Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сборник задач по химии. Учебное пособие
.pdf
Если эти условия не выполняются, то при смешивании растворов
Дано:
с
исх.
(HNO2) = 0,01 моль/дм3
K = 5,1·10-5
Решение
1. Уравнение диссоциации
азотистой кислоты:
HNO2 H+ + NO
2
-
.
Найти:
α , с(Н+)
.07,0
2
10
5
101,5
c
K
,
)(HNO
)H(
)(HNO
)NO( )(H
2
2
2
2
c
c
c
cc
K
.моль/дм 0007,010101,5)HNO(
325
2
)H(
cKс
электролитов не наблюдается никаких признаков реакции. В этом
случае образуется смесь ионов, например:
KCl + NaNO3 KNO3 + NaCl;
K+ + Cl- + Na+ + NO
-
K+ + NO
3
-
+ Na+ + Cl-.
3
Пример. Рассчитайте степень диссоциации и равновесную
концентрацию ионов водорода азотистой кислоты HNO2 в растворе с молярной концентрацией 0,01 моль/дм3, если константа
диссоциации кислоты K = 5,1·10-5.
2. Азотистая кислота является слабым электролитом и концентрация кислоты (c(HNO2) / K = 10-2 /5,1·10
константы диссоциации более, чем в 100 раз, поэтому следует
воспользоваться пользоваться приближенным уравнением закона
разбавления Оствальда K = α2с
3. Константа диссоциации азотистой кислоты
так как с(Н+) = c(NO-).
Концентрацию недиссоциированной (молекулярной) части
кислоты, если пренебречь диссоциированной частью, принимают
равной исходной концентрации электролита с(HNO2) = с
Рассчитывают концентрацию ионов водорода
Степень диссоциации можно также рассчитать по формуле
α = с(Н+) / с
Ответ: α = 0,07, с(Н+) = 0,0007 моль/дм3.
-5
= 196) больше
(HNO2).
исх.
(HNO2) = 0,0007 / 0,01 = 0,07.
исх.
111
Контрольные задания
NaHCO3 + HCl → ;
Pb(CH3COO)2 + Na2S → ;
CaCl2 + K2SO4 → ;
FeCl3 + KOH → ;
NaNO3 + RbOH → ;
Zn(NO3)2 + LiCl → ;
HNO2 + NH4OH → ;
NaOCl + HNO3 → ;
AI(OH)3 + H2SO4 → ;
Мg(ОН)2 + HCI → ;
(NH4)2S + NaOH → ;
FeCI3 + NH4OH → ;
Ва(ОН)2 + HNO3 → ;
AI2(SO4)3 + Ba(NO3)2 → .
1. Определите, какие реакции идут до конца и напишите
уравнения реакций в молекулярном и ионном виде:
а) CaCl2 + K2SO4 → …; б) FeCl3 + KOH → …;
в) NaNO3 + RbOH → …; г) Zn(NO3)2 + LiCl → …;
д) Na2CO3 + H2SO4 →…; е) (NH4)2SO4 + KOH→ … .
2. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые
выражаются ионными уравнениями:
-
NO
+ H+ = HNO2;
2
Cu2+ + 2OH- = Cu(OH)2;
Pb2+ + 2I- = PbI2.
3. Напишите уравнения реакций в молекулярном и ионном
виде между растворами следующих веществ:
4. Рассчитайте степень диссоциации уксусной кислоты в
растворе с молярной концентрацией 0,01 моль/дм3, если константа диссоциации кислоты K = 1,74·10-5.
5. Определите объем воды, который необходимо добавить
к 500 см3 раствора уксусной кислоты с молярной концентрацией
0,1 моль/дм3 (K = 1,74·10-5), чтобы степень диссоциации кислоты
увеличилась в два раза?
6. Рассчитайте константу диссоциации циановодородной
кислоты HCN, если степень ее диссоциации равна 2,8∙10-4 в растворе с молярной концентрацией кислоты 0,01 моль/дм3.
