Ионные равновесия в растворах

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Ионные равновесия в растворах

Учебно-методическое пособие для студентов I курса

 

Петрозаводск
Издательство ПетрГУ

2010

 

Рассмотрено и рекомендовано к печати
на заседании редакционной комиссии
по отрасли науки и техники «Химия» 15 мая 2008 года

 

 

Печатается по решению редакционно-издательского совета
Петрозаводского государственного университета

 

Составители:

В. В. Вапиров, профессор;

Р. Д. Сальникова, доцент;

В. И. Беличенко, доцент;

Е. Я. Ханина, доцент;

Н. В. Вапирова, доцент

 

© Петрозаводский государственный университет, 2010

 

От составителей

В данном издании рассматриваются различные типы химических равновесий, применяемые в курсе аналитической химии.

 

Учебно-методическое пособие разделено на пять частей-модулей:

§ равновесия в водных растворах кислот и оснований;

§ буферные системы;

§ равновесия в растворах гидролизующихся солей;

§ равновесия в растворах малорастворимых соединений;

§ равновесия в растворах координационных соединений.

 

Каждый модуль содержит:

o краткое теоретическое пояснение к теме;

o разбор и решение типовых задач;

o контрольные вопросы;

o задания для самостоятельной работы студентов;

o справочные данные в виде таблиц.

 

Программа работы с модулем для студентов:

 

1. Ознакомиться с содержанием темы и ответить на предлагаемые контрольные вопросы.

2. Разобрать способы решения типовых задач, выделив в каждом основные этапы.

3. Проанализировать условие задачи для самостоятельного решения и выбрать необходимые справочные величины из таблиц.

4. Записать математические формулы, произвести в них возможные преобразования и выполнить расчеты.

Реализованный в данном пособии метод подхода должен активизировать самостоятельную деятельность студентов, развивать их логическое мышление и способствовать закреплению материала по курсу аналитической химии.

Расчет рН растворов кислот и оснований

Расчет рН в разбавленных растворах электролитов

 

Пример 1. Вычислите рН 0,0001 М раствора соляной кислоты.

Решение: HCl → H⁺ + Cl–;

[H⁺] = C_HCl = 0,0001 моль/л;

pH = – lg 𝑎_H+ = – lg[H⁺;]

pH = – lg 10^–4 = 4,00.

 

Пример 2. Вычислите рН раствора, в 500 мл которого содержится 0,20 г NaOH.

Решение: NaOH → Na⁺ + OH^–;

[OH^–] = C_NaOH =

pH = 14 – pOH;            pOH = –lg[OH^–] = –lg0,01 = 2,00;

pH = 14 – 2 = 12,00.

 

Решение типовых задач

Пример 1. В 250 мл 0,10М раствора уксусной кислоты растворено 1,025 г ацетата натрия. Вычислите рН буферной системы.

 Ка = 1,74 · 10^–5.

 

Решение:

1. рН буферной смеси рассчитаем по формуле:

рН = рКа – lg

3. Рассчитаем молярную концентрацию соли:

См = [моль/л];

См = 0,05 моль/л.

4. рН = 4,76 – 0,30 = 4,46.

 

Пример 2. Вычислите рН раствора, полученного путем смешивания 20,0 мл 0,05М раствора азотистой кислоты и 30,0 мл 1,5М раствора нитрита натрия. К_α = 6,9 · 10^–4.

Как изменится рН при разбавлении буферного раствора в 10 раз?

Решение:

1. Рассчитаем молярные концентрации компонентов буферной смеси при сливании разных объемов азотистой кислоты и нитрита натрия.

Объем буферной смеси станет равным:

V₁ + V₂ = 50,0 мл, соответственно, концентрации кислоты и соли будут:

 

Отсюда видно, что отношение концентраций, стоящее под знаком логарифма , можно заменить на отношение количеств веществ

2. Рассчитаем рН: рН = рК_α – lg – lg 0,022 = 4,94.

3. Рассмотрим, как изменится рН буферного раствора при разбавлении его в 10 раз.

При разбавлении буферного раствора количество веществ не меняется и, следовательно, рН не изменяется.

 

Пример 3. К 10,0 мл 0,10М раствора уксусной кислоты добавили 5,0 мл 0,05М раствора гидроксида натрия. Чему равен рН полученного раствора?

Решение:

1. При смешивании двух растворов протекает реакция:

СН₃СООН + NaОH → СН₃СООNa + Н₂О;

СН₃СООН + ОH^– → СН₃СОО^– + Н₂О

и образуется ацетатный буферный раствор.

2. Рассчитаем количество кислоты и щелочи до смешивания растворов:

n _NaOH = = 0,00025 моль/л;

 =  = 0,001 моль.

