Алгоритми розв’язків задач

Тема заняття: ТЕОРІЯ БРЕНСТЕДА – ЛОУРІ. БУФЕРНІ СУМІШІ

Мета проведення: закріпити теоретичні знання з даної теми через розв’язування задач на розрахунок рН розчинів кислот та основ, буферних сумішей

Після виконання роботи студент повинен:

Знати: протолітичну теорію Бренстеда – Лоурі, приклади буферних сумішей

Вміти: визначатирН розчинів кислот, основ та буферних сумішей

Матеріально – технічне оснащення робочого місця: таблицяконстант йонізації кислот і основ, таблиця наближених значень середніх коефіцієнтів активності f при різних значеннях йонної сили розчину

1. Визначити концентрацію водневих і гідроксильних іонів, якщо pOH розчину рівний 4,34.

Розв'язування

pH + pOH = 14; звідки pH = 14 - pOH, pH = 14 - 4,34 = 9,66. Якщо pH =-lg[H⁺], то [H⁺] = 10^–pH = 10^–9,66 = 2,2· 10^–10 (моль/л)

[OH^–] можна визначити двома способами:

K_w 10^–14

а) [OH^–] = ¾¾¾ = ¾¾¾¾ = 4,6· 10^–5 (моль/л);

[H⁺] 2,2· 10^–10

б) Якщо pOН=4,34, а pOH= -lg[OH^–], то [OH^–] = 10^–pOH= 10^–4,3 = 4,6·10^–5 (моль/л)

Відповідь: 2,2·10^–10; 4,6· 10^–5 (моль/л).

2. Розрахувати pH 0,20 М розчину ортофосфатної кислоти

Розв'язування

Оскільки константи дисоціації H₃PO₄ за різними стадіями значно відрізняються, то дисоціацією за другою і третьою стадією можна знехтувати. Оцінюємо ступінь дисоціації H₃PO_4­:

__________ ___________

a = Ö K_к-ти/С_к-ти =Ö7,08·10^–3/0,2 ·100% = 19%

Тому [H₃PO₄] ¹ C_к-ти і розрахунки ведуть за формулою

[H⁺] = 1/2(-K_HAn +

________________________

[H⁺] = 1/2(-7,08·10^–3 + Ö(7,08·10^–3)²+4•7,08·10^–3·0,2) = 2,33·10^–2M;

pH = -lg[H⁺] = 1,63

Відповідь: 1,63.

3. Визначити pH і ступінь дисоціації 0,1 н. розчину оцтової кислоти.

Розв'язування

CH₃COOH Û H⁺ + CH₃COO^–, [H⁺] =[CH₃COO^–]

[H⁺] · [ CH₃COO^–] [H⁺]²

К(CH₃COOH) = ¾¾¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾.

[CH₃COOH] [CH₃COOH]

__________ __________

[H⁺] = Ö K_к-ти•С_к-ти = Ö 1,77•10^–5•0,1 = 1,3•10^–3 (моль/л); pH = -lg[H⁺] = 2,9

[ CH₃COO^–] [ H⁺]

a = ¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾ = 1,3•10^–2 = 1,3 %

[CH₃COOH] [CH₃COOH]

Відповідь: 2,9; 1,3 %.

4. Скільки грамів HCOONa треба додати до 100 мл 0,2 М HCl, щоб одержати буферний розчин з pH 4,3?

Розв'язування

Коли додати достатню кількість HCOONa до HCl:

HCOONa + HCl = HCOOH + NaCl

Тому С(HCOOH) = С(HCl) = 0,2 М, pH = 4,3;

pH=-lg[H⁺], то [H⁺]=10^–pH=10^–4,3= 5•10^–5 (моль/л)

HCOOH Û H⁺ + HCOO^–

0,2-5•10^–5 5•10^–5 5•10^–5+C(HCOONa)

[H⁺]•[ HCOO^–]

К(HCOOH) = ¾¾¾¾¾¾ = 1,8•10^–4

[HCOOH]

[HCOOH] = 0,2 - 5•10^–5» 0,2 (моль/л)

[ HCOO^–]=5•10^–5 + C(HCOONa)» C(HCOONa), тому

5•10^–5• C(HCOONa)

¾¾¾¾¾¾¾¾¾ =1,8•10^–4; C(HCOONa)=0,72 M

0,2

За рівнянням взаємодії HCOONa з HCl витрачається 0,2 моль/л HCOONa. Загальна концентрація доданого натрій форміату дорівнює 0,2 + 0,72 = 0,92 (моль/л).

В 100 мл розчину є 0,92 моль HCOONa,

в 1000 мл - х моль HCOONa.

х=9,2 (моль/л), m(HCOONa) = n•М= 9,2•68 =6,2 (г)

Відповідь: 6,2 г

5. Розрахувати pH 0,1М розчину NaHCO₃.