7. Какова концентрация ионов Pb+2 и Cl- в растворе хлорида
свинца (II) с молярной концентрацией 0,1 моль/дм3, если степень
диссоциации соли равна 0,55 (55 %)?
8. Рассчитайте молярную концентрацию раствора BaF2,
если степень диссоциации соли равна 0,30, а концентрация
ионов F- равна 0,01 моль/дм3.
112
5.5. Диссоциация воды. Водородный показатель
Дано:
c(HBr) = 0,001 моль/дм3
Решение
1. Уравнение диссоциации
бромоводородной кислоты:
HBr H+ + Br-.
Найти:
c(H+), c(OH-)
Вода является слабым электролитом (K (H2O) = 1,8·10
-16
),
который диссоциирует на ионы:
H2O H+ + OH- или, точнее, 2H2O H3O+ + OH-.
Произведение концентраций ионов водорода и гидроксильных
ионов называется ионным произведением воды (Kв):
Kв = c(H+) ∙ c(OH-) = 55,56 · 1,8·10
-16
= 10
-14
.
Растворы, в которых концентрации водород-ионов и гидроксид-ионов одинаковы и равны 10-7 моль/дм3, называются
нейтральными.
Растворы, в которых концентрация водород-ионов больше,
чем гидроксид-ионов c(H+) > c(OH-), называются кислыми.
Растворы, в которых концентрация водород-ионов меньше,
чем гидроксид-ионов c(H+) < c(OH-), называются щелочными.
Водородный показатель pH – отрицательный десятичный
логарифм концентрации водород-ионов: pH = - lg c(H+).
В нейтральных растворах: c(H+) = c(OH-) = 10
-7
моль/дм3,
поэтому pH 7.
В кислых растворах: c(H+) > c(OH-), т. е. c(H+) > 10
-7
моль/дм3,
поэтому pH < 7.
В щелочных растворах: c(H+) < c(OH-), т. е. c(H+) < 10
-7
моль/дм3,
поэтому pH > 7.
Пример 1. Вычислите концентрации водород-ионов и гидроксид-ионов в растворе бромоводородной кислоты с молярной
концентрацией равной 0,001 моль/дм3.
Так как HBr является сильным электролитом (α ≈ 1), то
с(HBr) = c(H+) = 10-3 моль/дм3.
2. Рассчитывают концентрацию гидроксид-ионов по урав-
нению c(OH-) = 10
Ответ: c(H+) = 10-3 моль/дм3; c(OH-) = 10
-14
/ c(H+) = 10
-14
/ 10-3 = 10
-11
моль/дм3.
-11
моль/дм3.
113
Пример 2. Определите pH раствора, 500 см3 которого со-
Дано:
V(р-ра HCl) = 500 см3
m(HCl) = 0,1825 г
Решение
1. Уравнение диссоциации
хлороводородной кислоты:
HCl H+ + Cl-.
Найти:
pH
моль. 005,0
5,36
1825,0
)(HCl
(HCl)
HCl)(
M
m
n
.моль/дм 01,0
5,0
005,0
)HCl ра-(р
(HCl)
(HCl)
3
V
n
c
держат хлороводородную кислоту массой 0,1825 г.
2. Определяют количество вещества HCl по формуле
3. Рассчитывают молярную концентрацию HCl в растворе
по формуле
Так как HCl является сильным электролитом (α = 1), то
c(H+) = с(HCl) = 0,01 моль/дм3.
4. Определяют pH раствора хлороводородной кислоты по
формуле pH = - lg c(H+) = - lg 0,01 = 2.
Ответ: pH = 2.
Контрольные задания
1. Концентрация ионов H+ в растворе равна 10-5 моль/дм3.
Определите pH и pOH этого раствора.
2. Водородный показатель раствора равен 8. Чему равны
концентрации ионов H+ и OH- в этом растворе?
3. Определите pH раствора, 250 см3 которого содержат гид-
роксид натрия массой 0,1 г.
4. Рассчитайте концентрацию гидроксид-ионов в растворе
серной кислоты с молярной концентрацией H2SO4 10-3 моль/дм3.
