Задача 3.38

Рассчитать величины константы гидролиза, степени гидролиза и водородного показателя водного раствора соли. Привести уравнения гидролиза в молекулярной и ионной форме. Как изменится значение водородного показателя раствора при указанном изменении его концентрации? Плотности всех растворов считать равными 10³ кг/м³ . Конкретные данные для решения задачи приведены в таблице.

№ задачи	Соль	Массовая доля, %	Изменение концентрации раствора
3.38	Нитрит натрия	10	Увеличение в 2 раза

Решение

1. Определим молярную концентрацию (С_м) 10%-го раствора NaNO₂, используя формулу:

С_м = 10×ω×ρ/М, (15)

где ω – массовая доля, %; ρ – плотность раствора, г/мл; ρ = 1,0 г/мл; М – молярная масса вещества, г/моль; М_(NaNO2) = 23 + 14 + 2×16 = 69 г/моль.

С_м = = 1,45 моль/л

2. Нитрит натрия NaNO₂ – соль слабой однооосновной угольной кислоты НNО₂ и сильного основания NaОН подвергается гидролизуется по аниону:

а) молекулярное уравнение реакции гидролиза:

NaNO₂ + Н₂О ↔ НNО₂ + NaOH;

б) ) полное ионно-молекулярное уравнение реакции гидролиза:

Na⁺ + NO₂^ + НОН ↔ НNО₂ + Na⁺ + OH^;

Сокращаем одинаковые ионы Na⁺ в левой и правой частях уравнения и получаем:

в) сокращенное ионно-молекулярное уравнение реакции гидролиза:

NO₂^ + НОН ↔ НNО₂ + OH^.

В растворе появляется избыток ионов ОН^-, поэтому раствор NaNO₂ имеет щелочную реакцию (рН>7).

3. Константа гидролиза определяется константой диссоциации образовавшейся слабой кислоты НNО₂:

К_г = , (16)

где К_w  – ионное произведение воды; К_w  = 10^-14; К_(НNО2) = 4,0×10^-4.

К_г = = 2,5×10^-11.

4. Находим степень гидролиза данной соли, используя формулы:

а) =4,15×10^-6;

б) = 0,415×10^-5 = 4,15×10^-6.

5. Рассчитаем концентрацию образовавшихся гидроксид-ионов в растворе по формуле:

[ОH^-] = α_г×С_м, (17)

[ОH^-] = 4,15×10^-6 ×1,45 = 6,02×10^-6 моль/л.

5. Расчет гидроксильного показателя раствора (рОН) проводим по формуле:

рОН = - lоg[ОH^-] = - lоg6,02×10^-6 = 5,22.

6. Определяем водородный показатель рН:

1-й способ

а) по выражению: рН + рОН = 14, откуда:

рН = 14 – рОН = 14 – 5,22 = 8,78.

2-й способ

а) Для растворов солей, образованных слабыми кислотами и сильными основаниями для определения рН применяют формулу:

рН = 7 + рК_а + lg C_b, (18)

где С_b = С_соли ; К_а - константа кислотности;

рК_а = - lоg К_а = - lоg 4,0×10^-4 = 3,4

.

рН = = 7 +×3,4 +×lg1,45 = 8,78.

Следовательно, рН = 8,78 (> 7) – среда раствора щелочная.

7. При увеличении концентрации NaNO₂ в 2 раза (1,45×2 = 2,90 моль/л) степень гидролиза уменьшиться в  раз, а величину рН определим по формуле (18):

рН₁ = 7 +×3,4 +×lg2,90 = 8,93.

Ответ: К_г = 2,5×10^-11;

α_г = 4,15×10^-6;

а) рН = 8,78;

б) pH₁ = 8,93.

Задача 4.18

Используя заданные в таблице значения квантовых чисел при n и l, характеризующих внешний (валентный) электронный слой элемента (Э), а также формулу его высшего оксида или гидроксида, определить этот элемент и записать его электронную формулу.

№ задачи	Значения квантовых чисел		Формула высшего оксида	Формула высшего гидроксида
	n	l
4.18	2	0,1	ЭО2

Решение

Значение главного квантового числа (n = 2) соответствует номеру периода, в котором расположен элемент. Значения орбитального квантового числа (l = 0 и 1) указывают на то, что валентными являются s и р электроны. Высшая валентность элемента, исходя из формулы его оксида, равна 4, т.е. элемент входит в четвертую группу периодической системы элементов.

Следовательно, этот элемент – углерод, порядковый номер (Z) которого равен 6. Так как число электронов в атоме того или иного элемента равно его порядковому номеру в таблице Д.И.Менделеева, то для данного элемента электронная формула имее вид:

а) в нормальном состоянии:

₆С 1s²2s²2p² или в сокращенном виде:[Нe]2s²2p²,

где 2s²2p² – валентные электроны;

б) в возбужденном состоянии:

₆С* 1s²2s¹2p³ или в сокращенном виде:[Нe]2s¹2p³,

где 2s¹2p³ – валентные электроны.