Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Olimpiada-2010-zadachi (1).doc
Скачиваний:
5
Добавлен:
11.08.2019
Размер:
419.33 Кб
Скачать

Задача 5а (она же 5б)

1. Строение (2 балла)

2. Насыщенными называют растворы, находящиеся в термодинамическом равновесии с осадком растворённого вещества (1 балл).

Уравнения равновесных реакций и константы равновесий:

AgN3 (тв.)  Ag+ (р-р) + N3– (р-р); ПР = [Ag+] [N3–] = 10–8,54; (1 +1 = 2 балла)

AgIO3 (тв.)  Ag+ (р-р) + IO3- (р-р); ПР = [Ag+] [IO3-] = 10–7,52. (1 +1 = 2 балла)

Протолиз анионов:

N3 + H2O  HN3 + OH; Kо = [HN3][OH]/[N3] = 10–14/Кк(HN3) = 10–4,72 = 5,25·10–10,

(1 +1 + 1= 3 балла)

IO3- + H2O  HIO3 + OH; Kо = [HIO3][OH]/[IO3] = 10–14/Кк(HIO3) 10–14/10–0,79 = 6,17·10–14

(1 +1 + 1 = 3 балла)

3. Оба аниона, проявляя оснóвные свойства, подвергаются в воде протолизу (см. п. 2). Уменьшение рН раствора (т.е. подкисление) приведет к увеличению степени протолиза (т.е. к смещению равновесия вправо по принципу Ле Шателье – Брауна) и к увеличению растворимости осадков. (2 балла)

4. Запишем ещё раз уравнения равновесных процессов и константы равновесий:

AgX(т)  Ag+ + X-; ПР = [Ag+][X-].

X-+ H2O  HX + OH; Kо = [HX][OH]/[X]

Без учета протолиза растворимость s = [Ag+] = [X]. С учетом протолиза:

s = [Ag+] = [X] + [НX].

Выразим [НX] из выражения для Ko (или Kк):

[HX] = [X-] [H+]/Kк. Тогда:

s = [X–] + [НX] = [X] + [X-] [H+]/Kк = [X]*(1+[H+]/Kк) = ПР/s *(1+[H+]/Kк)

(так как [X] = ПР/[Ag+] = ПР/s).

s2 = ПР *(1+[H+]/Kк).

Отсюда ПРAgN3 *(1+[H+]/KкHN3) = ПРAgIO3 *(1+[H+]/Kк HIO3)

Решая это уравнение относительно [H+], получим:

[H+] = {К1К2*(ПР1-ПР2) / (К1*ПР2 – K2*ПР1)}

Подставив значения констант из условия, найдём:

[H+] = 1,81·10–4, рН = 3,74 (5 баллов)

Растворимость при этом значении рН составит s1 = s2 = 1,74·10–4 моль/л. (2 балла)

5. СТРОГОЕ РЕШЕНИЕ. Без учета протолиза рН = 7 и растворимость равна

s = (ПР)1/2 = 5.37*10-5.

Протолиз увеличивает растворимость соли и повышает рН насыщенного раствора. Запишем ещё раз уравнения равновесных процессов и константы равновесий:

AgX(т)  Ag+ + X-; ПР = [Ag+][X-].

X-+ H2O  HX + OH; Kо = [HX][OH]/[X] = [HX]2/[X].

С учетом протолиза s = [Ag+] = [X] + [НX]. Из выражения для Ko получим

[HX] = (Ko*[X])1/2. Следовательно [Ag+] = [X] + [НX] = [X] + (Ko*[X])1/2.

С учетом этого выражение для ПР запишем так:

ПР = {[X] + (Ko*[X])1/2}* [X] = [X]2 + Ko1/2*[X]3/2,

что равносильно уравнению:

[X]4 – Ko*[X]2 – 2ПР*[X]2 + ПР2 = 0. (4 балла)

Подстановка Kо = 5,25·10–10 и ПР = 2,88·10–9 и решение уравнения методом последовательных приближений (в качестве первого приближения взято [N3-] = ПР1/2) даст

[N3-] = 5.42*10-5, (0.5 балла)

[НN3] = (Ко*[N3-])1/2 = 1.69*10-7, (0.5 балла)

s = [Ag+] = [N3] + [НN3] = 5,44·10–5 моль/л, (0.5 балла)

[OH] = [НN3] = 1,69·10–7 моль/л(0.5 балла).

[H+] = 5,92·10–8 моль/л (0.5 балла)

рН = 7,23 моль/л (0.5 балла)

ПРИБЛИЖЕННОЕ РЕШЕНИЕ. (7 баллов при тех же результатах)

Kо = [HN3][OH]/[N3] = [ОН]2/[N3]. Отсюда [ОН]2 = Ко*[N3].

Предположим, что ввиду малой константы протолиза концентрация азид-ионов изменилась не сильно. Тогда [N3]~(ПР)1/2 и [ОН]2 = Ко*(ПР)1/2

После подстановки констант ответы практически совпадают.

И, наконец, самое приблизительное решение.

Примем, что протолиз практически не изменяет величину рН раствора, а именно рН = 7. Тогда, используя формулу, связывающую растворимость и рН, выведенную в пункте 4, получим:

s = {ПР *(1+[H+]/Kк)}1/2 = 5,38·10–5 моль/л. (3 балла)

6. По правилу Полинга HIO3 – одноосновная кислота с двуия концевыми атомами кислорода (HO)IO2 – сильная кислота. Оценочное значение pKa ≈ -3. Экспериментальное значение pKa = -lg(10-0,79) = 0,79. Это значение можно объяснить, предполагая, что в водном растворе происходит дополнительная гидратация кислоты (образование ортоформы):

HIO3 + H2O  H3IO4

В этой форме кислота является трехосновной кислотой с одним концевым атомом кислорода (HO)3IO – кислотой средней силы pKa ≈ 2. Возможны процессы конденсации орто-формы: n H3IO4  (HIO3)n + n H2O.

И в этом случае каждый атом иода связан только с одним концевым атомом кислорода (остальные – мостиковые). Равновесие между такими формами может давать промежуточное

значение pKa (2 > pKa > –3). (3 балла)

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]