ZbirnykZadach

8. До 0,4 дм3 0,2 М розчину СН3СООН додали 0,1 дм3 0,2 М розчину NaOH. Обчислити рН утвореного ацетатного буферного розчину.

Розрахуємо вихідні кількості речовин:

В Додатку 2 знаходимо значення константи йонізації ацетатної кислоти. KCH3COOH =1,74 10−5 . На основі отриманих даних розраховуємо рН утвореної буферної суміші (табл. 1.2):

pKCH3COOH = −lg(1,74 10−5 ) = 4,745 ;

9. Розрахувати ступінь дисоціації NН4OH в розчині, який одержують змішуванням 2 дм3 0,3 М розчину NН4OH і 1 дм3 0,15 М розчину NН4Сl.

Розрахуємо вихідні кількості речовин:

ν0 (NH4OH ) =0,3 2 =0,6 моль; ν0 (NH4Cl) = 0,15 1 = 0,15 моль

Загальний об’єм розчину після закінчення реакції збільшується, і, відповідно, змінюються концентрації основи і солі:

Vрозчину = 2 +1 = 3 дм3

C(NH4OH ) =ν(NH4OH ) = 0,6 = 0,2 М

Vрозчину 3

11

C(NH4Cl) =ν(NH4Cl) = 0,15 = 0,05 М

Vрозчину 3

В Додатку 2 знаходимо значення константи йонізації розчину NН4OН. KNH 4OH =1,74 10−5 . На основі отриманих даних розраховуємо ступінь

=1,74 10−5 =3,48 10−4 = 0,035% 0,05

10. Розрахувати рН розчину, в 0,4 дм3 якого міститься 0,015 моль

СН3СООН і 0,002 моль НСl.

В розчині присутні одночасно дві кислоти різної сили. Хлоридна кислота дисоціює повністю, а ацетатна – частково:

HCl → H + + Cl −

CH 3COOH ↔ H + + CH 3COO −

Припустимо, що в результаті дисоціації НСl рівновага дисоціації СН3СООН зсувається практично повністю в сторону моляризації. В такому випадку концентрація йонів водню, яка визначає рН, буде дорівнювати концентрації хлоридної кислоти:

C(HCl) = ν(HCl) = 0,002 = 0,005 М;

Vрозчину 0,4

C(HCl) =[H +]HCl =0,005 М; pH = 2,3

Для точнішого встановлення рН розчину розрахуємо концентрацію йонів водню, які утворюються в результаті дисоціації СН3СООН:

C(CH3COOH ) =ν(CH3COOH ) = 0,015 = 0,0375 М.

Vрозчину 0,4

12

В Додатку 2 знаходимо значення константи йонізації розчину СН3СООН.

KCH3COOH =1,74 10−5 . Тоді:

[H +]CH3COOH = KCH3COOH C(CH3COOH ) =

= 1,74 10−5 0,0375 =8,08 10−4 М

Сумарна концентрація [H+] дорівнює:

1.9. Задачі для самостійної підготовки

Значення густин і концентрацій кислот, необхідні для розв’язування задач, наведені в Додатку 1, а константи йонізації кислот і основ – в Додатку 2.

1.Скільки грамів натрій хлориду необхідно відважити для приготування

200 г 0,9%-ного розчину? (Відповідь: 1,8 г).

2.У 45 г води розчинено 5 г натрій ацетату. Знайти його масову частку

(%)в розчині. (Відповідь: ω(СH3COONa)=10 %).

3.Обчислити [H+], [ОH-] і рОН розчину, якщо його рН = 9,2. (Відповідь: [H+] = 6,3.10-10 М; [ОH-] = 1,6.10-5 М; рОН = 4,8).

4.В 50 cм3 ацетону (ρ = 0,79 г/см3) розчинено 5,5 г гексаціаноферату (ІІ) калію. Якою буде його масова частка (%) в розчині? (Відповідь: 12,22 %).

5.Скільки грамів натрій тетраборату Nа2B4O7·7H2O і води необхідно для приготування 200 г 10%-ного розчину? (Відповідь: m(Nа2B4O7·7H2O) = 32,53 г;

m(H2O) = 167,47 г).

