2971_ Программа и контрольные задания по химии
.pdfи л и к (н2 со3 ) = к1(Н2со3)'к2(Н2СО3) = 2.1-10 —17.
Константа диссоциации слабых электролитов по первой ступени всегда значительно больше константы диссоциации по второй ступени: Ki » К2, поэтому диссоциация многоосновных кислот и многокислотных оснований - процесс равновесный и записывают его обычно только по первой ступени.
Например:
Н2 С03 <=>ЬГ+ Н С 0 3 _ ;
Со(ОН)2 <=> СоОНГ + ОН\
Для слабых электролитов:
(7.1)
1 - а
где: Св - молярная концентрация электролита, моль/л а - степень диссоциации электролита - отношение числа его
молекул, распавшихся на ионы к общему числу молекул электроли-
та в растворе. |
|
|
Для электролитов, у которых а « 1 , |
К = а 2 С в , |
тогда |
а = — |
• |
(7.2): |
V C B |
|
|
Константы диссоциации слабых электролитов - величины табличные (табл. 7.1)
Таблица 7,1
Константы диссоциации некоторых слабых электролитов в водных растворах при 25°С
Электролит |
|
Константа диссоциации |
|
Название |
Формула |
||
|
|||
1 |
2 |
3 |
|
Азотистая кислота |
HNO2 |
4,0-10"4 |
|
Уксусная кислота |
СН3СООН |
1,8-10~5 |
110
|
|
Окончание табл. 7.1 |
1 |
2 |
3 |
Бромноватистая кислота |
НОВг |
2,06-10"9 |
Хлорноватистая кислота |
НОС! |
5,0-10"8 |
Циановодородная кислота |
HCN |
7,9-Ю"10 |
Гидроксид аммония |
NH4OH |
6,3-10"5 |
Электролиты, практически полностью диссоциирующие в воде, называются сильными электролитами (табл. 7.2).
Таблица 7.2
Сильные электролиты
1. Кислоты
НС1, HBr, HI, HNQ3, H2S04, HMn04, НСЮ4 и др.
2.Основания (гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов) LiOH, NaOH, КОН, RbOH, CsOH, Са(ОН)2, Sr(OH)2, Ва(ОН)2
3.Соли
Все растворимые соли, кроме: CdCl2, HgCI2, Fe(CNS)3, Pb(CH3COO)2
Например:
HC1 = ¥ t + СГ;
Са(ОН)2 = Са2+ + 20Н";
A12(S04)3 = 2А1+3 + 3S042";
Ва(НС03)2 = Ва+2 + 2НС03";
Zn0HN03 = ZnOH' + NO3".
Концентрация ионов, образующихся при диссоциации сильных и слабых электролитов рассчитывается по уравнению:
Сиона— Сэл.ха" Ot Пиона, |
(7.3) |
где Сэл-та - молярная концентрация электролита, моль/л;
111
а - степень диссоциации электролита (для разбавленных растворов сильных электролитов а=1, а для слабых электролитов а определяется по уравнению 7.2.
Пиона - число ионов данного вида образующихся при полной диссоциации одной молекулы электролита.
7.2. Произведение растворимости
Равновесие в насыщенном растворе малорастворимого электролита устанавливается между его осадком и перешедшими в раствор ионами:
Например:
Са3(Р04)2(к)<=>ЗСа2+(р) + 2Р043-(р);
тогда
К с = [ С а 2 + ] 3 [ Р О Г ] 2 = П Р С а з ( Р 0 4 ) 2 .
Таким образом, произведение концентрации (ПР) есть произведение концентраций ионов малорастворимого электролита, в его насыщенном растворе, в степенях их стехиометрических коэффициентов, ПР есть величина постоянная при данной температуре.
7.3. Ионное произведение воды. Водородный показатель
Вода, являясь слабым электролитом, в незначительной степени
диссоциирует: |
|
|
Н 2 0 < = > Н + + 0 Н " ; |
к |
[ 1 Т ] [ о ь г ] = 1 8 . 1 0 - . б ( Т = 2 5 о С ) |
Н2° |
[HjO] |
принимая концентрацию недиссоциированых молекул воды постоянной (55,55 моль/л),
112
получаем (ТГ]-[ОН ] = К н / ) • [Н20] и обозначая К Нг0 -[Н20] = К в получим [Н+] [ОН ~ ] = Кв , где Кв - ионное произведение воды.
К в = 1,8-10 -55,55 = 10" , моль л ( при 25иС);
[Н+] = [ОЬГ] = Ю-7 моль/л.
Кислотность или щелочность раствора можно выразить с помощью водородного показателя.
рН = - lg С я + ; |
рОН = -lg С о н _ ; |
рН + рОН = 14, тогда; |
||
рН = 7; |
С я + |
= 10"7 |
моль/л - нейтральный раствор; |
|
рН<7; |
С я + |
> 10"7 |
моль/л - кислый раствор; |
|
рН>7; |
С н . |
< 10'7 |
моль/л - щелочной раствор. |
|
Примеры решения задач
Уровень А
1. Указать пару правильных выражений ПР для следующих соединений: РЬС12 и Ag2S04.