Розв'язування

[HCO₃^-] >>K(H₂CO₃) і K(HCO₃^-) • [HCO₃^-] >> K_w, тому

__________________ ____________

[H⁺] = ÖK(H₂CO₃)•K(HCO₃^-) = Ö 7•10^–7• 6•10^–11 =

= 2,05•10^–10 M pH = 9,69

Відповідь: 9,69.

6. Розрахувати pH суміші, в якій загальні концентраціїї бензенова і амінобензенової кислот відповідно рівні 0,20М і 0,02М.

Розв'язування

Різниця у величинах констант дисоціації обидвох кислот вирівнюється великою різницею концентрацій.

K(С₆H₅COOH) = 1,62•10^-6; K(С₆H₄NH₂COOH) = 1,1•10^-5, тому

______________________ _______________________

[H⁺] = Ö K₁ •[HAn₁] + K₂ •[HAn₂] =Ö1,62•10^-6•0,2+1,1•10^-5•0,02 =

_______________

=Ö3,24•10^-7+2,2•10^-7 = 7,35•10^-4М; pH = -lg[H⁺] = -lg 7,35•10^-4 = 3,13

Відповідь: 3,13.

7. Розрахувати ступінь гідролізу і pH в 0,1 М розчині Na₂CO₃.

Розв'язування

Внаслідок гідролізу розчин Na₂CO₃ має лужну реакцію:

CO₃^2– + H₂O Û HCO₃^– + OH^– (І ступінь);

HCO₃^– + H₂O Û H₂CO₃ + OH^– (ІІ ступінь).

Концентрацією іонів [OH^–], які одержуються за другим ступенем гідролізу, можна знехтувати, так як гідроліз тут майже не проходить.

[OH^–] •[ HCO₃^–]

К_гідр. = ¾¾¾¾¾¾, домножуємо чисельник і знаменник на [ H⁺]:

[CO₃^2–]

[OH^–] •[ HCO₃^–] •[ H⁺] [OH^–]•[ H⁺] K_w 10^–14

К_гідр. = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾ = ¾¾¾ = ¾¾¾ = 1,7•10^–4

[CO₃^2–] •[ H⁺] К₂ К₂ 6•10^–11

Згідно рівняння гідролізу [ HCO₃^–] = [OH^–]; [CO₃^2–] = C (Na₂CO₃) = 0,1 (моль/л)

[OH^–]² [OH^–]²

¾¾¾¾¾¾ = K_гідр.; ¾¾¾¾¾ = 1,7•10^–4

C (Na₂CO₃) 0,1

[OH^–] = 4•10^–3; pOH = -lg4•10^–3 =2,4 pH = 14 - pOH = 11,6

Ступінь гідролізу (a_гідр) дорівнює відношенню концентрації гідролізованої соди (рівної [OH^–]) до загальної концентрації C_M(Na₂CO₃):

[OH^–] 4•10^–3

a_гідр. = ¾¾¾¾¾ = ¾¾¾ = 0,04 = 4%

C_M(Na₂CO₃) 0,1

Відповідь: 11,6; 4%.

Зміст завдань для самоконтролю

1. Визначити pH, pOH і [OH^–] для розчинів, в яких [H⁺] дорівнює 4•10^–3 (моль/л).

2. Визначити [H⁺], [OH^–] і pH для розчинів, для яких pOH = 8,34.

3. Визначити де значення pH є більшим, в: a) 0,01 н розчині HNO₃ чи в 0,01 н розчині CH₃COOH; б) 0,1 М NaOH чи 0,1 М NH₄OH?

4. Визначити pH 0,1 н розчину ціанідної кислоти.

5. Розрахувати pH: a) 0,2 М розчину бензоатної кислоти; б) 1,00 М розчину форміатної кислоти.

6. Визначити pH 0,5 н. розчину NH₄OH.

7. Визначити pH 0,04 н. розчину H₂SO₄, вважаючи дисоціацію кислоти повною.

8. Визначити pH 0,005 н. розчину KOH, прийнявши ступінь дисоціації KOH рівним 100%.

9. Розрахувати концентрацію [OH^–] іонів у розчині з pH 12,2.

10. Розрахувати pH 0,1 М розчину сульфітної кислоти;

11. У скільки разів зміниться (збільшиться чи зменшиться) концентрація [H⁺] при збільшенні pH на: а) 1; б) 0,2?

12. Визначити pH 0,01 н. розчину ацетатної кислоти, якщо ступінь її дисоціації дорівнює 4,2%.

13. Визначити концентрацію іонів [H⁺] і pH розчину, 1 л якого містить 0,03 моль CH₃COOH і 0,001 моль CH₃COONa.

14. Визначити концентрацію іонів [OH^–] і pH розчину, 1 л якого містить 0,5 моль NH₄OH і 0,1 моль NH₄Cl.

15. Визначити концентрацію іонів [OH^–]. [H⁺] і pH розчину, 1 мл якого містить 0,15 моль NH₄OH і 0,05 моль NH₄NO₃.

16. Яка молярна концентрація розчину HCOOH, рH якого дорівнює 3?