Количество соли (СН₃СООNa), образовавшейся в результате реакции, равно количеству добавленной щелочи:

n_NaOH =  = 0,00025 моль.

Слабый протолит уксусная кислота находится в избытке, ее количество определяется вычитанием количества кислоты, вступившей в реакцию, от количества кислоты до реакции:

n (CH₃COOH) = 0,001 – 0,00025 — 0,00075 моль.

3. рН данного буферного раствора рассчитаем согласно уравнению:

рН = рК_а – lg    pH = 4,76 – lg

Пример 4. Сколько граммов ацетата натрия необходимо добавить к 100 мл 0,10М раствора уксусной кислоты, чтобы рН стал равен 4,00?

Решение:

1. Запишем протолитическое равновесие данной системы

CH₃COOH + Н₂О ↔ СН₃СОО^– + Н₃О⁺.

CH₃COONa → CH₃COO ^- + Na⁺

2. рН буферного раствора рассчитываем по уравнению:

 рН = – lg К_а – lg

3. Выразим молярную концентрацию уксусной кислоты через количества вещества:

n = CV  следовательно рН = – lg К_а – lg

рН = – lg К_а – lg

4,00 = 4,76 – lg  –0,76 = – lg  отсюда

 n_С = 10^–2,76 = 0,0017 моль,     m_С = nM = 0,0017 · 82 = 0,142 г.

 

Пример 5. Как изменится рН аммонийной буферной системы, содержащей по 0,10 моль аммиака и хлорида аммония в литре раствора, если прибавлено:

а) 0,02 моль HCl;

б) 0,02 моль NaOH?

Решение:

1. Для расчета рН исходного раствора аммиачного буфера воспользуемся формулой

рН = 14 – рК_в + lg

pH = 14 – 4,76 + lg

рН исходного раствора аммиачного буфера равен 9,24.

а) К исходной буферной смеси добавили 0,02 моль соляной кислоты.

Согласно механизму действия буферной системы количество аммиака уменьшится (NH₃ + HCl = NH₄Cl):

n (NH₃)= 0,10 – 0,02 = 0,08 моль, а количество соли увеличится:

n (NH₄Cl)= 0,10 + 0,02 = 0,12 моль.

Изменится соотношение компонентов буферной системы и рН изменится:

рН = 14 – 4,76 + lg

б) К исходной буферной смеси добавили 0,02 моль гидроксида натрия. В системе увеличивается концентрация слабого протолита (аммиака):

NH₄⁺ + OH^– ↔ NH₃ + H₂O,

n (NH₃) = 0,10 + 0,02 = 0,12 моль, а концентрация соли уменьшится:  

n (NH₄Cl) = 0,10 – 0,02 = 0,08 моль,

рН = 14 – 4,76 + lg

Пример 6. Вычислите объемы растворов гидрофосфата и дигидрофосфата натрия с концентрацией солей 0,15 моль/л для приготовления буферного раствора объемом 1 л с рН = 7,00.

Решение:

В растворе фосфатной буферной смеси (NaH₂PO₄ + Na₂HPO₄) диссоциация ее компонентов протекает по уравнениям:

NaH₂PO₄ → Na⁺ + H₂PO₄^–;

Na ₂HPO₄ → 2Na⁺ + HPO₄^2–.

Ион H₂PO₄^– диссоциирует как слабая кислота H₂PO₄^– ↔ Н⁺ + HPO₄^2–.

Диссоциация иона HPO₄^2– крайне незначительна (K_II > K_III), следовательно, NaH₂PO₄ играет роль кислоты, а Na₂HPO₄ — ее соли.

1. Запишем протолитическое равновесие

H₂PO₄^– + H₂O ↔ Н₃О⁺ + НРО₄^2–.

2. Найдем соотношение концентраций компонентов в буферном растворе, который надо приготовить:

рН = рК_II – lg  где рК_II = 7,21.  

Обозначим объем раствора гидрофосфата натрия через х л, тогда объем раствора дигидрофосфата натрия (1 – х) л. Так как количества этих веществ находятся в одном и том же объеме, отношение концентраций можно заменить отношением количеств веществ:

7,00 = 7,21 – lg lg  = lg   

х = 0,38 л, то есть V(Na₂HPO₄) = 0,38 л; V(NaH₂PO₄) = 0,62 л.

 

Пример 7. Имеется раствор, содержащий уксусную кислоту, и ацетат натрия в соотношении 3:1. Чему будет равно соотношение кислоты и соли при изменении рН на единицу?

K_a (CH₃COOH) = 1,74 · 10^–5.

