Примеры решения задач 5 а) Ионное произведение воды. Водородный показатель

Пример 5.1 а. Концентрация ионов Н⁺ в растворе 6,5 ∙ 10^‾8 моль /л. Найти концентрацию ионов ОH^‾.

Решение. Исходя из ионного произведения воды, находим:

[ОH^‾] = 1,54 ∙ 10^‾7 моль /л.

Пример 5.2 а. Концентрация ионов ОН‾ в растворе 1,8 ∙ 10^-5 моль /л. Вычислить рН раствора.

Решение. Находим концентрацию ионов водорода, по значению ионного произведения воды:

[H⁺] = моль /л;

lg [H⁺] = lg 5,5 + (-10) = 0,74 + (-10) = -9,26.

Следовательно, рН = 9,26.

Пример 5.3 а. Вычислить концентрацию ионов [Н⁺] и [ОH^‾] в растворе, рН которго 6,2.

Решение. Согласно условию задачи -lg [H⁺] = 6,2. Следовательно,

lg [H⁺] = - 6,2 = . Этому логарифму соответствует число 6,3 ∙ 10^‾7.

Таким образом, [H⁺] = 6,3 ∙ 10^‾7 моль/л.

Из соотношения рН + рОН = 14 находим:

рОН = 14 – рН = 14 - 6,2 = 7,8.

Отсюда -lg [ОH^‾] = 7,8 или lg [ОH^‾] = -7,8 = .20. Данному значению логарифма соответствует значение [ОH^‾] = 1,59 ∙ 10^‾8.

Пример 5.4 а. Вычислить рН 0,01 н раствора уксусной кислоты, в котором степень диссоциации кислоты равна 0,042.

Решение. Концентрацию ионов водорода находим по формуле

[H⁺] = α ∙ С:

[H⁺] = 0,042 ∙ 0,01 = 4,2 ∙ 10^‾4 моль/л.

lg [H⁺] = lg 4,2 + (-4) = 0,62 + (-4) = -3,38.

рН = - lg [H⁺] = 3,38

Пример 5.5 а. Вычислить рН 0,26 н раствора синильной кислоты HCN. Константа диссоциации кислоты 7,2∙ 10^‾10.

Решение. По формуле [H⁺] = определяем концентрацию ионов водорода: [H⁺] = = 1,34 ∙ 10^‾5 моль/л.

lg [H⁺] = lg 1,34 + (-5) = 0,13 + (-5) = -4,87..

рН = - lg [H⁺] = 4,87.

Пример 5.6 а. К 100 мл 0,1 М раствора HNO₃ прибавили 2 мл 6 %-ного (по массе) раствора NaOH (ρ = 1,07 г/мл). Каким стал рН раствора?

Решение. Находим массу HNO₃, содержащейся в 100 мл раствора кислоты и массу щелочи, содержащейся в 2 мл раствора NaOH:

, отсюда m = C_M ∙ M ∙ V = 0,1 ∙ 63 ∙ 0,1 = 0,63 г.

, отсюда = г.

Между кислотой и щелочью протекает реакция нейтрализации:

HNO₃ + NaOH = NaNO₃ + H₂O. Определяем массу кислоты, вступившей в реакцию с 0,128 г NaOH:

63 г HNO₃ ─ 40 г NaOH

х г HNO₃ ─ 0,128 г NaOH х = 0,20 г.

Масса свободной кислоты, оставшейся в растворе после реакции нейтрализации, составляет: m₁ = 0,63 – 0,20 = 0,43 г. Объем раствора после смешивания равен 100 + 2 = 102 мл. Находим молярную концентрацию раствора:

моль/л. В растворах сильных кислот концентрация ионов Н⁺ равна концентрации кислоты. Следовательно, [H⁺] = 0,0669 моль/л, а

рН = -lg [H⁺] = -lg [0,0669] = 1,2

Примеры решения задач 5 б) Гидролиз солей

При составлении ионно-молекулярных уравнений гидролиза необходимо:

а) записать уравнение диссоциации соли;

б) определить природу катиона и аниона (найти катион слабого основания или анион слабой кислоты);

в) записать ионно-молекулярное уравнение реакции, учитывая, что вода - слабый электролит, и, что сумма зарядов должна быть одинаковой в обеих частях уравнения.

г) составить молекулярное уравнение реакции.

Пример 5.1 б. Составить ионно-молекулярные и молекулярные и уравнения гидролиза солей: а) KCN; б) Na₂SO₃; в) SnCl₂.

