Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Сухарева ч 1.pdf
Скачиваний:
34
Добавлен:
09.04.2015
Размер:
768.67 Кб
Скачать

16

Число молей кристаллогидрата BaCl2•2H2O n(BaCl2•2 H2O), моль. Число молей безводной соли BaCl2 n(BaCl2), моль.

Определить:

Массу кристаллогидрата BaCl2•2H2O, которая необходима для приготовления раствора m(BaCl2•2H2O), г.

Объём воды, который необходим для приготовления раствора V(H2O), мл.

Решение:

Массу кристаллогидрата можно определить, используя очевидное равен-

ство: n(BaCl2•2H2O) = n(BaCl2)

Применение формулы (4) позволяет утверждать, что

 

m(BaCl2•2H2O) / М(BaCl2•2H2O) = m(BaCl2) / М(BaCl2)

B

m(BaCl2•2H2O) = m(BaCl2)•М(BaCl2•2H2O) / М(BaCl2).

(7)

Массу безводной соли определим по формуле (5):

 

m(BaCl2•2H2O) = ω•mp / 100% = ω•V•ρ / 100% =

 

= 2%•100 мл•1,016 г/мл / 100% = 2,032 г.

 

Вычислим массу кристаллогидрата по формуле (7):

 

m(BaCl2•2H2O) = m(BaCl2)•М(BaCl2•2H2O) / М(BaCl2) = = 2,032 г• 244 г/моль / 208 г/моль = 2,38 г.

Рассчитаем массу и объём воды, которые необходимы для приготовления раствора:

m(H2O) = mр - m(BaCl2•2H2O) = V•ρ - m(BaCl2•2H2O) = 100 мл•1.016 г/мл – 2,38 г = 99,22 г

V(H2O) = m(H2O) / ρ(H2O) = 99,22 г / 1 г/мл. = 99,22 мл. Ответы: m(BaCl2•2H2O) = 2,38 г; V(H2O) = 99,22 мл.

Задание в)

Определите объём 30%-ного раствора серной кислоты (ρ = 1,220г/мл) и объём воды, которые необходимы для приготовления 150мл 9%-ного раствора серной кислоты (ρ = 1,059г/мл). Плотность 9%-ного раствора серной кислоты определена по таблице А.1 (Приложение А).

Введём необходимые обозначения:

Массовая доля серной кислоты в концентрированном растворе ω1 = 30%. Плотность 30%-ного раствора серной кислоты – ρ1 = 1,220г/мл. Массовая доля серной кислоты в разбавленном растворе ω2 = 9%. Объём 9%-ного раствора серной кислоты V2 = 150мл.

Плотность 9%-ного раствора серной кислоты – ρ2 = 1,059г/мл. Определить:

Объём 30%-ного раствора серной кислоты V1 =?

Объём воды, который необходим для приготовления раствора V (Н2О) =?

Решение:

В задачах, связанных с разбавлением и выпариванием воды из заданного раствора, необходимо учесть главное: масса растворённого вещества в этих процессах не изменяется. В условиях данной задачи:

 

 

17

 

 

 

mв1 = mв2,

 

где mв1

- масса Н2SO4

в 30%-ном растворе;

 

mв2

- масса Н2SO4

в 9%-ном растворе

 

Преобразуем полученное равенство, применяя формулы (5) и (6):

 

 

 

ω1 •V1• ρ1 = ω2 •V2• ρ2.

(8)

Рассчитаем объём 30%-ного раствора серной кислоты из уравнения (8): V1 = ω2•V2•ρ2 / ω1•ρ1 = 9%•150 мл•1,059 г/мл / 30%•1,220 г/мл = 39,06 мл.

Плотности 9%-ного и 30%-ного растворов серной кислоты отличаются друг от друга, поэтому объём воды для разбавления нельзя получить вычитанием объёма концентрированного раствора серной кислоты из объёма разбавленного раствора серной кислоты. Объём – величина неаддитивная. Объём воды для разбавления определим, рассчитав её массу (m(Н2О)),- это разница масс 9%- ного (mр2) и 30%-ного растворов (mр1) серной кислоты. Массы этих растворов рассчитаем по формуле (6)

mр1 = V1•ρ1 = 39,06 мл•1,220 г/мл = 47,65 г mр2 = V2•ρ2 = 150 мл•1,059 г/мл = 158,85 г

m(Н2О) = mр2 — mр1 = 158,85 г — 47,65 г = 111,20 г

Для определения объёма воды (V(Н2О)) применим формулу (6):

V(Н2О) = m(Н2О) / ρ(Н2О) = 111,20 г / 1 г/мл = 111,20 мл. Ответы: V1 = 39,06 мл; V(Н2О) = 111,20 мл.