а)ПРРЬС12 = [РЬ 2 + ] - [СГ] 2 ; |
nPAg2S04 = [Ag+ ]-[S0 2 " |
] 2 ; |
б) ПР РЬС1г = [РЬ2+ ]2 • [СГ ] 2 ; |
ПР AgiS04 = [Ag+ ]2 • [SO2 ' |
]; |
в ) П Р Р Ь а = [ Р Ь 2 + ] - [ С Г } 2 - , |
riPAg2S04 = [Ag + ] 2 - [S0 2 - |
]; |
Г)ПРРЬС12 = [РЬ2+]2 . [ С Г ] ; |
nPAg2S04 = [Ag+ ]"[S02 - |
] 2 . |
Р е ш е н и е
См. раздел 7.2.
Огвет:в)ГОи с / 2 = [ Р 6 2 + Н С Г ] 2 ; П Р ^ = [Ag+}2 • [SO2" ].
ИЗ
2. Указать пару правильных уравнений диссоциации и выражений констант диссоциации для следующих соединений: H2S, Fe(OH)2.
а) H2S = Н+ |
+ HS"; |
|
Fe(OH)2 = FeOH1" + ОН"; |
|
|
- |
t H + HHS'] . |
|
_ [FeOH+][OH |
] |
|
s ' |
[H2S] |
' |
^е(он> 2 ) - [Fe(OH)2 ] |
• |
|
б) H2S <=> H + + HS"; |
|
Fe(OH)2 <=> FeOH+ + OH"; |
|
||
|
[H+][HS~] |
|
K |
_ [FeOH+][OH~] |
|
|
|
|
|
[Fe(OH)2] |
|
в) H2S <=> H+ + HS"; |
|
Fe(OH)2 = FeOH+ + OH; |
|
||
|
[H+][HS'] |
|
K |
_ [FeOH+][OH~] |
|
= |
|
|
i(Fe(OH)2) |
[ F e ( oH) 2 ] |
' |
r) H2S = H+ |
+ HS"; |
|
Fe(OH)2 <=> FeObT + OH"; |
|
|
_[H+ ][HS-]. |
|
_ [FeOH+][OH~] |
|
||
|
[H2S] |
' |
i(Fe(OH)2) |
[Fe(OH)2] |
' |
Р е ш е н и е
Так как, H2S и Fe(OH)2 - слабые электролиты, то их диссоциация протекает равновесно по первой ступени (см. раздел 7.1).
Ответ:
б) H2S <=> Н + |
+ HS"; |
Fe(OH)2 <=> FeObT + ОН"; |
|
_ [H+][HS~]. |
|
_ [FeOH+I[OH-] |
|
, № S ) ~ |
[H2S] ' |
1(Fe(0H)2) |
[Fe(OH)2] ' |
114
3. Указать ряд в котором водные растворы всех соединений являются сильными электролитами:
а) А1(ОН)3; HCI; Na2 S04 ; б) Н2С03; СаС03; NaCl; в) HCI; AgN03; ZnCl2; г) NaOH; H2S; KN03 .
Р е ш е н и е
См. табл. 7.2.
Ответ: в) HCI; AgN03; ZnCl2.
Уровень В
1. Вычислить рН следующих водных растворов:
а) 0,02 М НС1; б) 0,2 М КОН.
Дано:
Сна = 0,02 М
Скон = 0,2 М
рН - ? рН - ?
Р е ш е н и е
a) НС1 = НГ + СГ ; |
P H = -lgC |
ся+ - СНс! а п
НС1 - сильный электролит, а = 1;
nИ + - число Н+, образовавшихся при диссоциации одной молекулы
HCI, пН = 1, тогда СИ„+ = Сна = 0,02 моль/л = 2 • 10"2 моль/л.
115
pH = -lg2 • 10"2 = - 0,3 + 2 = 1,7.
б) КОН = K+ + ОН";
рН = 14 - рОН; рОН = -lgC
КОН - сильный электролит, а = 1, п01{. - число ОН", образовавшихся при диссоциации одной
молекулы КОН, ri ОН = 1, тогда С он = Скон = 2 • 10"1 моль/л; рОН = -lg 2 • 10"' = 0,7;
рН= 14-0,7= 13,3.
Ответ: рН 0,02 М НС1 равно 1,7; рН 0,2 МКОН равно 13,3.
2. Вычислить рН 0,05 М водного раствора хлорноватистой кислоты (НОС1).
Дано:
СНОС| = 0,05 М рН - ?
|
Р е ш е н и е : |
|
НОС1 <=> Н+ + ОС1"; |
НОС1 - слабый электролит.; |
|
|
рН = - l g C ; С я + =С Н О с1 - а - п я + , |
пя + - |
число Н+ образовавшихся при диссоциации одной молекулы |
НОС1, |
п я + = 1 . |
116
|
а = |
К, |
|
|
V С НОС! |
KHOCI - константа диссоциации НОС1 (табл.7.1): |
||
K H O C I |
=5,0 • 10"8, тогда |
|
a = |
J ^ |
= 1 0 - 3 . |
|
\i 5 - Ю " 2 |
|
С я + = 5 • 10"' • 10"J |
• 1 = 5,0 • 10"s моль/л, |
|
тогда
рН = - lg5,0 • 10"5 = 4,3.