Решение:

1. Рассчитаем рН исходного раствора по уравнению:

рН = рК_а – lg  pH = 4,76 – lg

2. При значении рН = 3,28 соотношение кислоты и соли рассчитываем:

3,28 = 4,76 – lg  отсюда lg  = 1,48,

следовательно = 10^1,48 =

3. Если значение рН увеличилось до 5,28, то соотношение кислоты и соли становится:

5,28 = 4,76 – lg = 10^–0,52 =

Таким образом, при изменении рН на ± 1 соотношение компонентом изменится с 3:1 до 30:1 и 1:3 соответственно.

 

Пример 8. Буферная емкость раствора по кислоте равна 0,04 моль/л. Вычислите, какой объем раствора серной кислоты с молярной концентрацией 0,20 моль/л можно добавить к 150 мл этого раствора, чтобы сместить рН не более чем на 0,50 единицы?

Решение: Буферную емкость по кислоте рассчитывают по формуле:

     

Необходимо перевести молярную концентрацию в молярную концентрацию эквивалента

Рассчитаем молярную концентрацию эквивалента серной кислоты. Фактор эквивалента (fэ) H₂SO₄ равен ½.

 

Сэ(H₂SO₄) = 2 · 0,20 = 0,40 моль/л.

 

Тогда 0,04 =

V(H₂SO₄) = = 0,0074 л = 7,50 мл.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение буферной системе.

2. Какие существуют способы приготовления буферных растворов?

3. Какие из перечисленных веществ и в каких сочетаниях можно взять для приготовления буферных растворов: аммиак, уксусная кислота, соляная кислота, гидроксид калия, дигидрофосфат натрия, хлорид натрия, сульфат калия, гидрофосфат калия?

4. Приведите примеры буферных систем, имеющих рН > 7 и рН < 7. Укажите сопряженные протолитические пары в этих растворах.

5. Перечислите факторы, от которых зависит рН буферного раствора.

6. рН раствора необходимо поддерживать приблизительно 6,5. Какую буферную систему следует для этого выбрать: а) ацетатную; б) фосфатную; в) аммиачную?

7. Что называется буферной емкостью раствора? От каких факторов зависит буферная емкость?

8. Почему прибавление небольшого количества HNО₃ к аммиачной буферной смеси не вызовет значительного изменения рН раствора?

9. Почему прибавление небольшого количества щелочи не вызовет изменения рН фосфатной буферной смеси?

 

Задачи для самостоятельного решения

1. Вычислите рН буферных смесей, полученных при сливании равных объемов 0,01М растворов НАс и NaAc; 0,01М раствора НАс и 0,02М раствора NaAc; 0,02М раствора НАс и 0,01М раствора NaAc.

2. Вычислите рН формиатной буферной смеси, в литре которой содержится 0,50 моль НСООН и 0,40 моль НСООК. Как изменится рН, если к 1 литру этого раствора прибавить 0,10 моль НС1?

3. Вычислите рН аммиачной буферной смеси, содержащей равное число молей NH₃ и NH₄CI. Как изменится рН при разбавлении раствора в 2 раза?

4. Вычислите массу хлорида аммония, которую следует добавить к раствору аммиака с концентрацией 0,137 моль/л и объемом 2,0 л, чтобы получить буферный раствор с рН = 10,34.

5. Имеется 100,0 мл раствора уксусной кислоты, в котором степень ее диссоциации равна 1,90 %. Вычислите массу ацетата калия, которую следует добавить в этот раствор для получения буферного раствора с рН = 4,00.

6. Вычислите, какие объемы растворов формиата натрия с концентрацией 0,20 моль/л и муравьиной кислоты с концентрацией 0,30 моль/л необходимо взять для приготовления буферного раствора объемом 250,0 мл с рН = 4,25.

7. Вычислите, какой объем раствора хлорида аммония с концентрацией 0,20 моль/л и объем раствора аммиака с концентрацией 0,30 моль/л необходимы для приготовления буферного раствора объемом 300,0 мл с рН = 9,50.

8. Вычислите массу ацетата натрия, которую следует добавить к 2 л раствора с концентрацией уксусной кислоты 0,316 моль, чтобы получить буферный раствор с рН = 4,87 (изменением объема пренебречь).

9. Ацетат натрия массой 16,40 г растворили в дистиллированной воде, объем полученного раствора при этом составил 0,20 л. Уксусную кислоту массой 12,00 г растворили в дистиллированной воде, и объем полученного раствора довели до 0,50 л. В каком объемном соотношении смешали два эти раствора, если образовавшийся буферный раствор имеет рН = 4,75?

