Теорії розчинів електролітів в аналітичній хімії Розділ 3 Хімічна рівновага в протолітичних реакціях

Приклади розв 'язку задач

Приклад 1. Знайти активності іонів Na⁺ та Cl^- у 0,01 М розчині NaCl.

Розв'язок. Іонна сила розчину

Коефіцієнти активності

Отже, активність іонів

Приклад 2. Визначити та для 0,01 М розчину HCl. ( концентраційне; термодинамічне)

Розв'язок.

Для визначення активності водневих іонів обчислимо спочатку іонну силу розчину

Беручи коефіцієнт активності f_Н+ = 0,89 знаходимо активність водневих іонів

При такій значній концентрації соляної кислоти (0,01 М) відносна помилка у розрахунку та складає

Із збільшенням концентрації іонна сила розчину зростає, у зв’язку з чим збільшується різниця між та . Навпаки, іззменшенням концентрації іонна сила розчину зменшується і коефіцієнт активності поступово наближа­ється до одиниці, тобто f 1.

В цих умовах

Приклад 3. Визначити та рН 0,0005 М розчину КОН (t =25 ^oC).

Розв'язок.

Обчислимо іонну силу розчину:

Коефіцієнт активності при будеf_Н+ = 0,97, тоді

Приклад 4. Визначити рН у 0,15 М розчині CH₃COOH .

Розв'язок. 0,15 >> 1.7510^-5, тобто , значить

,

звідки

Раніше було показано, що для слабких електролітів, коли C_НА значно більше, ніж К_НА, можна без втрати точності прийняти, що

При розв’занні прикладу вважали, що

Рівноважна концентрація оцтової(ацетатної) кислоти прирівнювалась до активності, тому що константа надавалась термодинамічна. Якщо при обчисленні рН в 0,15 М розчині оцтової кислоти провести за більш точною формулою, з урахуванням рівноважної концентрації [CH₃COOH], то розбіж­ність з величиною рН, що була обчислена раніше за спрощенною формулою, виявляється незначною:

При обчисленні за спрощенною формулою було знайдено, що рН=2,79. Значить, такі спрощення у розрахунках допустимі.

Приклад 5. До 9 см³ 0,5 М розчину оцтової кислоти додано 1 см³ 2Мрозчину ацетату натрію.Визначити рН отриманого розчину.

Розв'язок. Концентрація оцтової кислоти у розчині

Концентрація ацетату натрію:

Іонна сила розчину , а коефіцієнт активності .

Тоді активність Н⁺-іонів

Приклад 6. Визначення іонного складу розчину вугільної (карбонатної)кислоти

Розв'язок. Для дисоціації вугільної кислоти за першим ступенем

константа дисоціації

,

а для дисоціації за другим ступенем

константа дисоціації

,

Оскільки у даному випадку K₂ << K₁, то

У насиченому розчині при t = 25 ^oC

тому

Тепер розглянемо, як буде змінюватись активність іонів СО₃^2- у водних розчинах вугільної кислоти при зміні активності водневих іонів.

Перемножаючи значення констант дисоціації К₁ та К₂ отримаємо

Приймаючи до уваги, що,будемо мати:

Це співвідношення дає можливість обчислювати активності іонів СО₃^2- в залежності від активності іонів Н⁺ :

У загальному вигляді формула для обчислення у розчині дву­основної слабкої кислоти буде

Приклад 6.Обчислити рН буферної сумішіCH₃COOH+CH₃COONa, яка містить по 0,1молькожної речовини.

Показати, як зміниться рН при додаванні до 1 дм³ суміші:

а) 0,01 моль HCl;

б) 0,01 моль NaOH;

в) при розведені суміші водою у 100 разів.

Розв'язок. Оскільки для оцтової кислоти рК = 4,76 , маємо:

Якщо до 1 лцієї суміші додати 0,01моль HCl, то 0,01моль CH₃COONaперетворюється у рівне число молейCH₃COOH.

Отже

Подібним чином при додаванні до 1 дм³суміші 0,01моль NaOH рівну кіль­кість молейCH₃COOH буде перетворено уCH₃COONa:

При розведені розчину у 100 разів:

Таким чином, обчислення підтверджують здатність буферних сумішей підтримувати практично постійний рН при додаванні до них невеликих кількостей кислот або лугів, а також при розведені самого розчину.