с температурой замерзания чистого растворителя (по закону Рауля) выражается уравнением (6):
t = КК
,
где КК – криоскопическая константа (для Н2О – 1,86);
m – масса вещества в растворе, г;
М – молярная масса вещества, г;
49
m1 – масса растворителя, г;
3
Масса растворенных веществ (m) в морской воде намного выше, чем
в речной воде, и поэтому морская вода будет замерзать при более низкой температуре, чем речная вода.
20. Почему в речной воде глаза «режет», а в морской воде это ощущение
отсутствует?
Решение
Значение осмотического давления внутриглазной жидкости меньше осмотического давления морской воды, а с другой стороны значение осмотического давления внутриглазной жидкости больше значения осмотического
давления речной воды, поэтому речная вода как бы оказывает дополнительное воздействие на глаза, стремясь как бы проникнуть во внутриглазную
жидкость, и выровнять осмотическое давление речной воды с осмотическим
давлением внутриглазной жидкости, что выражается в ощущении, как будто
глаза «режет».
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
43. Считая диссоциацию АgNО3 полной, вычислите концентрацию иона
NО
в 0,15 М растворе соли (м/л).
А 0,15; Б 0,30; В 0,45; Г 0,075; Д 0,05.
44. Слабая угольная кислота Н2СО3 диссоциирует в растворе ступенча-
то. Какая степень диссоциации будет в основном определять рН раствора?
А первая; Б вторая; В обе.
45. Считая диссоциацию SrСℓ2 полной, вычислите концентрацию иона
Сℓ– в 0,2 М раствора соли (М/л).
А 0,4; Б 0,6; В 0,2; Г 0,1; Д 0,8.
46. Раствор содержит 0,02 моля НВr и тоже количество молей Н2SО4 в 1
л раствора. Чему равна концентрация ионов водорода Н+ (М/л)?
50
А 0,02; Б 0,04; В 0,06; Г 0,08; Д 0,1.
2
4
2
4
47. Определите рН 0,01 н. раствора КОН.
А ℓg10–2; Б –ℓg10–2; В 14–ℓg10–2; Г 12; Д 2.
48. рН раствора равен 7. Вычислите концентрацию ионов гидроксида в
растворе (М/л).
А –ℓg10–7; Б ℓg10–7; В 10–7; Г е–7 .
49. Смешиваются равные объемы 0,05 М НВr и 0,04 М NаОН. Вычисли-
те рН полученного раствора.
А 2; Б 4; В 1; Г 6.
50. В растворе находятся 0,1 н Н3РО4 и 0,3 м Н2СО3 . Диссоциация какой
кислоты определяет рН раствора?
А Н3РО4; Б Н2СО3; В обеих.
51. Считая диссоциацию Аℓ2(SО4)3 полной, вычислите концентрацию
иона SО
в 0,1 м растворе соли (М/л).
А 0,033; Б 0,1; В 0,3; Г 0,5; Д 1,0.
52. Определите рН 0,001 н. раствора НСℓ.
А 0,001; Б 1; В 2; Г 3; Д 10.
53. Определите рН 0,001 н. раствора КОН.
А –2; Б 2; В –11; Г 11; Д 16.
54. Смешиваются равные объемы 3 М КОН и 2 М НСℓ. Вычислите рН
раствора.
А 14; Б 8; В 2; Г 4; Д 6.
55. Считая диссоциацию Сr2(SО4)3 полной, вычислите концентрацию
иона SО
в 0,1 М растворе соли (М/л):
а) 0,033; б) 0,1; в) 0,3; г) 0,5; д) 1,0.
56. Определите рН 0,0001 н. раствора NаОН:
а) 14 – ℓn10
б) 14 + ℓg10
в) 10 – ℓn10
–4;
–4;
–4;
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]