Константы диссоциации некоторых слабых кислот и оснований

Таблица 4.1

Окончание табл.4.1

Задание II.Решить задачи.

51. Какой объем 88-процентного раствора серной кислоты плотностью 1,8 г/см³ надо взять, чтобы приготовить 2 л этой же кислоты концентрацией 2,36 моль/л?

52. Какое количество миллилитров 12 н. раствора едкого кали (КОН) надо взять, чтобы приготовить 500 мл 15-процентного раствора едкого кали плотностью 1,14 г/см³?

53. Какое количество воды надо добавить к 200 мл 52-процентного раствора едкого натра плотностью 1,35 г/см³, чтобы получить раствор с концентрацией 2,78 моль/л?

54. Раствор серной кислоты концентрацией 3 моль/л имеет плотность 1,18 г/см³. Какое количество воды надо добавить к 118 г этого раствора, чтобы получить раствор с концентрацией 12 %?

55. Сколько воды надо добавить к 125 мл 26-процентного раствора соляной кислоты плотностью 1,13 г/см³, чтобы получить раствор с концентрацией 14,5 %?

56. Какое количество воды надо добавить к 150 г раствора хлорида бария в воде (концентрация 2 экв/л, плотность 1,2 г/см³), чтобы получить раствор с концентрацией 8 %?

57. Какое количество миллилитров раствора фосфорной кислоты, мольная доля которого 0,01 (плотность раствора 1,025 г/см³), надо взять, чтобы получить 200 г раствора с концентрацией 2,6 %?

58. Сколько миллилитров 2,25 М раствора хлорида калия надо взять, чтобы приготовить 1,5 л 6-процентного раствора плотностью 1,04 г/см³?

59. Какой объем раствора соляной кислоты (концентрация 38 %, плотность 1,189 г/см³) потребуется для приготовления 250 мл 0,08 н. раствора?

60. Сколько миллилитров раствора серной кислоты (концентрация 96 %, плотность 1,84 г/см³) потребуется для приготовления 2 л 0,25 н. раствора?

61. Сколько граммов едкого кали надо взять для приготовления 2 л раствора концентрацией 10 % и плотностью 1,09 г/см³?

62. Какой объем раствора серной кислоты (концентрация 98 %, плотность 1,837 г/см³) надо взять для приготовления 500 мл 0,1 н. раствора?

63. Какой объем 3 н. раствора фосфорной кислоты надо взять для приготовления 1 л 0,5 М раствора?

64. Как приготовить 500 мл 0,5 н. раствора соды из 2 н. ее раствора?

65. Сколько миллилитров воды надо прибавить к 300 мл раствора едкого кали, (концентрация 25 %, плотность 1,236 г/см³), чтобы получить 8-процентный раствор?

66. Какой объем азотной кислоты (концентрация 56 %, плотность 1,345 г/см³) потребуется для приготовления 1 л 0,1 М раствора?

67. Сколько миллилитров воды надо прибавить к 100 мл раствора серной кислоты (концентрация 48 %, плотность 1,376 г/см³), чтобы получить 0,5 н. раствор?

68. До какого объема надо разбавить 200 мл 1 н. раствора хлорида натрия, чтобы получить раствор концентрацией 4,5 % и плотностью 1,029 г/см³?

69. Сколько граммов сульфата натрия надо прибавить к 1 л раствора (концентрация 10 %, плотность 1,09 г/см³), чтобы получить 15-процентный раствор?

70. Сколько воды надо прибавить к 200 мл раствора азотной кислоты (концентрация 32 %, плотность 1,193 г/см³), чтобы получить 10-процентный раствор?

71. Сколько раствора соляной кислоты (концентрация 36 %, плотность 1,179 г/см³) потребуется для приготовления 1 л 0,5 н. раствора?

72. Сколько воды надо добавить к 50 мл 2 н. раствора, чтобы получить 0,25 н. раствор?

