ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 05.07.2025

Просмотров: 537

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Пример решения задачи 6 (вариант 1).

Запишем уравнение электролитической диссоциации слабой одноосновной кислоты НА:

0,040–х х х

HA ↔ H+ + A–

Kc =

C(H + ) C(A− )

, моль/ л

C(HA)

Пусть продиссоциировало х моль/л кислоты НА, тогда осталось в (С0 – х) или (0,040 – х) и образовалось х моль/л ионов Н+ и х моль/л ионов А–. Подставим эти обозначения в константу диссоциации кислоты:

K (HA) =

C(H + ) C( A− )

=

x2

C(HA)

0,04

− x

Сначала проверим возможность упрощенного решения квадратного уравнения. Для этого решим это уравнение исходя из предположения, что х<<С0 (20), тогда:

x = К C0 = 2,00 10−5 0,04 = 8,94 10−4 (моль / л)

рН = −lg C(H + ) = −lg 8,94 10−4 = 3,0485; α =

8,94 10−4

100% = 2,24 %

0,04

Степень диссоциации этой кислоты достаточно мала, однако значение 2,24 % превышает желаемую аналитическую точность определения 0,1 %. Поэтому этот расчет необходимо повторить с использованием точного уравнения (18):

x = −

K

+

( K )2

+K C0

= −

2,00 10−5

+

(

2,00 10−5 )2

+2,00 10−5 0,04 =8,84 10−4

(моль/л)

2

2

2

2

Рассчитаем рН раствора и степень диссоциации кислоты:

рН = −lg C(H + ) = −lg 8,84 10−4 = 3,0533.

α =

8,84 10−4

100% = 2,21%

0,04

Таблица 12 – Ответы к задаче 6

№

хприбл.

хточно

αприбл, %

αточно, %

рНприбл.

рНточно

1

8,94·10–4

8,84·10–4

2,24

2,21

3,0485

3,0533

2

1,00·10–3

9,92·10–4

2,39

2,36

2,9983

3,0035

3

1,11·10–3

1,10·10–3

2,52

2,49

2,9547

2,9602

4

1,21·10–3

1,20·10–3

2,64

2,60

2,9160

2,9218

5

1,31·10–3

1,30·10–3

2,74

2,70

2,8812

2,8872

6

1,41·10–3

1,39·10–3

2,83

2,79

2,8495

2,8556

7

1,51·10–3

1,49·10–3

2,91

2,87

2,8203

2,8266

8

1,61·10–3

1,59·10–3

2,98

2,94

2,7932

2,7997

9

1,71·10–3

1,68·10–3

3,05

3,00

2,7679

2,7745

10

1,80·10–3

1,77·10–3

3,11

3,06

2,7442

2,7509

11

1,90·10–3

1,87·10–3

3,16

3,11

2,7218

2,7287

12

1,99·10–3

1,96·10–3

3,21

3,16

2,7007

2,7077

21


Расчет концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов в буферных растворах

Буферными растворами называют такие растворы, рН которых остается приблизительно постоянным при добавлении небольших количеств сильной кислоты или щелочи. Буферными свойствами обладают растворы, образованные:

-слабой кислотой и ее солью;

-слабым основанием и его солью;

-средней и кислой солями;

-двумя кислыми солями.

Во всех этих случаях при добавлении сильной кислоты или щелочи происходит смещение равновесия диссоциации соответствующего слабого электролита (кислоты или основания), в результате чего рН раствора почти не изменяется.

Рассмотрим буферный раствор, образованный слабой уксусной кислотой и ее солью ацетатом натрия (ацетатный буферный раствор). Запишем реакции диссоциации этих веществ:

Cк – х

х

х

CH3COOH ↔ CH3COO– + H+

Сс

Сс

Сс

CH3COONa → CH3COO– + Na+

Обозначим начальную концентрацию кислоты Ск. Если продиссоциировало х моль/л кислоты, то осталось (Ск – х) CH3COOH и образовалось х моль/л CH3COO– и х моль/л H+. Если начальная концентрация соли Cс, то в результате ее полной диссоциации образуется столько же ионов CH3COO– и Na+. Запишем выражение константы диссоциации уксусной кислоты:

K (CH 3COOH ) =

C(H

+ ) C(CH 3COO − )

=

(x +CC ) x

(21)

C(CH 3COOH )

CK − x

Выразим х:

х2 +(K +Cc ) x − K Cк

(22)

х = −

(K +Сс )

+

( K +Сс )2

+ K Cк

2

2

Обычно, х<<Сс и х<<Ск, тогда (х + Сс) ≈ Сс, а (Ск – х) ≈ Ск. Тогда уравнение (22) примет следующий вид:

К =

(х+Сс ) х

=

Сс х

;

х = К

Ск

(23)

Ск − х

Сс

Ск

Задача 7

К V1 (мл) C1 молярного раствора одноосновной кислоты НА с константой диссоциации К добавили V2 (мл) Сн2 нормального раствора щелочи (таблица 13). Рассчитайте рН и степень диссоциации в исходном (1) и в полученном (2) растворах. Объясните изменение степени диссоциации кислоты.