10. Как изменится рН фосфатного буферного раствора, содержащего 100,0 мл раствора дигидрофосфата натрия и 300,0 мл раствора гидрофосфата натрия (концентрации исходных растворов равны по 0,10 моль/л), при добавлении к нему 20,0 мл раствора NaOH с концентрацией 0,10 моль/л?

11. Буферные растворы приготовлены смешением растворов:

Вариант	Гидрофосфат натрия		Дигидрофосфат натрия
	V, мл	с, моль/л	V, мл	С, моль/л
а)	6,00	0,10	4,00	0,10
б)	12,00	0,05	8,00	0,005
в)	12,00	0,05	4,00	0,01
г)	6,00	0,10	8,00	0,05

Расположите буферные растфоры в порядке убывания их буферной емкости. Ответ подтвердите расчетом.

12. Вычислите рН раствора, полученного смешением 5,00 мл раствора дигидрофосфата натрия с концентрацией 0,20 моль/л и 10,00 мл раствора гидроксида натрия с концентрацией 0,20 моль/л.

13. Вычислите рН раствора, полученного смешением 5,00 мл раствора гидрофосфата натрия с концентрацией 0,20 моль/л и 10,00 мл раствора соляной кислоты с концентрацией 0,02 моль/л.

14. К раствору, содержащему ацетат натрия массой 16,40 г,  добавили 50,0 мл соляной кислоты с концентрацией хлороводорода 1,00 моль/л. Объем полученного раствора довели дистиллированной водой до 1 л. Вычислите рН конечного раствора.

15. Какие из перечисленных растворов обладают буферным действием? Ответ подтвердите расчетом и рассчитайте рН полученного буферного раствора.

Раствор NH3:	Раствор NH4Cl:
а) С = 0,10 моль/л, V = 10,00 мл, б) С = 0,01 моль/л, V = 10,00 мл.	С = 0,05 моль/л, V = 20,00 мл, С = 0,10 моль/л, V = 20,00 мл.
Раствор NH3:	Раствор HCl:
в) С = 0,10 моль/л, V = 10,00 мл, г) С = 0,05 моль/л, V = 15,00 мл.	С = 0,05 моль/л, V = 15,00 мл, С = 0,1 моль/л, V = 10,00 мл.

16. Какие из перечисленных растворов обладают буферным действием? Ответ подтвердите расчетом и рассчитайте рН полученного буферного раствора.

а. Раствор NаОH:	Раствор СH3CООН:
С = 0,10 моль/л, V = 10,00 мл.	С = 0,05 моль/л, V = 5,00 мл.
б. Раствор СH3СООNa:	Раствор СH3СООН:
С = 0,10 моль/л, V = 10,00 мл.	С = 0,05 моль/л, V = 20,00 мл.
в. Раствор NаОH: С = 0,05 моль/л, V = 5,00 мл.	Раствор СH3CООН: С = 0,10 моль/л, V = 10,00 мл.
г. Раствор СH3СООNa:	Раствор HCl:
С = 0,10 моль/л, V = 10,00 мл.	С = 0,01 моль/л, V = 5,00 мл.

 

Гидролиз солей

I. Гидролиз солей по аниону

Анионы слабых кислот (СО₃^2–, SO₃^2–, S^2–, SiO₃^2–, PO₄^3–, AsO₄^3– и т. д.) в реакциях гидролиза ведут себя как основания Бренстеда. Гидролиз многозарядных ионов идет в основном по первой ступени с образованием кислых солей:

SO₃^2– + НОН ↔ НSO₃^– + ОН^–.

В молекулярном виде уравнение гидролиза имеет вид:

К₂SO₃ + H₂O ↔ KHSO₃ + KOH.

рН растворов таких солей имеет значение больше 7, т. е. среда щелочная.

Данное протолитическое равновесие характеризуется константой гидролиза (K_г) и степенью гидролиза (h_г):

?

В общем случае для гидролиза солей по аниону имеем следующие расчетные формулы:

1. Для константы гидролиза:  где

K_w — ионное произведение воды (K_w = 10^–14, t = 25 °C, p = 1 атм);

К_α — константа сопряженной кислоты, т. е. константа диссоциации слабой кислоты (см. Приложение, табл. 2).

2. Для степени гидролиза:  где С_с — молярная концентрация соли (моль/л).

3. Величина рН растворов таких солей рассчитывается по уравнению:

рН = 7 – ½ lgK_α + ½ lgC_с.

 

Решение типовых задач

Пример 1. Рассчитайте K_г, h_г, pH 0,01М раствора гипохлорита натрия. К_α(HClO) = 2,95 · 10^–8.

Решение:

Гипохлорит натрия — соль образована сильным основанием NaOH и слабой кислотой HClO, следовательно, она подвергается гидролизу по аниону.