Решение. а) Цианид калия – соль слабой кислоты НCN и сильного основания КОН. При растворении в воде диссоциирует на ионы:

KCN = K⁺ + CN^‾

Катионы К⁺ не могут связывать анионы OH^‾, так как KOH – сильный электролит. Ионы CN^‾, связываясь с катионами H⁺ воды, образуют слабую кислоту HCN. Гидролиз идет по аниону слабой кислоты.

Сокращенное ионно-молекулярное уравнение:

CN^‾ + HOH ↔ HCN + OH^‾;

полное ионно-молекулярное уравнение:

CN^‾ + К⁺ + H₂O ↔ HCN + К⁺ + ОН^‾;

молекулярное уравнение: KCN + H₂O ↔ HCN + KOH .

В растворе появляется избыток ионов OH^‾, поэтому раствор имеет щелочную реакцию (pH > 7).

б) Сульфит натрия – соль двухосновной слабой кислоты H₂SO₃ и сильного основания NaOH, диссоциирует на ионы: Na₂SO₃ = Na⁺+ SO₃²⁻. Анионы слабой кислоты SO₃²⁻ связывают ионы водорода из воды, образуя анионы кислой соли HSO₃⁻.Соль гидролизуется по аниону.

Сокращенное ионно-молекулярное уравнение:

SO₃²⁻ + HOН ↔ HS^‾ + OH^‾;

полное ионно-молекулярное уравнение:

2Na⁺ + SO₃²⁻. + H₂O ↔ Na⁺ + HSO₃⁻ + Na⁺+ OH^‾;

молекулярное уравнение: Na₂SO₃ + H₂O ↔ NaHSO₃ + NaOH.

Появление избыточного количества ионов OH^‾ обусловит щелочную реакцию среды (pH > 7).

в) Хлорид олова – соль слабого двухкислотного основания Sn(OH)₂ и сильной кислоты HCl, диссоциирует на ионы: SnCl₂ = Sn²⁺ + 2Cl⁻. Гидролиз такой соли идет по катиону слабого основания по первой ступени с образованием катионов основной соли SnOH⁺.

Сокращенное ионно-молекулярное уравнение:

Sn²⁺ + HOH ↔ SnOH⁺ + H⁺;

полное ионно-молекулярное уравнение:

Sn²⁺ + 2Cl⁻ + H₂O ↔ SnOH⁺ + Cl⁻ + H⁺ + Cl⁻;

молекулярное уравнение: SnCl₂ + H₂O ↔ SnOHCl + HCl

В растворе накопились катионы водорода, которые создадут кислую реакцию среды (pH < 7).

Пример 5.2б. Какие продукты получатся при смешивании растворов AlCl₃ и Na₂S? Составить ионно-молекулярные и молекулярное уравнение реакции.

Решение. Соль AlCl₃ гидролизуется по катиону:

Al³⁺ + H₂O ↔ AlOH²⁺ + H⁺,

Na₂S – по аниону: S²⁻ + H₂O ↔ HS^‾ + OH^‾.

Образующиеся ионы H⁺ и OH^‾ связываются в молекулы слабого электролита H₂O, сдвигая гидролитическое равновесие вправо. Гидролиз идет до конца, с образованием Al(OH)₃ и H₂S. Ионно-молекулярные и молекулярное уравнения имеют вид:

Al³⁺ + 3S²⁻ + 6H₂O = 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑

2Al³⁺ + 6Cl^- + 6Na⁺ +3S²⁻ + 6H₂O = 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑ + 6Na⁺ + 6Cl⁻

2AlCl₃ + 3Na₂S + 6H₂O = 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑ + 6NaCl

Таким образом, продуктами гидролиза являются Al(OH)₃↓ и H₂S↑.

Задачи

5.1. а) Вычислить молярную концентрацию ионов Н⁺ по концентрации ионов ОН^‾, равной (в моль/л): а) 1,7 ∙ 10^‾6; б) 7,4 ∙ 10^‾11; в) 5,08 ∙ 10^‾5.

(Ответ: а) 5,9 ∙ 10^‾9 моль/л; б) 1,35 ∙ 10^‾4 моль/л; в) 1,97 ∙ 10^‾10 моль/л).

б) Какие из перечисленных ниже солей подвергаются гидролизу: КCN, KNO₃, CuCl₂, ZnSO₄? Cоставить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения, указать реакцию среды.