17. Визначити молярну концентрацію розчину HCN, рH якого дорівнює 5?

18. При якій концентрації CH₃COOH продисоціює на 8 %?

19. Концентрація іонів [H⁺] в розчині CH₃COOH 10^–4 моль/л. Визначити молярну концентрацію розчину.

20. Концентрація іонів [H⁺] в 0,1 М розчині CH₃COOH 1,3•10^–3 моль/л. Визначити константу і ступінь дисоціації кислоти.

21. Розрахувати pH розчину, який містить 3 г/л ортоборатної кислоти.

22. Розрахувати pH 0,01М водних розчинів: а) фосфатної кислоти; б) натрій дигідрогенфосфату; в) натрій гідрогенфосфату; д) натрій фосфату.

23. Розрахувати концентрацію ацетатної кислоти у винному оцті (pH = 2,8), якщо прийняти, що кислотність його визначається тільки ацетатною кислотою.

24. Є зразок лимонного соку з pH 2,0. Розрахувати загальну концентрацію лимонної кислоти, якщо кислотність соку надає тільки вона.

25. Розрахувати pH 0,2 M розчину піридину.

26. Розрахувати pH 0,1М розчину барій гідроксиду.

27. Розрахувати pH 2•10^–4М розчину кальцій гідроксиду.

28. Визначити pH розчину, який одержали розчиненням у 2 л води 23 г HCOOH і 21 г HCOOK.

29. Визначити pH розчину, який одержали розчиненням у100 мл 0,0375 М розчину CH₃COOH 0,102 г CH₃COONa..

30. Визначити pH розчину, в 1 л якого міститься 60,05 г CH₃COOH і 82,03 г CH₃COONa.

31. Визначити константу дисоціації H₂CO₃, якщо pH 0,1М розчину Na₂CO₃ дорівнює 11,65 (дисоціацією за другим ступенем знехтувати).

32. Визначити константу дисоціації HNO₂, якщо pH 0,1 М розчину NaNO₂ дорівнює 8,15.

33. Визначити pH розчину, коли ступінь гідролізу в: а) 0,5 М розчині CH₃COONa дорівнює 3%;б) 0,05 М КNO₂ - 5%.

34. Скільки грамів KCN містять 10 мл розчину, pH якого дорівнює 11,1?

35. Розрахувати pH 0,20М розчину амоній хлориду.

36. Чому дорівнює pH і ступінь гідролізу в 0,05 М розчині Na₂CO₃ ?

37. В 500 мл розчину містяться 2,52 г Na₂CO₃. Визначити pH і ступінь гідролізу.

38. В 250 мл розчину містяться 0,535 г NH₄Cl. Визначити pH і ступінь гідролізу.

39. Скільки грамів NH₄Cl міститься в 1 л розчину, якщо pH його 5,8?

40. При якій молярній концентрації NH₄NO₃ розчин має pH 5,6?

41. Визначити константу дисоціації HCN, якщо 0,2 М розчин NH₄CN має pH 9,23.

42. Визначити константу дисоціації HCOOH, якщо 0,1 М розчин HCOONH₄ має pH 6,5.

43. Розрахувати співвідношення молярних концентрацій кислоти і солі в амоніачному буферному розчині з pH 9,00.

44. Cкільки грамів твердого натрій гідроксиду треба додати до 100,0 мл 0,10М розчину амоній хлориду, щоб одержаний буферний розчин мав pH 9,75?

45. Розрахувати співвідношення молярних концентрацій натрій гідрогенфосфату і фосфату в буферному розчині з pH 7,20.

46. Визначити рН в 0,3 М розчині NaH₂PO₄.

47. 0,1 н. розчин HCl був нейтралізований на 80% 0,1 н розчином NaOH. Враховуючи розведення розчину, знайти значення pH одержаного розчину.

48. Розрахувати значення pH для 0,01 н. розчину ацетатній кислоти.

55. Яке повинно бути співвідношення HCOOН і HCOONa у розчині форміатної буферної суміші, щоб pH її дорівнював 2,25?

49. Визначити pH буферної суміші, яка містить 0,01М CH₃COOH і 0,01М CH₃COOК.

50. Розрахувати pH буферної суміші, яка містить 0,5М CH₃COOH і 0,01М CH₃COONa.

51. Визначити концентрацію Н⁺ і рН розчину, який в 1 л містить 0,06 мольCH₃COOH і 0,02 моль CH₃COONa.

52. В 1 л розчину міститься 2,5608 г оцтової кислоти. Визначити концентрацію Н⁺-іонів і ступінь дисоціації кислоти.

53. До 250 мл 0,4 M HCN додали 250 мл 0,4 М NaOH. Визначити рН розчину і ступінь гідролізу солі.

54. Визначити рН 1%-ного розчину NaOH, якщо r=1,0 г/мл.

55. Яка концентрація розчину аміаку, якщо NH₄OH в ньому продисоціював на 8%?

Рекомендована література:[7, 8]

Дата добавления: 2015-05-23