73. Сколько граммов хлорида аммония надо добавить к 5 л 2,1 М раствора плотностью 1,054 г/см³, чтобы получить 20-процентный раствор?

74. Сколько граммов едкого натра надо взять для приготовления 2 л раствора концентрацией 10 % и плотностью 1,080 г/см³?

75. Как приготовить 1 л 1 н. раствора KOH из 49-процентного раствора той же щелочи плотностью 1,5 г/см³?

76. Имеется раствор серной кислоты (концентрация 80 %, плотность 1,732 г/см³). Как из него приготовить 2 л 6 М раствора H₂SO₄?

77. Сколько серной кислоты (концентрация 60 %, плотность 1,503 г/см³) надо взять для приготовления 10 л 0,1 н. ее раствора?

78. Сколько воды надо испарить, чтобы из 10 л 0,25 М раствора ортофосфорной кислоты получить 6 М раствор?

79. В лаборатории имеется 20 кг 12-процентного раствора поташа K₂CO₃. Сколько килограммов технического поташа, содержащего 8 % посторонних примесей, надо взять для повышения концентрации имеющегося раствора до 20 %?

80. Какой объем раствора карбоната натрия (концентрация 10 %, плотность 1,105 г/см³) требуется для приготовления 5 л 2-процентного раствора плотностью 1,02 г/см³?

81. Сколько граммов хлористого аммония потребуется для приготовления 600 мл 0,5 М раствора?

82. Какую массу нитрата свинца (II) надо взять для приготовления 300 мл 0,2 н. раствора?

83. Сколько граммов медного купороса (пентагидрата сульфата меди (II)) надо взять для приготовления 1 л 2 н. раствора?

84. Какой процентной концентрации получится соляная кислота, если к 100 мл раствора HCl (концентрация 36 %, плотность 1,179 г/см³) прибавить 200 мл воды?

85. Сколько граммов азотной кислоты содержится в 1 л 36-процентного раствора плотностью 1,221 г/см³?

86. Какой процентной концентрации получится раствор, если к 500 мл 30-процентного раствора КОН плотностью 1,288 г/см³ прибавить 500 мл воды?

87. Какой объем аммиака следует растворить в воде при 25 °С и 120 кПа для получения 2 л 10-процентного раствора гидроксида аммония, плотностью 0,96 г/см³?

88. Какая масса сульфита натрия потребуется для приготовления 5 л 8-процентного раствора плотностью 1,075 г/см³?

89. Сколько воды надо прибавить к 50 мл 2 М раствора ортофосфорной кислоты, чтобы получить 0,25 н. раствор?

90. Какой объем воды потребуется для растворения 67,2 л хлороводорода, приведенного к нормальным условиям, для получения 9-процентного раствора плотностью 1,04 г/мл?

91. Сколько граммов десятиводного сульфата натрия нужно растворить в 800 мл воды для получения раствора с концентрацией по безводному сульфату натрия 10 %?

92. Какая масса хлорида калия потребуется для приготовления 200 мл раствора с концентрацией 1,455 моль/л?

93. Необходимо приготовить 100 г раствора хлорида бария с концентрацией 5 %. Какая масса дигидрата хлорида бария потребуется для этого?

94. Какой объем раствора серной кислоты (концентрация 30 %, плотность 1,12 г/см³) потребуется для приготовления 2 л раствора концентрацией 0,4 н.?

95. Какой объем аммиака при температуре 25 °С и давлении 1 атм следует растворить в 1 л воды для получения раствора гидроксида аммония концентрацией 20 %?

96. Рассчитать, какой объем воды следует взять для растворения 16 г СН₃ОН для получения раствора метанола с мольной долей 0,02.

97. Раствор хлорида алюминия в воде имеет концентрацию 2 экв/л и плотность 1,08 г/см³. К 50 г этого раствора добавили 35 мл воды, и его плотность стала 1,035 г/см³. Найти массовую долю хлорида алюминия в новом растворе.

