Смешение растворов, компоненты которых взаимодействуют

Друг с другом

Расчеты при смешении растворов реагирующих веществ, исходя из уравнения реакции между компонентами. Сначала, находят, какое из веществ в растворе в избытке, а какое - в недостатке. Затем определяют состав полученного раствора, при этом возможны следующие варианты:

Ø образуется кислотный или основный буфер, если в избытке слабый электролит;

Ø в растворе только гидролизующаяся соль, то есть слабый и сильный электролиты взяты в стехиометрическом отношении;

Ø в растворе избыток сильного электролита, в этом случае продукты реакции не оказывают влияния, так как гидролиз подавляется.

Если в результате реакции в растворе образуется буфер, то вычисления проще выполнять через количество вещества n, так как концентрации веществ изменяются при смешении растворов и их необходимо пересчитывать. Рассмотрим примеры расчетов для систем, компоненты которых взаимодействуют друг с другом.

Пример 4. Смешали 20 мл 0,4 моль/л раствора NH₄OH и 10 мл 0,15 моль/л HCl. Определить состав полученного раствора и его кислотность.

К_д(NH₄OH) = 1,74×10^-5

Решение:

При смешении в растворе между NH₄OH и HCl протекает реакция:

NH₄OH + HCl = NH₄Cl + H₂O.

Состав раствора определим, сравнив количества веществ, вступающих в реакцию:

n(NH₄OH) = С(NH₄OH) ×V(NH₄OH) = 0,4 × 0,02 = 8×10^-3 (моль); - в избытке

n(HCl) = С(HCl) ×V(HCl) = 0,15 × 0,01 = 1,5×10^-3 (моль); - в недостатке

Согласно уравнению реакции, в избытке находится слабое основание, которое совместно с образовавшейся солью NH₄Cl формирует основный буфер.

[H⁺] = ;

Количество вещества образовавшейся соли определим по недостатку:

n(NH₄Cl) = n(HCl) = С(HCl) ×V(HCl) = 1,5×10^-3 моль;

n_ост(NH₄OH) = n(NH₄OH) - n(HCl) = 8×10^-3 - 1,5×10^-3 = 6,5×10^-3 (моль);

[H⁺] = = 1,3×10^-10 (моль/л); и рН = -log(1,3×10^-10) = 9,9

В результате реакции формируется основный буфер с рН = 9,9

Пример 5. Смешали 20 мл 0,4 моль/л раствора NH₄OH и 40 мл 0,2 моль/л HCl. Определить состав полученного раствора и его кислотность.

К_д(NH₄OH) = 1,74×10^-5

Решение:

При смешении в растворе между NH₄OH и HCl протекает реакция:

NH₄OH + HCl = NH₄Cl + H₂O.

Состав раствора определим, сравнив количества веществ, вступающих в реакцию:

n(NH₄OH) = С(NH₄OH) ×V(NH₄OH) = 0,4 × 0,02 = 8×10^-3 (моль);

n(HCl) = С(HCl) ×V(HCl) = 0,2 × 0,04 = 8×10^-3 (моль);

Исходя из уравнения реакции и расчета можно сделать вывод, что вещества взяты в стехиометрии, так как n(HCl) = n(NH₄OH), следовательно в растворе только продукт реакции NH₄Cl, который и определяет рН. Количество образовавшегося NH₄Cl определим по любому из веществ: n(NH₄Cl) =n(HCl) =8×10^-3 (моль).

Найдем концентрацию соли с учетом разведения раствора:

С(NH₄Cl) = n(NH₄Cl)/(V(HCl) + V(NH₄OH)) = 8×10^-3 /(0,02+0,04) = 0,1333 (моль/л)

Подставим полученные значения в формулу для гидролизующейся соли и вычислим [H⁺] и рН:

[H⁺] = = = 8,73×10^-6 и

рН = -log(8,73×10^-6) = 5,06

В результате реакции образовался раствор NH₄Cl с рН = 5,06

Пример 6. Смешали 20 мл 0,4 моль/л раствора NH₄OH и 40 мл 0,4 моль/л HCl. Определить состав полученного раствора и его кислотность.

К_д(NH₄OH) = 1,74×10^-5

Решение:

При смешении в растворе между NH₄OH и HCl протекает реакция:

NH₄OH + HCl = NH₄Cl + H₂O.

Состав раствора определим, сравнив количества веществ, вступающих в реакцию:

n(NH₄OH) = С(NH₄OH) ×V(NH₄OH) = 0,4×0,02 = 8×10^-3 (моль); - в недостатке

n(HCl) = С(HCl) ×V(HCl) = 0,4 × 0,04 = 16×10^-3 (моль); - в избытке

Исходя из уравнения реакции и расчета можно сделать вывод, что кислотность раствора определяется избытком сильного электролита HCl.

n_изб(HCl) = n(HCl) - n(NH₄OH) = 16×10^-3- 8×10^-3 = 8×10^-3 (моль);

Концентрация раствора HCl с учетом разведения составит:

С_изб(HCl) = n_изб(HCl)/(V(HCl) + V(NH₄OH)) = 8×10^-3/(0,02+0,04) = 0,1333 (моль/л)

и раствора, содержащего избыток HCl составила рН = -log(0,1333) = 0,87