Ответ: рН 0,05 М НОС1 равно 4,3.
3. Определить произведение растворимости MgF2, если его растворимость в воде при 25°С равна 1,17 • 10"3 моль/л.
|
Р е ш е н и е : |
|
|
M g F 2 <=> Mg2+ + 2F; |
П Р Л ^ = [Mg2+ ] • [F"]2; |
|
|
[Mg2+] = CMgFi |
- a- % g 2 + ; |
[F-] = C ^ , • a • |
. |
MgF2 - сильный электролит, a = 1. |
|
|
|
Диссоциация MgF2 |
протекает по вышеприведенному уравнению: |
||
117
[Mg2+] = |
1,17 |
' lO"3 • 1 • 1 = 1,17 • 10'3 моль/л; |
||
[F"] = 1,17 • 10"3 • 1 • 2 = 2,34 • 10"3 моль/л. |
||||
Тогда |
|
|
|
|
ПРMgFl |
= |
1,17 |
' Ю"3 (2,34 |
• lO"3 )2 = 6,41 • lO"9. |
Ответ: ПР UgF^ |
=6,41 • 10"9. |
|
||
|
|
|
Задачи |
|
|
|
|
Уровень |
A |
7.1. Указать пару правильных выражений ПР для следующих со-
единений: АиС13 и Ag2S. |
|
|
а) ПР АиСЬ = [Аи3+ ] • [СГ ]3 ; |
ПРAgjS = [Ag+ ]2 |
-[S2 - ]; |
б)ПРАиС1з = [Аи3 + ]3 .[СГ]; |
ПРAgjS = [Ag+ ]2 |
• [S2_]2; |
в) ПР АцС1з - [Аи3+ ] • [СГ ]; |
ПРAg2S =[Ag + ] - [S 2 - ] 2 ; |
|
г)ПРАиС1з = [Аи3+]3 [СГ]3 ; |
ПРAgjS =[Ag+ ]-[S2 "]. |
|
7.2. Указать пару правильных уравнений диссоциации и выражений констант диссоциации для следующих соединений: NH4OH, НОС1.
а) NH4OH = NHLf + ОН"; НОС1 <=> FT + ОСГ;
К |
= [ N H ; ] [ O H - ] . |
|
= [ Н + ] [ 0 С Г ] |
NH4OH |
[ N H 4 O H ] - ' |
HOCI |
[ H 0 C 1 J |
б) NH4OH = NH4 + + ОН - ; |
HOCI = НГ + ОСГ; |
||
118
K |
= [ N H ; ] [ O H ] , |
|
|
_ [н+][осг] |
|
|
NH4OH |
[ N H 4 O H ] |
' |
H 0 C I |
[ H O C 1 ] |
в) NHLjOH <=> NH,+ + ОН"; |
HOC1 = H* + OC1' |
||||
|
_[NH4 + ][OH-] |
|
|
_ [H ][ОСГ] |
|
^ N H 4 O H - |
[ N H 4 0 H ] |
> |
H o c i |
[ H 0 C 1 ] |
|
r) NH4OH <=> NH4+ + OH"; |
HOCI <=> |
W + 0C1 j |
|||
|
_ [ N H ; ] [ O H - ] - |
, |
|
[Н+][0СГ] |
|
^nh4OH- |
[NH4 OH] |
' |
HOCI |
[HOCI] ' |
|
7.3. Указать ряд, в котором водные растворы всех соединений являются сильными электролитами:
а)CH3COONa; Сг(ОН)3; Н3Р04;
б) Fe(N03)2; HN03; |
ВаС12; |
|
в) КОН; |
A12(S04)3; |
Н2С03; |
г) H2Si03; |
HF; H2S. |
|
7.4. Указать пару правильных выражений ПР для следующих соединений: Со3(Р04)2 и Fe2S3.
а) ПРСа3«Р04)2 = [Са2+ ]3 • [РОГ ]2 ; |
ПРР е Д = [Fe2+ ]2 • [S2- ]3 |
|
б) ПРСаз(Р04)2 = [Са2+]• [РО;]2 ; |
ПРР е А = [Fe2+]2 • [S2~]. |
|
в) ПРСаз(Р04)2 = [Са2+ ]3 • [Р04- ]; |
ПРР е А = [Fe2+ ]3 • [S2" ]2 |
|
г) ПРСа3(Ро4)2 - [Са2+ ] • [РО2" ]2 ; |
ПР |
= [Fe2+ ] • [S2- ]3 |
7.5. Указать пару правильных уравнений диссоциации и выражений констант диссоциации для следующих соединений: CuOH, HN02.
а) СиОН <=> Си+ + ОН"; |
HN02 <=> H+ + NQ- . |
119