Обучающие задачи с решениями

1. Смешали два раствора: CaCl₂ и Na₂CO₃. Концентрация солей в каждом растворе равна 0,001 моль/л. Объемы смешиваемых растворов равны между собой. Образуется ли осадок при сливании данных растворов?

Решение:

CaCl₂+Na₂CO₃→CaCO₃+2NaCl

CaCO_3(тв)↔Ca²⁺+CO₃^2-_(р-р)(гетерогенное равновесие)

Условием образования осадка является соотношение П_с> К_s, где П_с- произведение концентраций ионов малорастворимого электролита;

К_s-константа растворимости (справочная величина);

К_s(CaCO₃)=3,8∙10^-9.

По условию задачи объемы сливаемых растворов равны, поэтому концентрация солей уменьшается в 2 раза:

П_с = ^-7моль/л.

Ответ: так как П_с> К_s, то осадок CaCO₃ образуется.

2. Вычислите массу серебра, содержащегося в виде ионов в насыщенном водном растворе цианида серебра объемом 500 мл.

Решение: гетерогенное равновесие:

AgCN_(тв) ↔ Ag⁺_(р-р)+ CN^-_(р-р)

К_s(AgCN) = 1,4∙10^-16(справочная величина)

Так как AgCN- бинарный электролит, то К_s=s²; где s- молярная концентрация насыщенного раствора,

S(AgCN) = = = 1,18∙10^-8моль/л;

S = C(AgCN), а [Ag⁺] =

m(Ag⁺) = [Ag⁺]М(Ag⁺)V(р-ра) = 1,18∙10^-8 108∙0,5 = 6,37∙10^-7г.

Ответ: 6,37∙10^-7г.

3. Растворимость Mg(OH)₂ в воде при некоторой температуре равна

1,8∙10^-4 моль/л. Вычислите К_s для Mg(OH)₂.

Решение: Mg(OH)₂- трехионный электролит:

Mg(OH)_2(тв)↔Mg²⁺_(р-р)+2OH^-_(р-р)

для которых К_s=4s³.

Следовательно, К_s(Mg(OH)₂) = 4∙(1,8∙10^-4)³ = 2,33∙10^-11.

Ответ: К_s(Mg(OH)₂) = 2,33∙10^-11.

4. Какие процессы будут происходить в растворе, содержащем равное количество ионов Cl^-, Br^-, I^-, при добавлении к нему катиону Ag⁺?

Решение: в растворе будут последовательно образовываться осадки. Так как К_s(AgI) = 8,3∙10^-17< К_s(AgBr) = 5,0∙10^-13< К_s(AgCl) = 1,8∙10^-10,

то первым выпадает осадок Ag⁺+I^- → AgI↓, затем Ag⁺ + Br^- → AgBr↓, и последним Ag⁺ + Cl^- → AgCl↓

Ответ: конкуренцию за общий ион выигрывает тот малорастворимый электролит, который более прочно связывается (меньшее значение К_s) ионом осадителя.

5. В растворе содержатся ионы Ca²⁺ и Sr²⁺. Что произойдет, если к раствору добавить сульфат-ионы? Как называется это явление и какова его биологическая роль?

Решение:

Ca²⁺ + SO₄²⁺ → CaSO₄↓ (1)

Sr²⁺ + SO₄²⁺ → SrSO₄↓ (2)

Так как К_s(SrSO₄) = 3,2∙10^-7 < К_s(CaSO₄) = 2,5∙10^-5,

то в конкуренции «выигрывает» процесс(2). Данное явление- конкурирующие гетерогенные процессы. При попадании стронция в организм человека он вытесняет кальций из его соединений в костях, развивается «стронциевый» рахит.

Ответ: в первую очередь образуется сульфат стронция.

Задачи для самостоятельного решения

Задача 1. Образуется ли осадок при смешивании насыщенного раствора с равным объемом растворас концентрацией 0,001 моль/л?

Ответ: ПC_i (5,0^.10^-6 >K_S (3,2^.10^-7), осадок образуется.

Задача 2. Растворимость при 35С равна 6,9моль/л. Вычислите константу растворимости этой соли.

Ответ:

Задача 3. Рассчитайте растворимость CaF в воде (в г/л), если K_S(CaF₂) =4,0 ^.10^-11

Ответ: S = 0,0166 г/л.

Тема 10. Протолитические процессы и равновесия Медико-биологическое значение темы

Вода является средой любого организма, поэтому все биохимические процессы, обеспечивающие его жизнедеятельность, протекают в воде или при ее участии. Большое значение для этих процессов имеет характер среды. В прямой зависимости от характера среды находится, например, деятельность микроорганизмов. Например, микроб кишечной палочки развивается в нейтральной среде. Фермент пепсин расщепляет пептидные связи в белках только в кислой среде желудочного сока (рН ≈ 1). Ферменты кишечного сока – трипсин и химотрипсин расщепляют белки в слабощелочной среде (рН 7,5 ÷ 8,0). Амилаза – фермент слюны, под действием которого крахмал гидролизуется до мальтозы, имеет оптимальную активность при рН = 6,7, что соответствует рН слюны.

Одним из важнейших свойств живых организмов является кислотно-основный гомеостаз – постоянство рН биологических жидкостей, тканей и органов. В таблице 1.10(смотри приложение) представлены значения рН некоторых биологических объектов. Из этой таблицы видно, что значения рН крови, спинно-мозговой жидкости, сок поджелудочной железы практически постоянны. Значения рН других биологических жидкостей может варьироваться в небольших пределах (моча, слюна, желчь и др.). Кислотно-основный гомеостаз поддерживается буферными системами организма.

Постоянство значений рН важны и для природных сред: почвы, водоёмов, минеральных источников, океанических вод, атмосферных осадков и др. Экологическое кислотно-основное равновесие в природе – важный фактор здорового развития животного и растительного мира.

Таблица 9. Основные параметры, используемые для характеристики протолитических равновесий

Параметр	Обозначение, единица	Смысловое значение
Константа автопротолиза воды (ионное произведение)	= Н+][ОН-]= =const, [Н+][ОН-] = =1∙10-14 (при Т = 298 К)	Величина постоянная при данной температуре для воды и любых водных растворов, равная произведению концентрации ионов водорода и гидроксид- ионов.
Водородный показатель Мера активной кислотности	рН = рН = -lg	Количественная характеристика кислотности среды, равная отрицательному десятичному логарифму активной концент-рации свободных ионов водорода в растворе.
Гидроксильный показатель рOH	рОН = -lg[OH-], рОН + ρН = 14 (при 25оС)	Количественная характеристика щелочности среды, равная отрицательному логарифму активной концентрации гидрок-сид- ионов.
Активная кислотность в растворах сильных кислот	= f(Н+)С(1/Z К) f(Н+) – коэффи-циент активнос-ти катиона во-дорода, для раз-бавленных раст-воров f(Н+) =1	Зависит от концентрации кислоты и межионного взаимодействия, устанавливается измерением рН.
Активная кислотность в растворах слабых кислот	]=	Слабые кислоты присутствуют в растворах в ионизированной и молекулярной формах. Активная кислотность зависит от природы и концентрации слабого электролита.
Общая кислотность	[Н+]общ = + + [Н+]пот	Равна сумме молярных концентраций эквивалентов слабых кислот (потенциальная кислотность) и сильных кислот, содержащихся в растворе. Это общая концентрация кислот, которая устанавливается титрованием