5. Концентрация ионов ОН- в растворе равна 10-9 моль/дм3.
Определите рН и рОН этого раствора.
6. Определите рН и рОН раствора HCl с молярной концен-
трацией равной 0,01 моль/дм3.
114
7. Молярная концентрация хлороводородной кислоты в
растворе равна 10-4 моль/дм3. Определите концентрацию водород-ионов и гидроксид-ионов в растворе.
8. Концентрация ионов Н+ в растворе равна 10-5 моль/дм3.
Определите рН и рОН этого раствора.
9. Водородный показатель раствора (рН) равен 8. Чему рав-
ны концентрации ионов Н+ и ОН- (моль/дм3)?
10. Рассчитайте рН и рОН раствора, если концентрация
ионов Н+ в растворе равна 10-9 моль/дм3.
11. Определите pH и pOH раствора KOH с молярной кон-
центрацией равной 10-3 моль/дм3.
12. В каком из растворов концентрация ионов водорода выше: в растворе HNO3 с молярной концентрацией 0,001 моль/дм3
(α = 0,95) или в растворе CH3COOH с молярной концентрацией
1 моль/дм3 (K (CH3COOH) =1,74 · 10-5)?
13. Определите pH раствора гидроксида калия с массовой
долей KOH 0,08 (плотность раствора KOH равна 1,072 г/см3).
14. Определите pH раствора, если в 250 см3 воды раствори-
ли 50 г хлороводородной кислоты HCl (плотность раствора кислоты равна 1,057 г/см3).
15. Определите pH и pOH раствора азотной кислоты с массовой долей HNO3 0,06 (плотность раствора равна 1,031 г/см3).
16. Вычислите концентрации водород-ионов и гидроксидионов в растворе уксусной кислоты CH3COOH с молярной концентрацией равной 0,001 моль/дм3.
17. Определите pH раствора, 250 см3 которого содержат му-
равьиную кислоту массой 1,15 г.
18. Рассчитайте pH раствора гидроксида аммония с моляр-
ной концентрацией 0,01 моль/дм3.
19. Сравните концентрацию ионов водорода в растворах
азотной и уксусной кислот, если их молярная концентрация одинакова и равна 0,001 моль/дм3.
20. Определите молярную концентрацию уксусной кислоты, если рН раствора равен 3,88.
21. Определите рН, если к 500 см3 раствора HCl с молярной
концентрацией 0,02 моль/дм3 добавили 0,8 г KOH.
115
5.6. Гидролиз солей
Ионы остатков оснований и кислот, на которые диссоциируют соли, могут связываться водород-ионами или гидроксидионами, на которые диссоциирует вода, с образованием малодиссоциируемых или малорастворимых в воде веществ. Обменная
реакция соли с водой, в результате которой образуется малодиссоциируемое или малорастворимое соединение, называется гидролизом солей.
Рассмотрим примеры гидролиза.
1. Соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой (CH3COONa, Na2CO3, KCN), подвергаются гидролизу (реакция среды щелочная) например:
CH3COONa + H2O CH3COOH +NaOH;
CH3COO- + Na+ + H2O CH3COOH +Na+ + OH-;
CH3COO- + H2O CH3COOH + OH-.
Как видно, ацетат-анион (CH3COO-) с ионом Н+ образует молекулу слабого электролита – уксусной кислоты (CH3COOH). В результате увеличивается концентрация гидроксид-ионов и раствор
становится щелочным (рН > 7).
Гидролиз солей, образованных сильным основанием и многоосновной слабой кислотой, может происходить ступенчато.
Однако в обычных условиях гидролиз практически ограничивается первой ступенью, например:
Na2CO3 + H2O NaHCO3 + NaOH;
2Na+ + CO
CO
2-
+ H2O Na+ + HCO
3
2-
+ H2O HCO
3
3
3
-
+ OH-.
-
+ Na+ + OH-;
И в этом случае реакция раствора щелочная.
2. Соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой (NH4Cl, Fe2(SO4)3, FeCl3), подвергаются гидролизу (реакция
среды кислая), например:
NH4Cl + H2O HCl + NH4OH;
+
NH
+ Cl- + H2O H+ + Cl- + NH4OH;
4
+
NH
+ H2O H+ + NH4OH.
4
В результате реакции в растворе накапливаются ионы Н+ и он
становится кислым (рН < 7). Гидролиз солей, образованных слабым многокислотным основанием и сильной кислотой, может
116
проходить ступенчато. Однако, как правило, он протекает по первой ступени с участием одной молекулы воды, например:
FeCl3 + H2O FeOHCl2 + HCl;
Fe+3 + 3Cl- + H2O FeOH2+ + 2Cl- + H+ + Cl-;
Fe+3 + H2O FeOH2+ + H+.
И в этом случае реакция раствора кислая.
3. Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой (CH3COONH4; Al2S3, (NH4)2CO3), очень легко подвергаются
гидролизу. Однако реакция раствора зависит от констант диссоциации продуктов гидролиза – кислоты и основания. Например,
CH3COONH4. Ионы этой соли одновременно связывают ионы Н+
и ОН-, смещая равновесие диссоциации воды:
CH3COONH4 + H2O CH3COOH + NH4OH;
CH3COO- + NH
+
+ H2O CH3COOH + NH4OH.
4
Константы диссоциации CH3COOH и NH4OH примерно равны,
поэтому раствор соли будет нейтральным (pH 7).
Однако реакция водного раствора (NH4)2CO3 – тоже соли
слабой кислоты и слабого основания – слабощелочная:
NH
+
+ CO
4
2-
NH4OH + HCO
3
-
,
3
так как константа диссоциации NH4OH больше константы диссоциации гидрокарбонат – аниона HCO
-
.
3
Реакция гидролиза – обратимый процесс. При нагревании
или разбавлении растворов солей гидролиз усиливается. Если
продукты гидролиза удаляются из сферы реакции, то гидролиз
протекает необратимо:
Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑.
Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой (NaCl, KNO3, Na2SO4), гидролизу не подвергаются. Например, KNO3 в растворе диссоциирует по уравнению:
KNO3 K+ + NO
-
.
3
Катион калия с гидроксид - ионами не образует слабого основания, так же, как и нитрат-анион NO
-
с ионами H+ не образует
3
слабой кислоты, поэтому равновесие диссоциации воды не нарушается (pH7).
Гидролиз солей происходит только в том случае, когда в
состав соли катион слабого основания или анион слабой кислоты
(или одновременно оба).
117
Контрольные задания
1. Какие из перечисленных ниже солей подвергаются гид-
ролизу: NaCN, KNO3, KOCl, NaNO2, CaCl2, ZnBr2, NaClO4, K2S?
Для каждой из гидролизующихся солей составьте уравнения гидролиза и укажите реакцию раствора.
2. Какие из солей подвергаются гидролизу: KCN; KCl;
Fe2(SO4)3; Na2SO4; KNO3; NH4Cl; CaSO4; NaNO2; K2CO3; NaCl;
FeCl3; K2SO4; CH3COONa; Ca(NO3)2; Al2S3; LiBr; CH3COONH4.
Составьте молекулярные и ионные уравнения их гидролиза.
3. Напишите уравнения гидролиза по каждой ступени для
следующих веществ: K2CO3; Fe2(SO4)3; AlCl3; CuBr2; Na3PO4; K2S.
4. В каких случаях гидролиз сульфата алюминия Al2(SO4)
усиливается, если к его раствору добавили следующие вещества:
а) Н2SО4; б) КОН; в) Na2SO3; г) ZnSO4? Составьте молекулярные
и ионные уравнения гидролиза соответствующих солей.
5. Какая из двух солей при равных условиях в большей
степени подвергается гидролизу: Na2СО3 или Na2SO3; FеСl3 или
FeCl2? Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза
этих солей.