98. Сколько 5-процентного раствора можно приготовить из 1 т плавленого сульфида натрия, содержащего 30 % примесей?

99. Раствор хлорида алюминия в воде имеет концентрацию 2,18 экв/л и плотность 1,08 г/см³. К 50 г этого раствора добавили 35 мл воды и его плотность стала 1,044 г/см³. Найти концентрацию нового раствора в процентах.

100. К 200 мл 0,7 н. раствора серной кислоты прибавили 300 г воды. Рассчитать конечную концентрацию серной кислоты в граммах на литр.

101. Смешали 20 мл 0,5 н. раствора соляной кислоты и 10 мл 0,2 н. раствора гидроксида бария. Какое вещество и в каком количестве будет находиться в растворе в избытке?

102. Раствор хлорида бария содержит 2,3 г бария. Сколько миллилитров 0,5 н. раствора серной кислоты потребуется для осаждения всего бария в виде сульфата?

103. Сколько и какого вещества останется в избытке, если к 75 мл 0,3 н. раствора серной кислоты прибавить 125 мл 0,2 н. раствора калиевой щелочи?

104. Для осаждения в виде хлорида всего серебра, содержащегося в 100 мл раствора нитрата серебра, потребовалось 50 мл 0,2 н. раствора соляной кислоты. Какова нормальность раствора нитрата серебра, и какая масса хлорида серебра выпала в осадок?

105. На нейтрализацию 31 мл 0,16 н. раствора щелочи требуется 217 мл раствора серной кислоты. Чему равна нормальность раствора серной кислоты?

106. Какой объем 0,3 н. раствора кислоты требуется для нейтрализации раствора, содержащего 0,32 г гидроксида натрия в 40 мл?

107. На нейтрализацию 1 л раствора, содержащего 1,4 г гидроксида калия, требуется 50 мл раствора кислоты. Вычислить нормальность раствора кислоты.

108. Какая масса азотной кислоты содержалась в растворе, если на нейтрализацию его потребовалось 35 мл 0,4 н. раствора гидроксида натрия?

109. Сколько миллилитров 1 н. раствора едкого натра потребуется для полной нейтрализации 300 мл 0,1 М раствора серной кислоты?

110. Смешали 1 л раствора соляной кислоты (концентрация 20 %, плотность 1,098 г/см³) и 1 л раствора соляной кислоты (концентрация 12,5 %, плотность 1,06 г/см³). Какой молярной концентрации раствор получится после смешивания?

111. Сколько миллилитров 0,1 н. едкого натра (NaOH) потребуется для осаждения меди в виде гидроксида из 20 мл раствора сульфата меди, в 1 л которого содержится 10 г меди?

112. Сколько миллилитров соляной кислоты (концентрация 10 %, плотность 1,047 г/ см³) потребуется для нейтрализации раствора, содержащего 8,5 г гидроксида бария?

113. Сколько миллилитров раствора соды, содержащего в 1 л 21,2 г соли, надо добавить к 30 мл 0,2 н. раствора хлорида кальция для полного осаждения кальция в виде карбоната?

114. Сколько граммов гидроксида железа выпадет в осадок, если к 500 мл 0,2 н. раствора хлорида железа (III) добавить избыток щелочи?

115. В каком объемном отношении надо смешать растворы гидроксида бария с концентрацией 95,5 г/л и 0,5 н. соляной кислоты для получения раствора с нейтральной средой?

116. На нейтрализацию 20 мл раствора едкого кали потребовалось 13 мл 0,2 н. раствора кислоты. Сколько граммов едкого кали содержится в 1 л раствора?

117. Сколько миллилитров раствора нитрата серебра, содержащего 5 г/л серебра, надо добавить к 10 мл 0,2 н. раствора хлорида натрия, чтобы полностью удалить из раствора ионы хлора?

