3.8. Вправи із гомогенних систем

Вправа 3.6: колір індикаторів. Яке забарвлення відповідає переважаючій формі індикатору, у розчині з заданим рН:

(а) індикатор – метиловий червоний, лужна форма L^‑ жовта; проміжна, HL, і кисла, H₂L⁺, червоні; логарифми констант lg K_H1 = 4,84, lg K_H2 = 2,63, рН = 7,0;

(b) індикатор – метиловий оранжевий, лужна форма L^‑ жовта; кисла, HL, червона; логарифм константи lg K_H = 3,37, рН = 6,0;

(c) індикатор – феноловий червоний, лужна форма L^‑ фіолетова; кисла, HL, безбарвна; логарифм константи lg K_H = 4,84, рН = 7,0;

(d) індикатор – хлорфеноловий червоний, лужна форма L^‑ жовта; кисла, HL, пурпурова; логарифм константи lg K_H = 5,92, рН = 3,0;

(e) індикатор – бромфеноловий синій, лужна форма L^‑ жовта; кисла, HL, синя; логарифм константи lg K_H = 4,84, рН = 7,0;

(f) індикатор – бромкрезоловий зелений, лужна форма L^‑ жовта; кисла, HL, синя; логарифм константи lg K_H = 4,02, рН = 2,0;

(g) індикатор – бромкрезоловий пурпуровий, лужна форма L^2‑ жовта; кисла, HL^‑, пурпурова; логарифм константи lg K_H1 = 6,33, рН = 3,0;

(h) індикатор – бромтимоловий синій, лужна форма L^‑ жовта; кисла, HL, синя; логарифм константи lg K_H = 7,34, рН = 5,0.

Вправа 3.7. Яка сумісна область переважання (змінна – рН) у продуктів розглянутої у прикладі 1.6 реакції, якщо: lg K_H1(MoO₄^2‑) = 3,65, lg K_H2(MoO₄^2‑) = 3,55 [I=1], lg K_H((CH₂)₆N₄) = 6,30, lg K_H1(PO₄^3‑) = 12,35, lg K_H2(PO₄^3‑) = 7,20, lg K_H3(PO₄^3‑) = 2,15 [I=0]?

Побудова КЛД. У вправах, щоб опанувати принципами алгоритму, будуємо усю КЛД.

Вправа 3.8. Побудуйте КЛД із головною змінною рН для продуктів кислотно-основних перетворень неорганічних речовин. Загальні концентрації основ Бренстеда, t(M) = 0,010 моль/л:

(а) основа CN^‑, кислота HCN, lg K_H1 = 9,21;

(b) основа CO₃^2‑, кислоти HCO₃^‑ та CO₂ (гіпотетична H₂CO₃ у водяному розчині практично не існує), lg K_H1 = 10,33, lg K_H2 = 6,35;

(c) основа NH₃ (або NH₄OH за застарілими позначеннями, прийнятим у технічній літературі), кислота NH₄⁺, lg K_H1 = 9,24;

(d) основа N₂H₄, кислота N₂H₅⁺, lg K_H1 = 7,98;

(e) основа NO₂^‑, кислота HNO₂, lg K_H1 = 3,15;

(f) основа PO₄^3‑, кислоти H_jPO₄ ^j‑3, lg K_H1 = 12,35, lg K_H2 = 7,20, lg K_H3 = 2,15;

(g) основа AsO₄^3‑, кислоти H_jAsO₄^(j‑3), lg K_H1 = 11,50, lg K_H2 = 6,96, lg K_H3 = 2,24;

(h) основа As(OH)₄^‑ (у деяких підручниках H₂AsO₃^‑), кислота As(OH)₃, lg K_H1 = 9,29;

(i) основа HO₂^‑, кислота H₂O₂, lg K_H1 = 11,65;

(j) основа S^2‑, кислоти H_jS^j‑2, lg K_H1 = 13,9, lg K_H2 = 7,02;

(k) основа SO₃^2‑, кислоти HSO₃^- та SO₂ (гіпотетична H₂SO₃ у водяному розчині практично не існує), lg K_H1 = 7,18, lg K_H2 = 1,91;

(l) основа SO₄^2‑, кислоти H_jSO₄^(j‑2), lg K_H1 = 1,99, lg K_H2 = ‑3,0 (H₂SO₄ вважаємо за сильну кислоту, бо майже всюди [H₂SO₄]  0);

(m) основа Se^2‑, кислоти H_jSe^(j‑2), lg K_H1 = 15,0, lg K_H2 = 3,89;

(n) основа IO₃^‑, кислота HIO₃, lg K_H1 = 0,77;

(o) основа Fe(CN)₆^4‑, кислоти H_jFe(CN)₆^(j‑4), lg K_H1 = 4,30, lg K_H2 = 2,6;

(p) основа – гідразин, H₂N-NH₂, кислоти H₂N-NH₃⁺, lg K_H1 = 7,98, та ⁺H₃N-NH₃⁺, lg K_H2 = ‑0,9.