1. Запишем уравнение гидролиза: ClO^– + H₂O ↔ HClO + OH^–.

2. Рассчитаем константу гидролиза:

3. Определим степень гидролиза соли:

4. Найдем концентрацию ОН^–: из уравнения реакции гидролиза видно, что [HClO] = [OH^–]

 

  [OH^–] = h_r · C(NaClO) = 5,8 · 10^–3∙10^-2=5,8∙10^-5;

pOH = – lg(5,8 · 10^–5) = 4,23;

pH = 14 – 4,25 = 9,77.

Применив расчетную формулу, также можно вычислить рН данного раствора:

рН = 7 – ½ lg (2,95 · 10^–8) +1/2 lg10^–2 = 7 + 3,77 – 1 = 9,77.

 

Пример 2. рН раствора ацетата натрия CH₃COONa равно 9,50. Рассчитайте С_м, K_г, h_г соли.

Кα(CH₃COOН) = 1,76 · 10^–5.

Решение:

Соль ацетат натрия образована сильным основанием NaOH и слабой кислотой CH₃COOН, следовательно, гидролизу подвергается по аниону.

1. Запишем уравнение гидролиза:

CH₃COO^– + Н₂О ↔ CH₃COOН + ОН^–.

2. Определим концентрацию соли, используя значение рН данного раствора:

 обозначим [CH₃COONa] = х моль/л,

0,24 = lgx,        x = 1,74 моль/л.

моль/л.

3. Рассчитаем константу и степень гидролиза:

                

       

 

 

Пример 3. Вычислите рН раствора, полученного при растворении 5,35 г хлорида аммония в 1 л H₂O. K_в(NH₃∙Н₂О) = 1,75 · 10^–5.

Решение:

Хлорид аммония — соль, образованная сильной кислотой HCl и слабым основанием NH₃∙Н₂О, следовательно, гидролизуется по катиону.

1. Запишем уравнение гидролиза в ионной форме:

 NH₄⁺ + H₂O Û NH₃ + H₃O⁺.

2. Рассчитаем молярную концентрацию хлорида аммония:

3. Находим концентрацию катионов водорода:

               

рН = –lg7,56 · 10^–6 = 5,10.

 

Пример 4. Вычислите степень гидролиза и константу гидролиза  бромида аммония в 0,10М растворе, рН которого равен 5.

 Кв = 1,75 · 10^–5.

Решение:

1. Запишем ионное уравнение гидролиза: NH₄⁺ + H₂O ↔ NH₃ + H₃O⁺.

2. Определим концентрацию ионов водорода в растворе соли:

рН = 5,00;    [H⁺] = 10^–5 моль/л.

3. Рассчитаем степень гидролиза бромида аммония:

[NH₃] = [H⁺], тогда h_г =

4. Константу гидролиза рассчитаем согласно уравнении.

Зная константу ионизации слабого электролита и ионное произведение воды, запишем:

 

Пример 5. Рассчитайте константу диссоциации (К_α) азотистой кислоты, если концентрация раствора нитрита калия равна 1 · 10^–3 моль/л, рН раствора соли равен 7,15.

Решение:

1. Запишем уравнение гидролиза: NO₂^– + H₂O Û HNO₂ + OH^–.

2. [HNO₂] = [OH^–],  следовательно?

    (I)?

3. Среда раствора при гидролизе этой соли определяется наличием в растворе гидроксильных групп. рН + рОН = 14, тогда рОН = 14 – рН, рОН = 14 – 7,15 = 6,85,     рОН = –lg[OH^–]     [OH^–] = 1,4 · 10^–7 моль/л.

4. Рассчитаем константу диссоциации слабого протолита (HNO₂); подставить в формулу (I) численные значения.

 

Пример 6. Во сколько раз надо изменить концентрацию 0,1М раствора ацетата натрия (CH₃COONa), чтобы степень гидролиза соли удвоилась?

Решение:

Степень гидролиза любого растворенного вещества увеличивается при уменьшении концентрации раствора, значит, раствор следует разбавить, добавив воды.

При уменьшении концентрации С_с в х раз степень гидролиза увеличивается в  раз Û чтобы h_r удвоилась, раствор нужно разбавить в 4 раза.

 

Пример 7. Оцените рН 1,0М раствора гидросульфита калия (KHSO₃).

Решение:

1. Гидросульфит калия в растворе полностью диссоциирован на ионы:

KHSO₃ → К⁺ + HSO₃^–.   K_I = 1,6 ·10^-2

 

2. Ионы HSO₃^– участвуют в двух равновесиях:

— диссоциации по второй ступени: HSO₃^– + H₂O Û Н₃О⁺ + SO₃^2–,

К_II = 6 · 10^–8;

—гидролиза: HSO₃^– + H₂O Û H₂SO₃ + OH^–,

Если К_ll > K_r, то реакция среды практически полностью определяется равновесием диссоциации иона HSO₃^–.