118. Сколько миллилитров 2 н. серной кислоты потребуется для превращения 1,56 г гидроксида алюминия в сульфат алюминия?

119. Сколько граммов карбоната кальция можно растворить в 100 мл соляной кислоты (концентрация 20 %, плотность 1,1 г/см³)? Вычислить объем, который займет выделившийся газ при нормальных условиях.

120. К 5 г цинка прибавили 100 мл 10,2-процентной соляной кислоты (плотность раствора 1,05 г/см³). Какое вещество и в каком количестве осталось в избытке? Вычислить объем водорода, выделившегося при 20 ºС и 750 мм рт. ст.

121. На нейтрализацию 20 мл раствора гидроксида калия (концентрация 5,66 %, плотность 1,053 г/см³) пошло 12,1 мл раствора серной кислоты плотностью 1,052 г/см³. Определить процентную концентрацию раствора серной кислоты.

122. Какое количество миллилитров 0,5 н. раствора сульфата натрия надо долить к 100 мл раствора хлорида бария (концентрация 16 %, плотность 1,156 г/см³), чтобы полностью осадить сульфат-ион?

123. На нейтрализацию 50 мл раствора фосфорной кислоты плотностью 1,01 г/см³ израсходовано 31,2 г 1 н. раствора гидроксида натрия плотностью 1,04 г/см³. Определить процентную концентрацию фосфорной кислоты.

124. 10 г сплава меди с цинком обработали соляной кислотой. При этом выделилось 570 мл водорода, измеренных при температуре 27 ºС и давлении 10⁵ Па. Определить состав сплава и выразить его в массовых и мольных долях.

125. При растворении 15 г сплава серебра с алюминием раствором едкого натра выделилось 13 мл водорода, измеренного при температуре 57 ºС и давлении 15×10⁵ Па. Определить состав сплава и выразить его в массовых и мольных долях.

126. При растворении в азотной кислоте 5 г сплава меди и золота выделилось 0,99 мл оксида азота (II), измеренных при температуре 37 ºС и давлении 1,2×10⁵ Па. Определить состав сплава и выразить его в массовых и мольных долях.

127. Для нейтрализации 20 мл 0,1 н. раствора кислоты потребовалось 8 мл раствора гидроксида натрия. Сколько граммов NaOH содержит 1 л этого раствора?

128. Какой объем 0,2 н. раствора кислоты требуется для нейтрализации раствора, содержащего 0,51 г гидроксида калия в 30 мл?

129. Сколько и какого вещества останется в избытке, если к 150 мл 0,4 н. раствора соляной кислоты прибавить 250 мл 0,2 н. раствора гидроксида натрия?

130. Смешали 100 мл 1,5 н. раствора и 100 мл 0,5 н. раствора серной кислоты. Рассчитать молярность полученного раствора.

131. К 100 мл раствора едкого натра (концентрация 10 %, плотность 1,109 г/см³) прибавили 200 мл раствора NaOH (концентрация 20 %, плотность 1,219 г/см³). Рассчитать нормальность полученного раствора.

132. К 500 мл раствора хлорида натрия (концентрация 6 %, плотность 1,04 г/см³) прибавили 1 л раствора хлорида калия концентрацией 8 % и плотностью 1,05 г/см³. Рассчитать молярную концентрацию хлорид-иона в растворе после смешения.

133. Смешали два раствора нитрата натрия концентрацией 0,8 и 0,2 моль/л в пропорции 2:1. Рассчитать молярную концентрацию полученного раствора.

134. Определить эквивалентную массу кислоты, если на нейтрализацию раствора, содержащего 0,63 г кислоты, израсходовано 20 мл 0,5 н. раствора щелочи.

135. Смешали 2 л раствора сульфата меди (II) концентрацией 2 % и плотностью 1,02 г/см³ и 1 л раствора хлорида меди (II) концентрацией 0,1 н. Рассчитать молярную концентрацию меди в полученном растворе.

