Материал: Сборник задач по дисциплине «Химия воды с основами микробиологии» для практических занятий. Яценко В.Н., Бабкин В.Ф
воздуха, если при этой температуре растворимость кислорода 31,0 мл/л, а азота – 15,4 мл/л.
17.Газовая смесь, имеющая объёмный состав: кислорода 20%, азота 75%, двуокиси углерода 0,5% и хлора 4,5% была растворена в воде при 0ºС под давлением в 5 атм. Растворимость в воде при 0ºС: кислорода – 4,89 мл; азота – 2,35 мл; двуокиси углерода – 171 мл; хлорида – 461 мл на 100 мл воды. Вычислить массу указанных газов, содержащихся в 1 л раствора.
18.При растворении 5,35 г хлорида аммония NH4Cl в 194 г воды температура последней понизилась на 2ºС. Вычислить теплоту растворения хлорида аммония.
19.Раствор нитрата калия KNO3, насыщенный при 80ºС охладили до 40ºС. Сколько грамм нитрата калия выпадет в осадок из 200 г такого раствора?
20.При 80ºС растворимость кислорода О2 в 100 г воды составляет 1,8 мл. Какова растворимость кислорода при изменении температуры до 20 ºС?
3.ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ
При растворении в воде электролиты (растворы кислот, оснований, солей) способны проводить электрический ток. Это происходит потому, что растворитель распадается на заряженные ионы. Положительно заряженные – катионы (например, ионы водорода и металлов). Отрицательно заряженные – анионы (ионы кислотных остатков и гидроксид-ионы).
Электролиты делятся на две группы: сильные электролиты и слабые электролиты.
К сильным электролитам относятся все соли, а также кислоты HNO3, H2SO4, HClO4, HCl, HBr, HI. К ним также относятся основания КОН, NaOH, Ba(OH)2, и Ca(OH)2.
Большинство органических кислот относятся к слабым электролитам, из неорганических соединений H2CO3, H2S, HCN, H2SiO3 и NH4OH.
11
Степень диссоциации обозначается буквой «α» и выражается в долях единицы или в процентах.
Например: 1Н раствор CH3COOH α = 0,013 (или 1,3%).
В процессе диссоциации слабого электролита в растворе устанавливается равновесие между молекулами вещества и ионами, образовавшимися в результате диссоциации.
Так, для диссоциации уксусной кислоты CH3COOH H++CH3COO– константа равновесия имеет вид:
= |
[ [ ][ |
] ] |
При диссоциации многоосновных кислот, а также двух и более кислотных оснований идет процесс ступенчатой диссоциации:
+
+
В этом случае имеем: |
|
|
|
|
|
||
= |
[ |
[ |
][ |
] |
] |
||
= |
[ |
[ |
|
][ |
] |
] |
|
Суммарное равновесие будет: |
|
|
+ |
|
|||
|
2 |
|
|
||||
= |
[ |
|
[ ] |
[ |
] |
] |
|
=∙
Аналогично идет диссоциация оснований многовалентных
металлов. |
|
|
|
( |
|
) |
+ |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
= |
[ |
|
][) ] |
] |
|
|
+ |
[ |
|
][ |
|
] |
||
[ ( |
|
и |
= |
[ |
] |
|||||||||
= |
[ |
[ (][ |
) ] |
] |
|
|
= |
∙ |
|
|
||||
12
Задачи для самостоятельного решения
1.Как диссоциируют на ионы электролиты, формулы которых: HCl, HBr, HNO3, NaOH, КОН, NaCl, KNO3, Al2(SO4)3?
2.Написать уравнение ступенчатой диссоциации кислот: H2SO4,
H2СO3, H2S, H3AsO4.
3.Вычислить массу ионов K+и Cl–, содержащихся в 500 мл 0,5М раствора хлорида калия.
4.Вычислить массу ионов Ca+и Cl–, содержащихся в 100 мл 0,1Н раствора хлорида калия.
5.Считается, что 1 мл раствора составляет 30 капель. Определить количество ионов Na+и OH–, которое содержится в одной
капле 0,001М раствора гидроксида натрия.
6.В 1 м3 воды внесли каплю 0,1М раствора хлорида магния. Сколько ионов Mg2+и Cl– оказалось в капле полученного раствора?
7.Степень диссоциации соляной кислоты HCl в 0,02М растворе равняется 92%. Вычислить массу ионов Н+и Cl–, содержащихся в 0,5
лраствора.
8.Какие из кислотных остатков кислот, формулы которых H2SO3, H2SO4, H2S, H3AsO4 входят в состав кислых солей.