 Равновесная концентрация [H⁺] = 𝑎· С_м   при С = 1 моль/л.   [H⁺] = 2,4 · 10^–4 моль/л,

 

рН = –lg[H⁺] = –lg (2,40 · 10^–4) = 3,60.

 

Контрольные вопросы

1. В чем состоит различие между гидратацией иона и гидролизом иона?

2. Как влияет на глубину протекания гидролиза соли заряд катиона и его радиус?

3. Какие факторы влияют на степень гидролиза соли?

4. Расположите перечисленные катионы в ряд по возрастанию способности к гидролизу: Al³⁺, Cr³⁺, Fe³⁺.

5. В какой цвет окрасится каждый из растворов  К₂СО₃ и NH₄Cl  при добавлении следующих индикаторов:

а) метилового оранжевого;

б) фенолфталеина?

Напишите реакции гидролиза этих солей.

6. Напишите уравнения реакций гидролиза следующих солей: сульфат меди (II), карбонат аммония, фосфат натрия, хлорид железа (III).

7. Укажите реакцию среды   водных растворов следующих солей:

а) иодид калия, бромид аммония, сульфид натрия;

б) дигидрофосфат калия, нитрат калия, цинкат натрия;

в) хлорид хрома (III), хлорид бария, сульфат калия.

8. Какие условия необходимо создать, чтобы подавить гидролиз сульфата железа (II)?

9. Как изменится степень гидролиза цианида натрия при добавлении к раствору:

а) гидроксида натрия;

б) хлороводородной кислоты?

10. Почему гидролиз сульфида хрома (III) идет необратимо? Ответ подтвердите уравнением реакции.

11. При взаимодействии растворов Fe₂(SO₄)₃ и K₂CO₃ выпадает осадок гидроксида железа (III)? Дайте пояснения, напишите реакции.

12. При равных концентрациях солей степень гидролиза какой соли больше: NH₄NO₂ или NH₄СN? Ответ подтвердите расчетами.

13. В какой последовательности уменьшаются значения рН водных растворов приведенных ниже солей с одинаковой молярной концентрацией:

а) нитрит калия;

б) нитрат калия.

в) сульфат меди (II)

14. Какую реакцию среды (кислую, нейтральную, щелочную) имеют водные растворы следующих солей:

а) цианид аммония;

б) ацетат аммония;

в) фторид аммония.

 

Задания для самостоятельной работы

1. Почему при растворении в воде хлорида висмута (III) раствор подкисляют? Напишите уравнение гидролиза, выражение константы гидролиза. Какие факторы надо использовать, чтобы подавить гидролиз этой соли?

2. В 1 л раствора содержится 1,96 г ацетата калия. Рассчитайте степень гидролиза и концентрацию уксусной кислоты, которая образовалась в результате гидролиза соли.

3. Во сколько раз надо изменить концентрацию 0,10 М раствора цианида натрия, чтобы степень гидролиза соли удвоилась?

4. рН 0,01М раствора калиевой соли слабой одноосновной кислоты равно 9,50. Вычислите:

а) константу гидролиза этой соли

б) степень гидролиза этой соли.

5. Вычислите константу гидролиза и рН раствора гидроселенита калия.

6. Какую массу сульфата аммония растворили в 1 л воды, если в результате гидролитического процесса рН раствора равен 5,60?

7. Вычислите степень гидролиза и рН 0,012М раствора сульфата меди (II).

8. Рассчитайте рН раствора арсената натрия, содержащего 3,05 г соли в 250 мл раствора.

9. Как изменится рН 0,10 моль/л раствора карбоната натрия, если этот раствор разбавить в 10 раз?

10. Рассчитайте молярную концентрацию раствора силиката натрия, если рН раствора равен 8,50.

11. Рассчитайте константу гидролиза и степень гидролиза раствора цианида аммония.

12. Какие факторы подавляют гидролиз солей, образованных сильным основанием и слабой кислотой (например, K₂S, K₂CO₃, K₂SO₃):

а) разбавить водой;

б) понизить температуру;

в) повысить температуру;

г) добавить кислоту;

д) добавить щелочь?

Обоснуйте ответ, написав реакции гидролиза этих солей.

13. Рассчитайте рН 0,10 моль/л растворов следующих солей: Na₃PO₄, Na₂HPO₄, NaH₂PO₄. Прокомментируйте полученные результаты.

14. Вычислите степень гидролиза ацетата аммония:

а) при t = 25 °C;

б) при t = 100 °C.