136. К 50 мл раствора NaCl концентрацией 10 г/л прибавили 100 мл раствора NaCl концентрацией 2 г/л. Рассчитать молярную концентрацию полученного раствора.

137. К 100 л раствора соли железа с содержанием по железу 5 г/л прибавили 50 л раствора нитрата железа (III) концентрацией 0,3 моль/л. Рассчитать молярную концентрацию железа в полученном растворе.

138. На нейтрализацию раствора, содержащего 4,05 г кислоты, израсходовано 40 мл раствора едкого натра (NaOH) концентрацией 10 % и плотностью 1,109 г/см³. Определить эквивалентную массу кислоты.

139. К 50 л раствора фосфорной кислоты концентрацией 8 % и плотностью 1,042 г/см³ прибавили 2 л фосфата натрия концентрацией 5 г/л. Рассчитать молярную концентрацию фосфат-иона в полученном растворе.

140. Смешали 54 мл раствора NaOH концентрацией 0,5 % и плотностью 1 г/см³ и 10 мл 2-процентного раствора NaOH плотностью 1,02 г/см³. Рассчитать концентрацию полученного раствора (в процентах).

141. Смешали 120 л раствора с содержанием никеля 0,8 моль/л, 500 л раствора с содержанием никеля 1 г/л и 50 л раствора (концентрация NiSO₄ 14 %, плотность 1,158 г/см³). Рассчитать молярную концентрацию никеля в полученном растворе.

142. На нейтрализацию 10 мл раствора серной кислоты концентрацией 22 % и плотностью 1,155 г/см³ потребовалось 50 мл раствора щелочи концентрацией 41,6 г/л. Определить эквивалентную массу щелочи.

143. Смешали 4 мл серной кислоты (концентрация 40 %, плотность 1,303 г/см³) и 200 мл серной кислоты концентрацией 0,001 моль/л. Рассчитать нормальную концентрацию полученного раствора.

144. Смешали 8 л раствора соляной кислоты концентрацией 4 моль/л и 11 л раствора той же кислоты концентрацией 2 г/л. Рассчитать концентрацию полученного раствора в граммах на литр.

145. Сколько известняка с содержанием карбоната кальция 70 % потребуется для полной нейтрализации 10 л серной кислоты концентрацией 5 г/л?

146. Смешали 7 л раствора магния концентрацией 0,1 моль/л и 5 л раствора соли кальция концентрацией по кальцию 4 г/л. Рассчитать общее содержание металлов в растворе (в молях на литр).

147. К раствору, содержащему 5 г сульфата цинка, объемом 2 л добавили 3 л раствора сульфата меди (II) концентрацией 0,3 моль/л. Рассчитать молярную концентрацию сульфат-иона в полученном растворе.

148. Смешали растворы нитрата аммония концентрацией 0,3 моль/кг и 0,08 моль/л в соотношении 1:3. Рассчитать моляльную концентрацию полученного раствора. Плотность всех растворов принять равной 1 г/см³.

149. К раствору объемом 30 мл, содержащему 10 г серной кислоты в 100 мл раствора, прибавили 40 мл раствора NaOH, содержащего 9 г гидроксида натрия в 100 мл раствора. Найти молярную концентрацию вещества, которое останется в избытке.

150. Смешали раствор нитрата серебра (концентрация 1 %, плотность 1,01 г/см³) и раствор соляной кислоты (концентрация 5 %, плотность 1,02 г/см³) в соотношении 3:4. Рассчитать молярную концентрацию нитрат-иона в полученном растворе.

151. Какой объем раствора серной кислоты (концентрация 10 %, плотность 1,07 г/см³) потребуется для полной нейтрализации 0,5 л раствора NaOH концентрацией 16 г/л?

152. Смешали 10 мл раствора HCl (концентрация 10 %, плотность 1,047 г/см³) и 10 мл раствора HCl (концентрация 6 %, плотность 1,028 г/см³). Рассчитать массовую долю и молярную концентрацию соляной кислоты в полученном растворе.