Вправа 3.9. Які області переважання на осі рН для кислотно-основних перетворень органічних речовин? Побудуйте відповідну КЛД із головною змінною рН (для основ Бренстеда, t(M) = 0,010 моль/л):

(а) основа CH₃COO^‑ (іон ацетату), кислота CH₃COOH (оцтова); lg K_H1 = 4,76;

(b) основа C₂O₄^2‑ (тобто ^‑ООС‑COO^‑, іон оксалату), кислоти H_jC₂O₄^(j‑2): HC₂O₄^‑, або HOOC-COO^‑ (іон гідрооксалату), та H₂C₂O₄, або HOOC-COOH (щавлева, оксалатна); lg K_H1 = 4,26, lg K_H2 = 1,25;

(c) основа C₄H₄O₅^2‑, або ^‑OOC-CH(OH)-CH₂-COO^‑ (аніон яблучної кислоти), lg K_H1 = 5,10, lg K_H2 = 3,46;

(d) основа C₆H₅O₇^3‑, або ^‑OOC-CH₂-C(OH)(COO^‑)-CH₂-COO^‑, (іон цитрату); кислоти H_jC₆H₅O₇^(j‑3) (при j = 3 – цитринова, або лимонна); lg K_H1 = 6,40, lg K_H2 = 4,76, lg K_H3 = 3,13;

(e) основа C₇H₄O₃^2‑, або ^‑O-C₆H₄-COO^‑, аніон саліцилату, кислоти H_jC₇H₄O₃^(j‑2) (при j = 2 – саліцилова); lg K_H1 = 13,74, lg K_H2 = 2,97;

(f) основа C₂H₅NH₂ (етиламін), кислота C₂H₅NH₃⁺ (іон етиламонію); lg K_H1 = 10,64;

(g) основа H₂NC₂H₄NH₂ (диетиламін), кислоти H₂NC₂H₄NH₃⁺ та ⁺H₃NC₂H₄NH₃⁺; lg K_H1 = 9,93, lg K_H2 = 6,85;

(h) амфоліт (амфотерна речовина) H₂NCH₂COOH – амінооцтова кислота (гліцин, що існує переважно як біполярний, або цвітеріон ⁺H₃NCH₂COO^‑); для основи, H₂NCH₂COO^‑, lg K_H1 = 9,78, lg K_H2 = 2,35;

(i) основа C₆H₃O₆^2‑, аніон аскорбінової кислоти,

                          HO-C = C-OH

                                    

  HO-CH₂-C(OH)-HC  C=O      lg K_H1 = 11,56, lg K_H2 = 4,17.

                                   \  /    

                                    O

Вправа 3.10. Укажіть області переважання на осі рL; побудуйте КЛД, головна змінна рL, t(M) = 0,010 моль/л, для таких комплексоутворювачів М та лігандів L:

(a) Cd²⁺, та CN^‑ (ціанід), lg _ = 6,01, lg _ = 11,12, lg _ = 15,65, lg _ = 17,92 [I=0];

(b) Fe³⁺, та SCN^‑ (тіоціанат), lg _ = 3,02, lg _ = 4,64 [I=0], lg _ = 3,64, lg _ = 5,0, lg _ = 6,3, lg _ = 6,2, lg _ = 6,1 [I=3];

(c) Hg²⁺, та SCN^‑ , lg _ = 9,08, lg _ = 16,86, lg _ = 19,70, lg _ = 21,70 [I=1];

(d) Ni²⁺, та NH₃ (амоніак, у назвах комплексів – «аміно»), lg _ = 2,72, lg _ = 4,89, lg _ = 6,55, lg _ = 7,67, lg _ = 8,34, lg _ = 8,31 [I=0];

(e) Cd²⁺, та NH₃ , lg _ = 2,55, lg _ = 4,56, lg _ = 5,90 [I=0], lg _ = 6,32, lg _ = 6,74, lg _ = 7,02, lg _ = 5,41 [I=2];

(f) Hg²⁺, та NH₃ , lg _ = 8,8, lg _ = 17,4,

lg _ = 18,4, lg _ = 19,1 [I=2];

(g) Cu²⁺, та NH₃ , lg _ = 4,24, lg _ = 7,83, lg _ = 10,80, lg _ = 13,00, lg _ = 12,43 [I=2];

(h) Ag⁺, та S₂O₃^2‑ (тіосульфат) lg _ = 8,82, lg _ = 13,67,

lg _ = 14,2 [I=0];

(i) Fe³⁺, та F^‑ , lg _ = 5,18, lg _ = 9,13, lg _ = 11,9 [I=0,5];

(j) Hg²⁺, та I^‑ , lg _ = 12,87, lg _ = 23,82, lg _ = 27,6,

lg _ = 29,8 [I=0,5].