22


Таблица 13 – Условие задачи 7

№

V1,

C1,

К

V2, мл

Сн2,

№

V1, мл

C1,

К

V2, мл

Сн2,

мл

моль/л

моль экв/л

моль/л

моль экв/л

1

37

0,044

2,00·10–5

36

0,040

31

97

0,134

2,60·10–4

96

0,100

2

39

0,047

2,80·10–5

38

0,042

32

99

0,137

2,68·10–4

98

0,102

3

41

0,050

3,60·10–5

40

0,044

33

101

0,140

2,76·10–4

100

0,104

4

43

0,053

4,40·10–5

42

0,046

34

103

0,143

2,84·10–4

102

0,106

5

45

0,056

5,20·10–5

44

0,048

35

105

0,146

2,92·10–4

104

0,108

6

47

0,059

6,00·10–5

46

0,050

36

107

0,149

3,00·10–4

106

0,110

7

49

0,062

6,80·10–5

48

0,052

37

109

0,152

3,08·10–4

108

0,112

8

51

0,065

7,60·10–5

50

0,054

38

111

0,155

3,16·10–4

110

0,114

9

53

0,068

8,40·10–5

52

0,056

39

113

0,158

3,24·10–4

112

0,116

10

55

0,071

9,20·10–5

54

0,058

40

115

0,161

3,32·10–4

114

0,118

11

57

0,074

1,00·10–4

56

0,060

41

117

0,164

3,40·10–4

116

0,120

12

59

0,077

1,08·10–4

58

0,062

42

119

0,167

3,48·10–4

118

0,122

13

61

0,080

1,16·10–4

60

0,064

43

121

0,170

3,56·10–4

120

0,124

14

63

0,083

1,24·10–4

62

0,066

44

123

0,173

3,64·10–4

122

0,126

15

65

0,086

1,32·10–4

64

0,068

45

125

0,176

3,72·10–4

124

0,128

16

67

0,089

1,40·10–4

66

0,070

46

127

0,179

3,80·10–4

126

0,130

17

69

0,092

1,48·10–4

68

0,072

47

129

0,182

3,88·10–4

128

0,132

18

71

0,095

1,56·10–4

70

0,074

48

131

0,185

3,96·10–4

130

0,134

19

73

0,098

1,64·10–4

72

0,076

49

133

0,188

4,04·10–4

132

0,136

20

75

0,101

1,72·10–4

74

0,078

50

135

0,191

4,12·10–4

134

0,138

21

77

0,104

1,80·10–4

76

0,080

51

137

0,194

4,20·10–4

136

0,140

22

79

0,107

1,88·10–4

78

0,082

52

139

0,197

4,28·10–4

138

0,142

23

81

0,110

1,96·10–4

80

0,084

53

141

0,200

4,36·10–4

140

0,144

24

83

0,113

2,04·10–4

82

0,086

54

143

0,203

4,44·10–4

142

0,146

25

85

0,116

2,12·10–4

84

0,088

55

145

0,206

4,52·10–4

144

0,148

26

87

0,119

2,20·10–4

86

0,090

56

147

0,209

4,60·10–4

146

0,150

27

89

0,122

2,28·10–4

88

0,092

57

149

0,212

4,68·10–4

148

0,152

28

91

0,125

2,36·10–4

90

0,094

58

151

0,215

4,76·10–4

150

0,154

29

93

0,128

2,44·10–4

92

0,096

59

153

0,218

4,84·10–4

152

0,156

30

95

0,131

2,52·10–4

94

0,098

60

155

0,221

4,92·10–4

154

0,158

Разберем решение задачи на примере 1 варианта.

Рассчитаем рН и степень диссоциации в растворе чистой одноосновной кислоты (раствор 1). Запишем реакцию диссоциации кислоты:

0,044–х х х

HA ↔ H+ + A–

Kc = C(H + ) C(A− ) , (моль/л).

C(HA)

Пусть продиссоциировало х моль/л кислоты НА, тогда осталось в (С0 – х) или (0,044 – х) и образовалось х моль/л ионов Н+ и х моль/л ионов А–. Подставим эти обозначения в константу диссоциации кислоты:

23


K (HA) =

C(H + ) C(A− )

=

x2

.

C(HA)

0,044 − x

Решим это уравнение исходя из предположения, что х<<С0 (20), тогда:

x =

К C0 = 2,00 10 −5 0,044 = 9,381 10 −4 моль / л

α =

9,381 10

−4

0,044

100% = 2,13 %.

Степень диссоциации кислоты больше 0,1 %. Поэтому этот расчет необходимо повторить с использованием точного уравнения (18):

x = −

K

+

( K )2

+K C0

= −

2,00 10−5

+

(

2,00 10−5 )2

+2,00 10−5 0,044 =9,281 10−4

(моль/л)

2

2

2

2

Рассчитаем рН раствора и степень диссоциации кислоты:

рН1 = −lg C(H + ) = −lg 9,281 10−4 = 3,0324; α1 = 9,28 10−4 100% = 2,11 % 0,044

Запишем уравнение реакции протекающей в растворе 2:

HA + NaOH → NaA + H2O

HA + Na+ + OH– → Na+ + A– + H2O

HA + OH– → A– + H2O

Рассчитаем количества щелочи и кислоты, которые были взяты для реакции. Фактор эквивалентности NaOH равен 1, и его нормальная концентрация равна молярной концентрации:

n(NaOH) = 0,04 · 0,036 = 0,001400 (моль); n(HA) = 0,044 · 0,037 = 0,001628 (моль).