9.Составить формулы солей, образованных следующими катионами и анионами:
а) |
и |
|
; |
|
к) |
и |
|
; |
|
б) |
и |
|
; |
|
л) |
и |
|
|
; |
в) |
и |
|
; |
|
м) |
и |
|
; |
|
г) |
и |
; |
|
|
н) |
и |
|
|
; |
д) |
и |
|
; |
|
о) |
|
и |
|
; |
е) |
и |
; |
|
|
п) |
и |
|
; |
|
ж) |
и |
|
; |
|
р) |
и |
|
; |
|
из)) |
( )и и |
; |
; |
тс)) |
и |
и |
. |
; |
|
10. Составить формулы нормальных и кислых солей магния, железа и кислот соляной, азотной, серной.
13
11.Составить формулы нормальных и кислых солей калия, стронция, цинка и кислот угольной, серной, ортофосфорной.
12.Составить формулы нормального и кислого сульфатов
натрия.
4.ДИССОЦИАЦИЯ ВОДЫ. ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ
Чистая вода не проводит электрический ток, но в незначительной степени диссоциирует на ионы Н+и ОН–. Эти ионы находятся в равновесии с недиссоциированными молекулами воды:
+ .
Концентрацию ионов выражают в молях ионов на 1 л. Из выше приведенного уравнения диссоциации воды видно, что концентрации
[ |
] и [ |
] равны. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Произведение концентрации ионов водорода и ионов |
||||||||||||||
гидроксида в воде называют ионным произведением воды – КВ. |
|
||||||||||||||
|
Эти значенияВ [ |
]∙ [ |
] = 10 |
|
∙10 |
|
= 10 |
|
. |
|
|||||
[ |
] = [ |
] = 10 |
установлены опытным путём. Для чистой воды |
||||||||||||
моль/л. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Если к воде добавить кислоту, то концентрация [ |
] возрастет и |
|||||||||||||
моль/л. В |
|
10 |
, а |
концентрация |
[ |
|
] |
станет |
меньше |
10 |
|||||
станет больше |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
случае же добавления к воде щелочи, возрастает |
|||||||||||||
концентрация |
|
, а концентрация [ |
|
|
] снижается. |
|
|
|
|||||||
|
Отсюда следует[ ] , что кислотность или щёлочность раствора |
||||||||||||||
можно выразить через концентрацию либо ионов [ |
], |
либо ионов |
|||||||||||||
[[ |
|
нейтрального раствора [ |
|
] |
= |
10 |
|
моль/л, |
для кислого |
||||||
]>]. Длямоль/л и для щелочного [ |
]< |
|
моль/л. |
|
|
|
|||||||||
|
10 |
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
||
|
Для удобства расчетов концентрацию ионов [ |
|
] выражают |
||||||||||||
через водородный показатель рН. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Водородным показателем называют |
|
. Он рассчитывается: |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
= −lg[ |
|
]. |
|
|
|
|
|
||
Значение рН характеризует реакцию раствора: рН = 7 – нейтральная; рН < 7 – кислая; рН > 7 – щелочная.
14
Для решения задач по данному разделу необходимо использовать приложение 4 и приложение 5 данного издания.
Задачи для самостоятельного решения
1.Принимая, что серная кислота диссоциирует полностью, определите рН её 0,012 М раствора.
2.Определить рН 0,005 М раствора гидроксида натрия.
3.Водородный показатель раствора соляной кислоты равен 2,1. Определить концентрацию соляной кислоты в растворе.
4.Концентрация ионов Н+ в водном растворе равняется 10–5. Чему равна концентрация ионов ОН–?
5.Концентрация ионов ОН– равняется 10–4. Чему равна концентрация ионов Н+?
6.Кислым или щелочным является раствор, если концентрация ионов Н+ в нём равна: а) 10–3; б) 10–5; в) 10–8; г) 10–11?
7.В каком растворе концентрация ионов Н+ больше, если концентрация ионов ОН– равна: а) 10–9; б) 10–5; в) 10–11?
8.Определить рН раствора, в котором концентрация ионов Н+
равна: а) 10–2; б) 10–5; в) 10–9?
9.Найти рН раствора, в котором концентрация ионов ОН– равна:
а) 10–12; б) 10–10; в) 10–9; г) 10–5?
10.При каких значениях рН: 2, 4, 6, 8 – раствор кислый, при каких щелочной, при каких более кислый, при каких более щелочной?
5.ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ. ПРИНЦИП ЛЕ ШАТЕЛЬЕ
Как отмечалось ранее, реакции, протекающие с образование растворимых продуктов – обратимые. Если не получаются газообразные вещества, что-то из продуктов реакции выпадает в осадок или образуется слабый электролит, то реакция необратима.
2 |
= 2 +3 ↑. |
Реакции, протекающие одновременно в двух взаимно противоположных направлениях, называются обратимыми.
3 + 2
15