Вправа 3.11: гідроксокомплекси іонів металів. Укажіть області переважання гідроксокомплексів іонів металів на осі рН. При цьому константи стійкості комплексів із OH^‑ зручно перетворити у *_ij , як у прикладі 2.9:

(a) Mg²⁺ , lg _  ;

(b) Ca²⁺ , lg _  1,15;

(c) Mn²⁺ , lg _ = 3,40, lg _  5,8, lg _ = 7,2

(d) Fe²⁺ , lg _  , lg _  , lg _  

(e) Fe³⁺ , lg ₁ = 11,81, lg _ = 22,32, lg _ = 30, lg _ = 34,4;

(f) Co²⁺ , lg _   lg _  9,19, lg _  10,49, lg _  9,68;

(g) Ni²⁺ , lg _  4,14, lg _  lg _  11,12, lg _  12;

(h) Cu²⁺ , lg _ = 6,3, lg _  10,0, lg _ = 14,2, lg _  

(i) Ag⁺ , lg _  , lg _  ,0;

(j) Zn²⁺ , lg ₁ = 5,04, lg _ = 11,09, lg _ = 13,52, lg _  ;

(k) Cd²⁺ , lg ₁ = 3,92, lg _ = 7,7, lg _ = 8,69, lg _  ,64;

(l) Hg²⁺ , lg ₁ = 10,59, lg _ = 21,82, lg _ = 20,89;

(m) Al³⁺ , lg ₁ = 9,03, lg _ = 18,69, lg _ = 26,99, lg _  ,99;

(n) Pb²⁺ , lg ₁ = 6,29, lg _ = 10,87, lg _ = 13,93;

(o) Sr²⁺ , lg _  0,7;

(p) Ba²⁺ , lg _  0,5;

(q) Cr³⁺ , lg _  10,0, lg _  lg _  24, lg _  28,6.

Вправа 3.12. Укажіть області переважання комплексів та комплекси, що ніде не переважають; побудуйте КЛД із головною змінною рL, t(M) = 0,0010 моль/л:

(a) Zn²⁺ та CN^‑ , lg _ = 5,3, lg _ = 11,7, lg _ = 16,7,

lg _ = 21,6 [I=3];

(b) Fe²⁺ та 1,10-фенантролін, C₁₂H₈N₂ , lg _ = 5,85, lg _ = 11,15, lg _ = 21,0 [I=0,1];

(c) Zn²⁺ та NH₃ , lg _ = 2,21, lg _ = 4,50, lg _ = 6,86,

lg _ = 8,89 [I=0];

(d) Hg²⁺ та Cl^‑ , lg _ = 6,74, lg _ = 13,22, lg _ = 14,1,

lg _ = 15,1 [I=0,5].

Вправа 3.13. Укажіть області переважання окисненої та відновленої форм на осі pe; побудуйте КЛД із головною змінною ре (для окисника t(Ох) = 0,0010 моль/л):

(a) Tl³⁺ + 2 e^-  Tl⁺,   E⁰ = 1,26 В,   lg K = 42,6;

(b) Fe³⁺ + e^‑  Fe²⁺,   E⁰ = 0,771 В,   lg K = 13,0;

(c) Cr³⁺ + e^‑  Cr²⁺,   E⁰ = -0,41 В,   lg K = -6,9;

(d) Fe(CN)₆^3‑ + e^‑  Fe(CN)₆^4‑,   E⁰ = 0,355 B,   lg K = 6,00;

(e) FeY^‑ + e^‑  FeY^2‑,   E⁰ = 1,1172 B,   lg K = 19,81, Y^4- – аніон етилендіамінтетраоцтової кислоти;

(f) Fe(phen)₃³⁺ + e^‑  Fe(phen)₃²⁺ , phen – 1,10‑фенантролін, E⁰ = 1,06 B, lg K = 18,2;

(g) MnO₄^‑ + e^-  MnO₄^2‑,   E⁰ = 0,57 B,   lg K = 9,6.

Вправа 3.14. Побудуйте КЛД для учасників напівреакцій (головна змінна pe):

(a) I₃^‑ + 2 e^‑   I^‑,    E^o =0,536 B,  lg K =18,1,

якщо t(I^‑) = 0,10 моль/л;

(b) HO₂^‑ + H₂O + 2 e^‑   ^‑,  E^o =0,88 B,  lg K =29,1,

якщо t(HO₂^‑) = 0,0010 моль/л;

(c) S₂O₈^2‑ + 2 e^‑   SO₄^2‑,  E^o =2,0 B,  lg K = 68,

якщо t(S₂O₈^2‑) = 0,10 моль/л;

(d) (SCN)₂ + 2 e^‑   SCN^‑, E^o =0,77 B, lg K =26,

якщо t(SCN^‑) = 0,010 моль/л.