3 ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИИ. ДИССОЦИАЦИЯ ВОДЫ. ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ

12Вещества, проводящие электрический ток в водных растворах называются электролитами. Вещества, не проводящие электрический ток, называются неэлектролитами. Распад молекул электролитов на ионы под влиянием воды называют электролитической диссоциацией. Для количественной характеристики процесса диссоциации пользуются понятием степень диссоциации (α), которая равна отношению числа молекул, распавшихся на ионы, к общему числу молекул электролита в растворе. По степени диссоциации электролиты подразделяют на сильные (α = 1) и слабые (α < 1). Концентрации ионов в растворе сильного электролита рассчитывают в соответствии с уравнением его диссоциации. Например, молярные концентрации ионов водорода и нитрат – ионов в растворе азотной кислоты будут равны молярной концентрации кислоты в этом растворе.

13Диссоциация слабой кислоты обратима. Например, в растворе азотистой кислоты устанавливается равновесие: НNО2 ↔ Н+ + NО2 , которое характеризуется константой равновесия (константой диссоциации КД):

КД = [Н+][NО2 ] / [НNО2]

(9)

где [Н+] и [NО2 ] – равновесные молярные концентрации ионов водорода и нитрит – ионов, моль/л;

[НNО2] - равновесная молярная концентрация азотистой кислоты, моль/л. Если исходная концентрация НNО2 равна С, то очевидно:

18

+] = [NО2 ] = α •С и [НNО2] = 1 - α • С

 

Подставляя выражение для [Н+], [NО2 ] и [НNО2] в уравнение (9), получим

КД = α2•С2 / С - α • С = α2•С / 1 – α

(10)

Если α << 1, то α =

КД

(11)

С

+] = [NО2 ] = КД ×С

(12)

Формулу (11) применяют, если соблюдается условие С / КД > 100. При С / КД < 100 расчёты ведут с применением полного квадратного уравнения, кото-

рое в данном курсе не рассматривается. Например, необходимо рассчитать концентрацию ионов водорода и нитрит – ионов в децимолярном растворе НNО2, т.е. С(НNО2) = 0,1моль/л. Определяем отношение С / КД. Константу диссоциации КД находим по таблице (Приложение А, таблица А-2). (КД = 5,1•10-4). Таким образом, С / КД = 10-1 / 5,1•10-4 = 196. Так как 196 > 100, применяем для

решения формулу (11)

+] = [NО2 ] = КД ×С = (5,1•10-4•10-1)1/2 = 7,14•10-3 моль/л.

14Диссоциация воды. Вода незначительно, но диссоциирует на ионы:

Н2О ↔ Н+ + ОН .

Константа диссоциации воды равна:

КД = [Н+] • [ОН ] /.[Н2О] = 1,8•10-16

(13)

Применение формул (3) и (4) для одного литра воды позволяет рассчитать молярную концентрацию воды:

2О] = n(Н2О) /.V(Н2О) = m(Н2О) / М(Н2О)•V(Н2О) = = 1000г / 18г/моль•1л = 55,56 моль/л.

Подставляя рассчитанную величину [Н2О] в формулу (13), получим при

250С:

+] • [ОН ] = 10-14,

(14)

Произведение равновесных молярных концентраций водородных и гидроксидных ионов является при данной температуре постоянной величиной и называется ионным произведением воды (обозначается КW или КВ).

В нейтральной среде [Н+] = [ОН ] = Кw = 1014 = 10-7 моль/л (при 250). В кислой среде [Н+] > 10-7, в щелочной среде [Н+] < 10-7. Для удобства оценки кислых и щелочных сред пользуются водородным показателем (рН)- отрицательным десятичным логарифмом концентрации водородных ионов в моль/л.

рН = -lg [Н+]

(15)

В нейтральной среде рН = 7, в кислой среде рН < 7, в щелочной среде

рН > 7. Иногда пользуются термином «гидроксидный показатель» ,рОН:

 

рОН = -lg [ОН ].

(16)

Очевидно, что в любом водном растворе при 250С:

 

19

 

рН + рОН = 14

(17)

3.1 Вопросы к контрольному заданию

а) Определите рН 0,5%-ного раствора слабого электролита, указанного в пункте а) Вашего варианта. Плотности всех растворов считать равными 1г/мл. Константы диссоциации даны в приложении А (таблица А-2).

б) Определите массовую долю сильного электролита в растворе, указанного в пункте (б) Вашего варианта, с известным значением рН. Плотности всех растворов считать равными 1г/мл.

в) Определите рН в растворе, указанном в пункте в) Вашего варианта. Плотности всех растворов считать равными 1г/мл.

г) Определите рН в растворе, полученном при сливании двух растворов, указанных в пункте г) Вашего варианта. Плотности всех растворов считать равными 1г/мл.

Таблица 4 - Данные для расчёта рН растворов

№ за-

а)

б)

в)

г)

дачи

 

 

 

 

33

HF

KOH,

В 200мл раствора содержится

300мл 0,1М NaOH

 

 

11,0

0,1 моль ионов ОН¯

400мл 0,1М H2SO4

34

H2Те

HJ, 3,0

В 2л раствора содержится

100мл 0,2М Ca(OH)2

 

 

 

2,408·1023 ионов Н+

70мл 0,1М HNO3

35

H2Se

NaOH,

В 0,1%-ном растворе азотной

500мл 0,3М KOH

 

 

10,0

кислоты.