Какой вывод можно сделать из полученных результатов?

15. При обнаружении ацетат-ионов исследуемый раствор нагревают на водяной бане с хлоридом железа (III). Образуется красно-бурый осадок. Напишите уравнение реакции. Какой процесс при этом протекает?

16. Рассчитайте константу диссоциации метановой кислоты, если концентрация раствора формиата натрия равна 1 · 10^–2 моль/л, рН раствора соли 7,50.

17. Вычислите значение констант гидролиза при t = 25 °C растворов:

а) цианида калия;

б) ацетата калия.

Прокомментируйте полученные результаты.

18. К раствору хлорида хрома (III) прибавили раствор карбоната натрия. При этом образовался осадок, растворимый в избытке щелочи и кислоты. Напишите уравнения реакций, дайте пояснения.

19. Пробирку с раствором хлорида железа (III) нагрели и поместили в нее кусочек цинка (предварительно очищенного). Какой газ при этом выделяется? Напишите уравнения соответствующих реакций.

20. Расположите соединения Na₂СO₃, NaHСO₃, NaОH. в порядке увеличения рН, если растворы имеют одинаковую концентрацию равную 0,10 моль/л.

 

 

Варианты контрольных задач по темам:

 расчеты рН и рОН сильных и слабых электролитов, буферных растворов, растворов гидролизующихся солей

Вариант № 1

1. Рассчитайте [H⁺] и рН в растворах:

а) HCl;

б) Ва(ОН)₂

Молярную концентрацию растворов считать равной 0,015 моль/л.

2. Рассчитайте коэффициент активности активности ионов водорода в растворе уксусной кислоты, если молярная концентрация кислоты равна 0,006 моль/л и рН = 3,49.

3. Как изменится [H⁺] в растворе, если величина рН раствора:

а) уменьшится на 2 единицы; б) увеличится на 2 единицы.

4. Вычислите значения рН растворов, содержащих в 1 л:

а) 0,10 г КОН;

б) 6,30 г HNO₃

5. Рассчитайте рН буферного раствора, полученного растворением 9,60 г CH₃COOH и 0,82 г CH₃COONa в 500 мо воды.

6. Концентрация нитрита калия в растворе равна 1 · 10^–3 моль/л, рН раствора 7,15. Рассчитайте константу диссоциации азотистой кислоты Кα.

7. Сколько граммов NH₄Cl надо растворить в 20,0 мл 0,50М раствора аммиака, чтобы получить концентрацию гидроксид-ионов, равную

5 · 10^–4 моль/л?

 

Вариант № 2

1. Рассчитайте [H⁺] и рН в растворах:

а) NH₃ · H₂O;

б) HCl

Молярную концентрацию растворов считать равной 0,015 моль/л.

2. Рассчитайте коэффициент активности ионов водорода в растворе серной кислоты, если См (H₂SO₄) = 0,01 моль/л; рН = 1,76.

3. Вычислите молярную концентрацию растворов муравьиной кислоты, значения рН которых составляют: а) 2,30; б) 3,10.

4. Вычислите активность ОН^- и значения рН для раствора КОН с массовой долей раствора 2,00 %, ρ_р-ра = 1,02 г/мл.

5. Определите рН в растворе, содержащем 0,10 моль аммиака и 0,01 моль NH₄Cl в 100 мл раствора. К_В = 1,80 · 10^–5. Как изменится рН раствора при добавлении 0,70 г HCl?

6. рН раствора ацетата натрия составляет 9,50. Рассчитайте С_М, К_г, h_г раствора полученной соли.

7. Сколько граммов нитрита натрия надо растворить в 0,60 л воды, чтобы рН полученного раствора стало равным 6,00?

 

Вариант № 3

 

1. Рассчитайте рН раствора серной кислоты объемом 100 мл и массовой долей 3,00 % (ρ_р-ра = 1,0 г/мл). Как изменится рН раствора после добавления 0,05 моль сульфата алюминия?

2. Какая масса НСООН содержится в 300 мл раствора, если рН = 3,00?

3. Степень диссоциации 0,10М раствора аммиака равна 1,33 %. Вычислите рН этого раствора.

4. Как изменится концентрация ионов водорода в воде, если температура воды увеличилась от 20 до 80 °С?

5. В 1,0 л раствора содержится 1,96 г ацетата калия. Рассчитайте степень гидролиза и концентрацию уксусной кислоты, образовавшейся в результате гидролиза соли.

6. Сколько граммов цианида калия надо добавить к 500 мл 0,40М раствора HCN, чтобы раствор стал нейтральным?