6.Скільки грамів 15%-ного розчину НCl потрібно для взаємодії з 40 cм3

28%-ного розчину NН4OH (ρ = 0,898 г/мл)? (Відповідь: m(HCl) = 69,92 г)

7.Скільки грамів безводної сульфатної кислоти міститься в 5 cм3 її 0,05 н

розчину? (Відповідь: 0,01225 г).

8.Обчислити [H+], [ОH-] і рН 0,5 %-розчину NаОН (ρ~1 г/мл). (Відповідь: [H+] = 8.10-14 М; [ОH-] = 0,125 М; рН = 13,1).

9.Обчисліть нормальну концентрацію розчину сильної однокислотної основи, якщо її рН=10,2. (Відповідь: 1,58.10-4 М).

10.Обчислити [H+], [ОH-] і рН розчину, в 2,5 дм3 якого міститься 0,4 г

NаОН. (Відповідь: [H+] = 2,5.10-12 М; [ОH-] = 4.10-3 М; рН = 13,1).

11.Обчислити ступінь електролітичної дисоціації 0,5 М розчину фторидної кислоти. (Відповідь: 3,52 %).

13

12.Розрахувати константу дисоціації гідроксиду амонію, якщо ступінь дисоціації його 0,055 М розчину становить 1,78 %. (Відповідь: 1,74.10–5).

13.Обчислити концентрацію іонів водню і рН в 0,05 М розчині ацетатної кислоти. (Відповідь: [H+] = 9,3.10-4 М; рН = 3,03).

14.Обчислити [H+], [ОH-] і рН 0,03 М розчину пропанової кислоти

СН3СН2СООН . (Відповідь: [H+] = 6,36.10-4 М; [ОH-] = 1,57.10-11 М; рН = 3,2).

15.Обчислити [H+] і рН розчину, в 150 cм3 якого міститься 0,04 моль

СН3СООН і 0,02 моль СН3СООNa. (Відповідь: рН = 4,45; [H+] = 3,6.10-5 М).

16.Обчислити [ОH–] і рН розчину аміаку, в 0,25 дм3 якого міститься

0,05 моль NН4OH і 0,15 моль NН4Cl. (Відповідь: [ОH-] = 5,8.10-6 М; рН = 8,76).

17.Розрахувати рН розчину, в 0,5 дм3 якого міститься 0,05 моль КСN і

0,2 моль НСN. (Відповідь: рН = 8,61).

18.Обчислити рН 5 %-го розчину ацетатної кислоти (ρ~1 г/см3). (Відповідь: рН = 2,42).

19.При якій концентрації NН4OН він продисоціює на 15 %? (Відповідь:

С(NН4OН) = 2,1.10–4 моль/дм3).

20.Розрахуйте константу дисоціації НСООН, якщо його 0,025М розчин має рOН=11,32. (Відповідь: 1,9.10–4).

21.При якій концентрації бензоатної кислоти її рН = 2,2? (Відповідь:

С(С6Н5СООН) = 0,63 моль/дм3).

22.Скільки грамів ортофосфатної кислоти слід розчинити в 400 cм3 води,

щоб одержати розчин з рН = 2,1? (К1 Н3РО4 = 7,6·10-3). (Відповідь: 0,3250 г).

23.Змішано по 200 см3 0,1 моль/дм3 розчину ацетатної кислоти і гідроксиду натрію. Розрахувати рН цього розчину. (Відповідь: 8,73).

24.Обчислити [ОH-] і рН розчину, в 0,5 дм3 якого міститься 0,002 моль

H2S і 0,2 моль Nа2S (К1Н2S =1·10-7). (Відповідь: [ОH-] = 1.10–5 М; рН = 9).

25.Обчислити [H+], [ОH-] і рН 0,02 М розчину диметиламоній хлориду

(СН3)2NН·НСl (рК(СН3)2NН2ОН =2,97). (Відповідь: рН = 6,365; [H+] = 4,32.10–7 М; [ОH-] = 2,3.10–8 М).

26.Обчислити [H+], [ОH-] і рН 0,04 М розчину амоній хлориду. (Відповідь: [H+] = 4,8.10-6 М; [ОH-] = 2,08.10-9 М; рН = 5,32).