200мл 0,1М HJ

36

NH4OH

H2SO4,

В 1л раствора содержится

2л 0,1М Ba (OH)2

 

 

2,0

6,02·1022 ионов Н+.

2л 0,1М HNO3

37

HJO

HCl, 2,0

В 500мл раствора содержится

500мл 0,1М Ca (OH)2

 

 

 

1грамм гидроксида калия.

700мл 0,1М HCl

38

HClO

KOH,

В 0,5%-ном растворе соляной

1л 0,01М NaOH

 

 

11,0

кислоты.

1000мл 0,1М HBr

39

HNO2

HNO3,

В 1,5л раствора содержится

100мл 0,1М Ba (OH)2

 

 

3,0

9,03·1022 ионов ОН¯.

400мл 0,1М HClO4

40

H2CO3

Ba(OH)2

В 300мл раствора содержится

200мл 0,05М HBr

 

 

, 11,0

500мг гидроксида натрия.

200мл 0,3М Ca (OH)2

41

HCOOH

HBr, 2,0

В 0,1%-ном растворе серной

200мл 0,1М KOH

 

 

 

кислоты

100мл 0,1М H2SeO4

42

HNO2

HClO4,

В 50мл раствора содержится

300мл 0,2М Ca (OH)2

 

 

3,0

0.01грамм гидроксида натрия.

100мл 0,2М HJ

43

H3BO3

Ca(OH)2

В 0,3%-ном растворе гидроксида

200мл 0,5М KOH

 

 

, 10,0

натрия.

600мл 0,8М H2SO4

44

NH4OH

H2SeO4,

В 150мл раствора содержится

2л 0,1М Ba (OH)2

 

 

3,0

0,1 моль ионов ОН¯.

5л 0,1М HClO4

45

HBrO

Ba(OH)2

В 5л раствора содержится

500мл 0,6М LiOH

 

 

, 12,0

0,5 моль ионов Н+.

300мл 0,4М HCl

46

H3PO4

LiOH,

В 10л раствора содержится

1,6л 0,1М NaOH

 

 

11,0

3,01·1023 ионов Н+.

800мл 0,1М H2SO4

47

HCN

HNO3,

В 0,05%-ном растворе серной

10мл 0,3М LiOH

 

 

2,0

кислоты

20мл 0,5М H2SeO4

48

H2S

Ca(OH)2

В 100мл раствора содержится

450мл 0,01М Сa (OH)2

 

 

, 11,0

0,05 моль ионов ОН¯.

300мл 0,02М HCl

20

3.2 Пример решения контрольного задания (задача №48)

Задание а)

Определите рН 0,5%-оного раствора H2S,если плотность раствора составляет 1г/мл.

Введём необходимые обозначения: Массовая доля раствора H2S – ω(H2S) = 0,5 %. Плотность раствора H2S – ρ = 1г/мл. Определить:

Водородный показатель в растворе – рН.

Сероводородная кислота H2S - слабый электролит. Напишем уравнение диссоциации H2S в водном растворе и выражение константы диссоциации Кд1. Диссоциация по второй ступени протекает значительно слабее и концентрацией ионов водорода, образующихся по второй ступени диссоциации можно пренебречь.

H2S ↔ H+ + HS

 

Кд1 = [H+] • [HS ] / [H2S]

(18)

где [H+] или С(H+) – молярная концентрация ионов водорода в растворе,

моль/л;

 

[HS ] или С(HS ) – молярная концентрация гидросульфид-ионов в раство-

ре, моль/л;

 

[H2S] или С(H2S) – молярная концентрация сероводородной кислоты в

растворе, моль/л;

 

Очевидно, что [H+] = [HS ], следовательно:

 

Кд1 = [H+]2 /[H2S]; [H+] = КL

×[Н2 S].

Переведём массовую долю раствора H2S в молярную концентрацию: Допустим, имеется 100г 0,5 % раствора. Плотность раствора равна 1г/мл.

Объём раствора рассчитаем по формуле (6)

V = mp / ρ = 100г / 1 г/мл. = 100г

Масса вещества (mв), содержащегося в 100г раствора составит 0,5г. Рассчитаем по формуле (4) количество молей H2S (n(H2S)):

n(H2S) = mв / М(H2S) = 0,5 / 34,0 = 0,015моль.

Молярную концентрацию С(H2S) определим по формуле (3)

С(H2S) = n(H2S) / V = 0,015моль / 0,1л = 0,15моль/л.

Для определения концентрации ионов водорода и рН воспользуемся фор-

мулами (15) и (12)

[H+] = К Д ×[Н2 S] = 9,0 ×108 ×0,15 = 1,16•10-4 моль/л.

рН = -lg [Н+] = -lg 1,16•10-4 = 4 – lg 1,16 = 3,94.