7. Сколько граммов KH₂PO₄ надо растворить в 25,0 мл 0,20М раствора К₂НРО₄, чтобы рН = 7,20?

 

Вариант № 4

1. Как изменится рН раствора серной кислоты объемом 100 мл с С_Э = 0,05 моль/л после добавления 20,0 мл 0,50М раствора сульфата калия?

2. Рассчитайте значение рН раствора, полученного при смешении равных объемов растворов 0,06М H₂SO₄ и 0,02М HCl.

3. Вычислите концентрацию сероводородной кислоты  в растворе, рН которого 4,60.

4. При разбавлении раствора в 10 раз его рН изменился точно на единицу. Что можно сказать на основании этого факта о концентрации раствора и природе растворенного электролита?

5. рН 0,10М раствора калиевой соли некоторой одноосновной органической кислоты равна 9,00. Вычислите константу гидролиза и константу диссоциации этой кислоты.

7. Во сколько раз надо изменить концентрацию 0,10М раствора ацетата натрия, чтобы степень гидролиза соли удвоилась?

7. Сколько граммов уксусной кислоты надо добавить к 100 мл 0,50М раствора ацетата калия, чтобы раствор имел рН = 5,00?

 

Вариант № 5

1. рН желудочного сока равен 0,90. Определите молярную концентрацию (моль/л) соляной кислоты.

2. Рассчитайте активность Н⁺ в 0,01М растворе H₂SO₄, содержащем 0,20 моль/л Na₂SO₄.

3. В растворе какой кислоты и во сколько раз [Н⁺] больше: а) Н₂СО₃ или H₂SiO₃; б) HCl или HCIO? Молярные концентрации кислот считать одинаковыми.

4. Вычислите К_В и рК_В в растворе аммиака (NH₃ · H₂O) ω = 1,00 % и ρ = 1,0 г/мл, если степень диссоциации α = 0,77%.

5. Рассчитайте рН 0,10М растворов следующих солей:

а) Na₃PO₄; b) Na₂HPO₄; с) NaH₂PO₄.

Напишите соответствующие уравнения реакций, прокомментируйте полученные результаты.

6. Сколько молей NH₄Cl следует добавить в один литр 0,10М раствора NH₃ · H₂O, чтобы молярная концентрация гидроксид-ионов стала равной константе диссоциации этого слабого основания?

7. К 210 мл 0,10М раствора карбоната натрия добавили 90 мл 0,10М HCl. Вычислите рН полученного раствора.

 

Вариант № 6

1. Рассчитайте [Н⁺] и рН растворов а) H₂SO₄; б) Са(ОН)₂. Молярная концентрация растворов равна 0,0125 моль/л.

2. Чему равен рН раствора ортоборной кислоты молярной концентрации эквивалента 0,08 моль/л?

3. Какую массу азотистой кислоты необходимо растворить в 200,0 мл воды, чтобы рН раствора был равен 2,50?

4. Вычислите активность Н⁺ и значение рН раствора NaОH объемом 300,0 мл ω = 3,00% и ρ = 1,02 г/мл.

5. К 500,0 мл раствора муравьиной кислоты с молярной концентрацией 0,20 моль/л прибавили 3,40 г формиата натрия. Определите рН полученного раствора. Как изменится рН раствора при добавлении 1,00 г NaОH?

6. Рассчитайте K_г, h_г, рН раствора нитрата аммония  

С_М = 0,025 моль/л.

7. Сколько граммов карбоната натрия растворено в 0,50 л воды, если рН полученного раствора равен 9,90?

 

Вариант № 7

1. Рассчитайте [Н⁺] и рН растворов:

а) HCN;

б) NaOH.

 Молярная концентрация растворов равна 0,003 моль/л.

2. Какую массу уксусной кислоты необходимо растворить в 500 мл воды, чтобы получить раствор с рН = 2,50 (плотность полученного раствора принять за 1 г/мл)?

3. Чему равен рН раствора Са(ОН)₂ с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,08 моль/л?

4. Вычислите активность Н⁺ и значение рН раствора H₂SO₄ ω = 2,5 % и ρ = 1,019 г/мл.

5. Рассчитайте рН раствора, содержащего 5,0 г аммиака и 2,0 г нитрата аммония в 0,59 л раствора. Как изменится рН раствора при добавлении 1,0 г HCl?

6. Рассчитайте K_г, h_г, рН для 0,05М раствора K₂SO₃.

7. В каком объеме воды надо растворить 0,03 г ацетата натрия, чтобы рН стало равным 8,00?

Вариант № 8

1. Рассчитайте [Н⁺] и рН растворов: а) Ва(ОН)₂; б) HNO₃. Молярная концентрация растворов равна 0,02 моль/л.