27.У скільки разів зміниться концентрація іонів водню в 0,3 М розчині метанової кислоти, якщо до 0,5 дм3 цього розчину додати 1 дм3 дистильованої води. (Відповідь: зменшиться у 1,73 рази).

28.Розрахувати рН і ступінь дисоціації 0,03 М розчину бензоатної кислоти. (Відповідь: рН = 2,86; α = 4,58 %).

29.Розрахувати ступінь дисоціації бензоатної кислоти і рН розчину, в 0,5 дм3 якого міститься 0,01 моль С6Н5СООН і 0,025 моль натрій бензоату. (Відповідь: α = 0,126 %; рН = 3,6).

14

30.Розрахувати ступінь дисоціації СН3СООН в розчині, який одержують змішуванням 0,5 дм3 0,15 М розчину СН3СООН і 0,25 дм3 0,03 М розчину

СН3СООNа. (Відповідь: 0,175 %).

31.Розрахувати [H+] і рН розчину, який одержують змішуванням 1 дм3

0,1 М розчину NH4Cl і 0,5 дм3 0,12 М розчину NаOH. (Відповідь: рН = 9,42; [H+] = 3,8.10–10 М; ).

32. Розрахувати [H+] і рН розчину, який одержують змішуванням 0,45 дм3

0,2 М розчину КОН і 0,3 дм3 0,03 М розчину НСl. (Відповідь: рН = 13,04; [H+] = 9,26.10–14 М).

33. Розрахувати [H+] і рН розчину, який одержують змішуванням 1,2 дм3

0,5 М розчину НСl і 0,4 дм3 0,5 М розчину КОН. (Відповідь: рН = 0,6; [H+] = 0,25 М).

34. Розрахувати [H+] і рН розчину, який одержують змішуванням 0,5 дм3

0,05 М розчину СН3СООН і 0,25 дм3 0,05 М розчину СН3СООNа. (Відповідь: [H+] = 3,44.10–5 М; рН = 4,46).

35. Розрахувати [H+] і рН розчину, який одержують змішуванням 0,3 дм3

0,15 М розчину СН3СООН і 0,2 дм3 0,05 М розчину КОН. (Відповідь: [H+] = 6,1.10–5 М; рН = 4,22).

2. КИСЛОТНО-ОСНОВНЕ ТИТРУВАННЯ

2.1. Закон еквівалентів

Титриметричний аналiз оснований на законі еквівалентів, вiдповiдно до

де С(А) і С(В) – концентрації речовин А і В, моль/дм3; V(А) і V(В) – об’єми речовин А і В, cм3;

M(A) – молярна маса речовини А, г/моль; m(A) - маса речовини А, г;

f(A) – фактор еквівалентності речовини А.

15

Молярну або нормальну концентрацiю розчину, приготованого у мiрнiй колбi з точної наважки речовини А, розраховують за формулою:

2.2.Розрахунок результатів титриметричного аналізу

1)У методах прямого титрування до розчину визначуваної речовини (А) безпосередньо додають титрант (В) з бюретки. В точці еквівалентності кількість моль визначуваної речовини А дорівнює кількості моль доданого титранту В:

ν(A) =ν(B) . (2.7)

Масу визначуваної речовини А розраховують за формулою 2.3.

2) У методах зворотнього титрування (метод залишків) використовують два стандартні розчини – основний та допомiжний. До розчину визначуваної речовини А додають значний надлишок основного стандартного розчину В, а потiм його непрореагований залишок вiдтитровують допомiжним стандартним розчином С. Тому:

3) Титрування замісника (непряме титрування ), полягає в тому, що до визначуваної речовини А додають спецiальний реагент, який кiлькiсно взаємодiє з нею, а потiм один з продуктiв реакцiї вiдтитровують стандартним розчином В. Оскiльки в даному способi титрування вiдтитровується продукт взаємодiї первинної реакцiї (промiжний продукт), то його можна виключити з розрахункiв шляхом алгебраїчного додавання стехiометричних рiвнянь. Результат аналізу обчислюють за формулою 2.3.

16

2. Гідроксильна похибка (δОН–) спостерігається при надлишку в розчині йонів ОН–, коли рТ > рНт.е.:

де V1 – початковий об'єм кислоти (лугу); V2 – об'єм розчину наприкінці титрування; С – молярна концентрація сильної кислоти (лугу).