5.2. а) Найти молярную концентрацию ионов ОН^‾ в водных растворах, в которых концентрация ионов Н⁺ (в моль/л) равна: а) 6,5 ∙ 10^‾8; б) 10^‾4; в) 1,4 ∙ 10^‾12. (Ответ: а) 1,54 ∙ 10^‾7 моль/л; б) 10^‾10 моль/л; в) 7,14 ∙ 10^‾3 моль/л).

б) К раствору Cr₂(SO₄)₃ добавили раствор K₂S. Объяснить причину образования осадка. Составить соответствующие ионно-молекулярные и молекулярное уравнения.

5.3. а) Вычислить рН раствора, если концентрация ионов ОН^‾ равна (в моль/л): а) 2,52 ∙ 10^‾5; б) 1,78, ∙ 10^‾7; в) 10^‾11. (Ответ: а) 9,4; б) 7,25; в) 3.).

б) Какие из солей: K₂SO₄, Na₂SO_3, NH₄CN, LiCl, Fe₂(SO₄)₃ подвергаются гидролизу? Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей. Какое значение pH (>7<) имеют растворы этих солей?

5.4. а) Определить концентрацию ионов Н⁺ и ОН^‾ в растворах, рН которых равен: а) 3,2; б) 5,8; в) 11,4. (Ответ: а) 6,31 ∙ 10^‾4 моль/л; 0,16 ∙ 10^‾10 моль/л; б) 1,58 ∙ 10^‾6 моль/л; 0,63 ∙ 10^‾8 моль/л; в) 3,98 ∙ 10^‾12 моль/л; 0,25 ∙ 10^‾2 моль/л).

б) Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения совместного гидролиза, происходящего при сливании растворов: а) FeCl₃ и Na₂CO₃;

б) CuSO₄ и K₂CO₃.

5.5. а) Какая масса НСООН содержится в 0,3 л раствора этой кислоты, имеющей рН 6,04? Константа дисссциации кислоты 1,77 ∙ 10^‾4. (Ответ: 6,5 ∙ 10^‾8 г).

б) Подобрать по два уравнения в молекулярном виде к каждому из трех ионно-молекулярных уравнений:

Al³⁺ +H₂O ↔ AlOH²⁺ + H⁺; S^2- + H₂O ↔ HS^‾ + OH^‾;

CN^‾ + H₂O ↔ HCN +OH^‾.

5.6. а) Вычислить рН 0,01 %-ного раствора HCl. (Ответ: 2,57).

б) Подобрать по два уравнения в молекулярном виде к каждому из трех ионно-молекулярных уравнений:

Fe³⁺ + 2H₂O ↔ Fe(OH)₂⁺ + 2H⁺; CO₃^2- + H₂O ↔ HCO₃^‾ + OH^‾;

NH₄⁺+ H₂O ↔ NH₄OH + H⁺.

5.7. а) Вычислить рН 0,05 %-ного раствора NaOH. (Ответ: 12,1).

б) Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения реакций для солей, подвергающихся гидролизу, указать реакцию среды: K₂SO₃, Cr(NO₃)₃, NaNO₂, NiSO₄.

5.8. а) Сколько граммов КОН содержится в 10 л раствора, рН которого 11? (Ответ: 0,56 г)

б) В какой цвет будет окрашен лакмус в водных растворах: K₂S, (NH₄)₂SO₄, Na₂CO₃, Li₂SO₄? Ответ обосновать ионно-молекулярными уравнениями соответствующих реакций гидролиза солей.

5.9. а) Вычислить рН следующих растворов:

а) 0,5 н. HCl, α = 85%; б) 0,1М HNO₃, α = 92%; в) 0,05 н. NaOH, α = 92%.

(Ответ: а) 0,37; б) 1,03; в) 12,7).

б) Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения реакций для солей, подвергающихся гидролизу, указать реакцию среды: KJ, Cu(NO₃)₂, K₂SiO₃, ZnSO₄.

5.10. а) Вычислить рН следующих растворов:

а) 0,1 н. СН₃СООН, К_Д = 1,8 ∙ 10^‾5; б) 0,001М HNO₂, К_Д = 4,6 ∙ 10^‾4;

в) 1 н. NH₄OH, К_Д = 1,8 ∙ 10^‾5. (Ответ: а) 2,87; б) 3,17; в) 11,63).

б) Какие из приведенных солей подвергаются гидролизу по катиону, по аниону, по катиону и аниону BaS, Mn(NO₃)_2, AlCl_3, Cr₂S₃? Указать pH среды для водных растворов солей. Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза.

