Тема 3 «Розчини»

Завдання 1

Визначте осмотичний тиск 2 %-ного розчину глюкози при 0 ⁰С. Густина розчину 1035 г/дм³.

Розв’язання

Осмотичний тиск визначають за законом Вант-Гоффа

де с – молярність розчину (моль/м³);

R – газова стала ( );

T – абсолютна температура (за умовою T = 273 K).

Знайдемо молярність розчину. Якщо розчин 2 %-ний, то в 100 г розчину міститься 2 г глюкози, тоді в 1035 грозчину (в 1 л) міститься х г глюкози. Маємо пропорцію

Звідки х = 20,7 г.

Знайдемо, якій кількості речовини відповідає ця маса:

М – молекулярна маса глюкози.

Таким чином, маємо розчин глюкози, в 1 л якого міститься 0,115 моля речовини. Тобто, концентрація розчину становить 0,115 моль/л = 115 моль/м³. Підставляючи відомі величин до виразу для обчислення осмотичного тиску, маємо

Розмірність

Тобто, осмотичний тиск 2 %-ного розчину глюкози становить 261018 Па.

Завдання 2

Опишіть механізм дії та виведіть рН гідрокарбонатного буферного розчину, якій підтримує стале значення рН (крові людини).

Розв’язання

Буферний розчин – це розчин, здатний підтримувати сталу концентрацію іонів водню (рН) при додаванні певної кількості сильної кислоти або лугу, при розведенні та концентрування.

Розглянемо, чому буферні розчини протидіють додаванню сильних кислот, лугів, розведенню та концентруванню.

Для системи Н₂СО₃/NaHCO₃ можна записати

Якщо до цієї системи додати сильну кислоту, то іони Н⁺ будуть взаємодіяти з -іонами солі, та утворювати слабодисоційовану кислоту.

Із рівняння випливає, що сильна кислота замінюється еквівалентною кількістю слабкої кислоти. Згідно з законом розведення Освальда, підвищення концентрації слабкого електроліту знижує ступінь її дисоціації, в наслідок чого концентрація іонів Н⁺ у розчині буде змінюватися незначно, тобто рН суттєво не змінюється.

При додаванні до буферного розчину лугу:

Луг реагує з Н₂СО₃ та замінюється еквівалентною кількістю солі, іони зменшують дисоціаціюН₂СО₃,яка залишилася в розчині після добавлення невеликої кількістьNaOH.

Розрахунок рН.

Запишемо вираз для константи дисоціації Н₂СО₃

.

Із рівняння знайдемо рівноважну концентрацію іонів водню:

.

Прологарифмуємо та помножимо на (-1) обидві частини рівняння, маємо

.

–водневий показник.

–кислотний показник.

Отримуємо формулу для розрахунку

.

В зв’язку з тим, що рН буферного розчину залежить від співвідношення концентрацій солі та кислоти, то і при розбавленні, і при концентруванні цього розчину рН змінюватися не буде.

Тема 4 «Електрохімія»

Завдання 1.

Визначте напрям хімічної реакції

,

використовуючи значення стандартних електродних потенціалівполуелементів:

,

Розв’язання

Складемо гальванічний елемент для даної реакції. Відбувається окиснення атомів заліза

та відновлення іонів кадмію

В гальванічному елементі негативним буде залізний електрод, а позитивним – кадмієвий. Схема гальванічного елемента:

За значеннями стандартних електродних потенціалів розраховуємо ЕРС цього гальванічного елемента:

.

В зворотньому гальванічному елементі відбувається максимально корисна робота nFE, яка дорівнює зменшеннюенергії Гіббса:

де n – число електронів, які беруть участь в ОВР;

F – число Фарадея (9,65^.10⁴ Кл/моль);

Е – ЕРС гальванічного елемента.

Якщо початкові активності реагентів дорівнюють одиниці, то маємо

де Δ G⁰ – стандартна зміна енергія Гіббса,

Е⁰ – стандартна ЕРС.

В зв’язку з тим, що <0, то реакція може перебігати в гальванічному елементі в прямому напрямку самодовільно. Максимальна робота при цьому дорівнює зменшенню свобідної енергії Гіббса ( 7720 кДж).