3. Кислотна похибка (δНАn) спостерігається, коли в розчині є надлишок слабкої кислоти.

Якщо розчин недотитрований, то похибка має знак "–", якщо перетитрований – знак "+". Індикатор придатний для даного титрування, якщо розрахована величина індикаторної похибки є меншою, ніж 0,1 %.

2.4. Рівноваги в розчинах солей, що гідролізують

Гідроліз – хімічна взаємодія йонів солі і води, яка супроводжується утворенням молекул слабких кислот чи основ, а також кислих чи основних солей.

Процес гідролізу кількісно характеризується двома величинами: константою гідролізу Кгідр і ступенем гідролізу h.

Ступінь гідролізу h показує, яка частина від загального числа молекул

Солі, утворені сильними кислотами і сильними основами. Ці солі практично не гідролізують, рН ~ 7 (NaCl, KNO3).

Солі, утворені сильною основою та слабкою кислотою (CH3COONa, K2S, Na2SO3), гідролізують за аніоном, рН>7:

18

Солі, утворені слабкою кислотою і слабкою основою (CH3COONH4, (NH4)2CO3, Al2S3), гідролізують за катіоном і за аніоном, рН>7.

Константа гідролізу визначається залежністю:

Kгідр = K KWK (2.26)

HA B

Основні формули для розрахунку концентрацій йонів [Н+] та рН розчинів солей, які гідролізують, наведені в таблиці 1.2.

2.5.Питання для самостійної підготовки

1.Загальна характеристика кількісного аналізу.

2.Стандартизація розчинів титрантів.

3.Основні способи титрування.

4.Розрахунки в титриметричному аналізі.

5.Пряме, зворотнє титрування та титрування замісника.

6.Класифікація методів титриметричного аналізу.

7.Загальна характеристика та стандартні розчини методу кислотноосновного титрування.

8.Кислотно-основні індикатори, їх характеристики та методи вибору.

9.Точка еквівалентності і кінцева точка титрування.

10.Способи фіксування кінцевої точки титрування.

11.Криві титрування. Їх практичне застосування.

12.Стрибок титрування. Фактори, від яких залежить його величина.

13.Розрахунок індикаторних похибок титрування.

14.Гідроліз солей. Ступінь гідролізу.

15.Визначення рН водних розчинів солей, що гідролізують.

16.Способи зменшення ступеню гідролізу.

19

2.6. Приклади розв’язування задач

1. З 3,6780 г NH4Cl приготували 800 cм3 розчину. Розрахуйте для цього розчину нормальність, молярність, титр і титр за NaОH.

Для розчину амоній хлориду молярна концентрація дорівнює концентрації нормальній. Їх можна розрахувати за формулою 2.4:

За масою наважки амоній хлориду і об’ємом розчину розраховуємо титр:

Титр за NaОH визначаємо за формулою:

TNH 4Cl / NaOH = C(NH4Cl) M (NaOH ) f (NaOH ) 1000

TNH4Cl / NaOH = 0,08593 40 1 = 0,003437 г/cм3. 1000

2. Визначити молярну концентрацію НNO3, якщо на титрування 0,5112 н розчину К2СО3 за фенолфталеїном витрачено 18,00 см3 НNO3.

Калію карбонат, як двохосновна сіль, може бути відтитрований кислотою до КНСО3 або до СО2, тобто можливе фіксування двох точок еквівалентності.

В Додатку 2 знаходимо значення рК для Н2СО3 за І і ІІ ступенем дисоціації та розраховуємо значення рН в точках еквівалентності.

Iт.е. (титрування до КНСО3):

K2CO3 + HNO3 → KHCO3 + KNO3

Щоб зафіксувати цю точку можна використати як індикатор фенолфталеїн

(рТ = 9,1).

ІIт.е. (титрування до СО2):

KHCO3 + HNO3 → KNO3 +CO2 ↑ +H2O

В точці еквівалентності знаходяться Н2СО3, тому рН розраховуємо за формулою:

pHт2.е. = 12 pK1 − 12 lg Cк−ти = 12 6,5 − 12 lg 0,5112 =3,9

20