6. Составьте ионно-молекулярное и молекулярное уравнения гидролиза, происходящего при смешивании растворов К2S и
СrС13, если каждая из солей гидролизуется необратимо до образования соответствующих основания и кислоты.
7. Добавление каких веществ усиливает гидролиз соли
FeCl3: НCl; КОН; Na2CO3; ZnCl2? Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза соответствующих солей.
8. Составьте ионно-молекулярное и молекулярное уравнения гидролиза, происходящего при смешивании растворов FeCl3
и Na2CO3, если каждая из солей гидролизуется необратимо до
образования соответствующих основания и кислоты.
9. Определите рН раствора карбоната калия K2CO3 с мо-
лярной концентрацией равной 0,01 моль/дм3.
10. Добавление каких веществ усиливает гидролиз соли
Al(NO3)3: HNO3; NaOH; K2SO4; KOH? Составьте молекулярные и
ионные уравнения гидролиза соответствующих солей.
3
118
Контрольные вопросы
1. Что такое растворы?
2. Какие растворы называются насыщенными и ненасы-
щенными?
3. Из каких стадий состоит процесс растворения?
4. Что такое гидраты, сольваты, кристаллогидраты?
5. Что называют растворимостью?
6. Какие существуют способы выражения состава растворов?
7. Что называется электролитами и неэлектролитами?
8. Почему электролиты проводят электрический ток?
9. Что такое катионы и анионы?
10. Каков механизм процесса электролитической диссоциа-
ции электролитов?
11. Что такое кислоты, основания и соли с точки зрения
теории электролитической диссоциации?
12. Почему растворы кислот имеют общие свойства?
13. Почему растворы оснований имеют общие свойства?
14. Как диссоциируют в водных растворах кислые, основ-
ные и комплексные соли?
15. Что такое амфотерные электролиты?
16. Что такое степень диссоциации электролита и от чего
она зависит?
17. Какие электролиты называются сильными и слабыми?
18. Как увеличить или уменьшить степень диссоциации
слабого электролита в растворе?
19. От чего зависит константа диссоциации?
20. При каких условиях реакции в растворах идут до конца?
21. Какие реакции называются ионообменными?
22. Какие ионы определяют кислотность и щелочность рас-
творов?
23. Что такое водородный показатель?
24. Как можно определить рН раствора?
25. Что такое ионное произведение воды?
26. Что такое интервал перехода окраски индикатора?
27. Что называют гидролизом?
28. Какие факторы усиливают гидролиз?
119
MgO
Al2O3
CO2
N2O
5
Mg = O
O
Al
O
Al
O
O
C
O
O
N = O
O
N = O
O
оксид
магния
оксид
алюминия
оксид
углерода (IV)
оксид
азота (V)
ГЛАВА 6. ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ
НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
6.1. Оксиды
Оксидами называются вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород в степени окисления -2. В оксидах атомы кислорода соединяются только с атомами других
элементов и не связаны между собой.
Графические формулы:
Номенклатура. Название оксидов элементов, имеющих по-
стоянную степень окисления, составляется из двух слов: оксид +
название элемента в родительном падеже: Li2O – оксид лития;
CaO – оксид кальция. Если элемент образует несколько оксидов,
то после названия элемента указывается его степень окисления
римской цифрой в скобках: SO – оксид серы (II); SO2 – оксид
серы (IV), SO3 – оксид серы (VI).
Классификация. По химическим свойствам оксиды делят-
ся на солеобразующие и несолеобразующие. Оксиды, которые
при химических реакциях образуют соли, называются солеобразующими: SO3 + Ca(OH)2 = CaSO4 + H2O.
Оксиды, которые не образуют солей, называются несолеобразующими. N2O – оксид азота (I), NO – оксид азота (II), CO - оксид углерода (II), SiO – оксид кремния (II). Солеобразующие оксиды делятся на основные, кислотные и амфотерные.
Основными называются оксиды, которым соответствуют
основания, например, таким оксидам, как Na2O, CaO, FeO, соответствуют основания NaOH, Ca(OH)2, Fe(OH)2. К основным окси-
120
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]