Кислота взята в избытке, который равен:

n(HA)изб = 0,001628 – 0,001400 = 0,0001880 (моль).

В результате реакции образовалась соль, количество которой будет равно количеству щелочи (n(NaA) = n(NaOH) = 0,001400 моль). В растворе протекают

следующие реакции:

HA ↔ H+ + A–

NaA → Na+ + A–.

Рассчитаем концентрации веществ, находящихся в растворе. Общий объем раствора равен: Vобщ = 36 + 37 = 73 мл или 0,073 л.

С(NaA) = n(NaA)

=

0,001400 = 0,01973 (моль/ л)

V

0,073

общ

С(НА)изб =

n(HA)изб

=

0,0001880

= 0,002575 (моль/ л)

0,073

Vобщ

Для расчета рН буферного раствора используем уравнение (23):

х = К

Ск

= 2,00 10−5

0,002575

= 2,611 10−6

(моль/л)

Сс

0,01973

24


рН2

= −lg C(H + ) = −lg 2,611

10

−6 = 5,5832

α

2

=

х

100

=

2,61 10

−6

100% =1,01 10

−1

%

С(НА)изб

0,00258

По сравнению с исходным раствором НА степень диссоциации значительно уменьшилась (с 2,11% до 0,101%), несмотря на то, что концентрация кислоты также уменьшается с 0,044 моль/л до 0,002575 моль/л (уменьшение концентрации, как известно, должно приводить к увеличению степени диссоциации). Это можно объяснить тем, что при добавлении щелочи в раствор кислоты образуется большой избыток ионов А–, которые смещают равновесие диссоциации НА влево и уменьшают степень диссоциации.

Таблица 14 – Ответы к задаче 7

№

х

α1, %

рН1

С(соли), моль/л

Сизб(к-ты), моль/л

С2(Н+), моль/л

рН2

α2, %

1

9,281·10–4

2,11

3,0278

0,01973

2,575·10–3

2,611·10–6

5,5832

1,01·10–1

2

1,133·10–3

2,41

2,9404

0,02073

3,078·10–3

4,158·10–6

5,3811

1,35·10–1

3

1,324·10–3

2,65

2,8724

0,02173

3,580·10–3

5,932·10–6

5,2268

1,66·10–1

4

1,505·10–3

2,84

2,8161

0,02273

4,082·10–3

7,903·10–6

5,1022

1,94·10–1

5

1,681·10–3

3,00

2,7679

0,02373

4,584·10–3

1,004·10–5

4,9980

2,19·10–1

6

1,852·10–3

3,14

2,7255

0,02473

5,086·10–3

1,234·10–5

4,9087

2,43·10–1

7

2,020·10–3

3,26

2,6875

0,02573

5,588·10–3

1,477·10–5

4,8307

2,64·10–1

8

2,185·10–3

3,36

2,6531

0,02673

6,089·10–3

1,731·10–5

4,7617

2,84·10–1

9

2,348·10–3

3,45

2,6216

0,02773

6,590·10–3

1,996·10–5

4,6998

3,03·10–1

10

2,510·10–3

3,54

2,5925

0,02873

7,092·10–3

2,271·10–5

4,6439

3,20·10–1

11

2,671·10–3

3,61

2,5654

0,02973

7,593·10–3

2,554·10–5

4,5929

3,36·10–1

12

2,830·10–3

3,68

2,5400

0,03074

8,094·10–3

2,844·10–5

4,5460

3,51·10–1

Расчет концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов в растворах гидролизующихся солей

Большинство солей, растворимых в воде, являются сильными электролитами и в растворе полностью распадаются на ионы. Если в состав соли входят ионы, соответствующие образованию слабой кислоты или слабого основания, то эти ионы

могут конкурировать с молекулами воды за обладание ионами Н+ и ОН–:

М+ + НОН ↔ МОН + Н+

(24)

А– + НОН ↔ НА + ОН–

(25)

Такие реакции называются реакциями гидролиза ионов (по катиону (24) и по аниону (25)). Очевидно, что если в состав соли входят ионы, соответствующие образованию только сильной кислоты и основания, то эти ионы не гидролизуются. Например, не подвергаются гидролизу соли Na2SO4, KCl, Ba(NO3)2 и т.д.

Хлорида аммония NH4Cl содержит ион, соответствующий слабому основанию

NH4OH, поэтому гидролиз протекает по катиону: NH4Cl → NH4+ + Cl–

NH4+ + HOH ↔ NH4OH + H+

NH4Cl + HOH ↔ NH4OH + HCl

25