5.11. а) 10 мл 20%-ного (по массе) раствора КОН (ρ =. 1,18г/мл) разбавили водой до 250 мл. Вычислить рН полученного раствора. (Ответ: 13,23).

б) Какие из солей NaI, CrCI_3, NH₄NO₃, NH₄NO₂ подвергаются гидролизу? Составить ионно-молекулярные уравнения гидролиза этих солей, указать реакцию среды.

5.12. а) К 100 мл 0,2 н. раствора HCl прибавили 5 мл 3%-ного (по массе) раствора КОН. Как изменился рН раствора? (Ответ: было 0,7, стало 0,78).

б) Какие процессы будут происходить при смешивании растворов хлорида железа (III) и сульфида натрия? Составить ионно-молекулярные уравнения реакций.

5.13. а) Вычислить молярность раствора муравьиной кислоты НСООН, рН которого равен 3.(Константа диссоциации кислоты 2,1 ∙ 10^‾4).

(Ответ: 4,76 ∙ 10^‾3 моль/л).

б) Какие из веществ: Na₂CO₃, Li₂SO₃, CuCI₂, MgSO₄, BaS создадут избыток гидроксид-ионов в растворе своей соли? Почему? Составить ионно-молекулярные уравнения гидролиза.

5.14. а) Каким объемом воды следует разбавить 1л 0,6%-ного (по массе) раствора СН₃СООН (ρ = 1г/мл) для получения раствора рН которого равен 3?

(Константа диссоциации кислоты 1,8 ∙ 10^‾5). (Ответ: 0,8 л).

б) При сливании растворов солей CrCI₃ и Na₂CO₃ образуется осадок Cr(OH)_3. Объяснить причину и написать соответствующие ионно-молекулярные уравнения.

5.15. а) Сколько граммов СН₃СООН следует добавить к 1 л раствора уксусной кислоты, рН которого 4, чтобы понизить рН до 3,5? (К_Д = 1,8 ∙ 10^‾5). (Ответ: 0,3 г).

б) Написать уравнения реакций гидролиза в ионно-молекулярном виде: ацетата лития, хлорида алюминия, цианида аммония, сульфида бария.

5.16. а) Концентрация раствора одноосновной органической кислоты равна 6,67 ∙ 10^‾6 моль/л; рН раствора 5. Чему равна константа диссоциации этой кислоты? (Ответ: 1,5 ∙ 10^‾5).

б) Объяснить, почему водные растворы NaNO₂, Li₂CO₃, Na₃PO₄ имеют щелочную реакцию. Ответ подтвердить уравнениями реакций в ионно-молекулярном виде.

5.17. а) Чему равна концентрация раствора уксусной кислоты, рН которого 5,2? Константа диссоциации уксусной кислоты 1,8 ∙ 10^‾5.

(Ответ: 2,2 ∙ 10^‾6 моль/л).

б) К раствору Na₂CO₃ добавили следующие вещества: а) HCI;

б) NaOH; в) Cu(NO₃)₂; г) K₂S. В каких случаях гидролиз карбоната калия усилится? Почему? Составить ионно-молекулярные уравнения соответствующих солей.

5.18. а) Степень диссоциации слабой одноосновной кислоты в 0,2 н растворе равна 0,03. Вычислить значения [H⁺], [OH^‾] и рОН для этого раствора.

(Ответ: [H⁺] = 6,0 ∙ 10^‾3 моль/л; [OH^‾] = 1,7 ∙ 10^‾12 моль/л; рОН = 11,78).

б) При смешивании растворов Fe₂(SO₄)₃ и K₂S каждая из солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты. Написать соответствующие ионно-молекулярные уравнения совместного гидролиза солей.

5.19. а) Определить рН раствора, в 1 л которого содержится 0,1 г NaOH. Диссоциацию щелочи считать полной. (Ответ: 11,4).

б) Составить ионно-молекулярные уравнения гидролиза cолей: NH₄CH₃COO, Ca(NO₂)₂, Na₃PO₄ , MnCI₂.

5.20. а) Вычислить рН полученного раствора, если 0,01 л раствора NaOH

(ω = 30 %; α = 70 %) с плотностью 1,328 г/мл разбавили водой до 0,75 л.

(Ответ: 13).

б) Почему при добавлении горячей воды к водному раствору хлорида железа(III) выпадает осадок? Подтвердить это уравнениями реакций в ионно-молекулярном виде.