153. Из раствора нитрата серебра (концентрация 2 %, плотность 1,015 г/см³) по реакции с хлоридом натрия образуется 14,35 г хлорида серебра. Вычислить исходный объем раствора нитрата серебра.

154. Смешали 1 л 1 М раствора CuSO₄ и 2 л 0,5 М раствора CuSO₄. Рассчитать содержание меди в полученном растворе в граммах на литр.

155. Сколько миллилитров 0,5 н. раствора сульфата натрия нужно добавить к 100 мл раствора хлорида бария (концентрация 16 %, плотность 1,156 г/см³), чтобы полностью осадить сульфат-ионы?

156. Металл вытеснил из 100 мл соляной кислоты 348 мл водорода, измеренного при 20 °С и 99,5 кПа. Рассчитать нормальную концентрацию хлорида металла в полученном растворе.

4.2. Коллигативные свойства растворов

Свойства растворов (температура замерзания и кипения, давление насыщенного пара, осмотическое давление) зависят от природы растворителя и концентрации раствора и называются коллигативными свойствами, так как не зависят от природы растворенного вещества.

Закон Рауля.Закон формулируется следующим образом: относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно молярной доле растворенного вещества в растворе. Согласно закону, понижение парциального равновесного давления насыщенного пара растворителя над раствором является линейной функцией мольной доли растворенного вещества в растворе:

(4.7)

или

(при n₂ << n₁), (4.8)

где - давление насыщенного пара растворителя над раствором; - давление насыщенного пара над индивидуальным растворителем; х₁ и х₂– мольные доли растворителя и растворенного вещества в растворе.

Изменение температур фазовых переходов растворов. Повышение температуры кипения

, (4.9)

где - соответственно температуры кипения раствора и индивидуального растворителя; С_m – моляльная концентрация растворенного вещества, моль/кг; K_эб – эбуллиоскопическая константа растворителя, .

Изменение температуры кристаллизации

, (4.10)

где - соответственно температуры кристаллизации раствора и чистого растворителя; С_m – моляльная концентрация растворенного вещества; K_кр – криоскопическая постоянная растворителя, .

Осмотическое давление. Процесс самопроизвольного перехода растворителя в раствор через полупроницаемую мембрану называется осмосом. Давление, которое нужно приложить к раствору, чтобы осмос прекратился, называется осмотическим давлением, которое можно вычислить по формуле

, (4.11)

где – объем 1 моль растворителя, м³.

Для электролитов необходим поправочный множитель i, названный изотоническим коэффициентом:

; (4.12)

;

;

.

Изотонический коэффициент – показатель увеличения (уменьшения) числа частиц вследствие диссоциации (ассоциации). При i > 1 протекает процесс диссоциации, при i < 1 – процесс ассоциации. Численное значение изотонического коэффициента позволяет вычислить степень диссоциациии ассоциации. Соответственно

; ,

где z – число частиц, получающихся из одной частицы при диссоциации; z¢ – число частиц, объединяющихся в одну при ассоциации.

Пример 6.относительное понижение упругости пара над раствором тростникового сахара (С₁₂Н₂₂О₁₁) в воде составляет 2 %. Определить осмотическое давление этого раствора при температуре 47 ºС. Плотность раствора 1,15 г/см³. Определить изменение температуры плавления и кристаллизации, если K_эб = 0,52 K·кг/моль, K_кр = = 1,86 K·кг/моль, ; ; .

Решение. Из закона Рауля (4.7), (4.8) следует, что мольная доля сахара в растворе составляет 0,02. По формуле (4.9) определим повышение температуры кипения раствора:

.

По формуле (4.10) понижение температуры замерзания раствора:

.

вычислим осмотическое давление по формуле (4.11): .

Пример 7. Раствор магния в олове содержит 0,833 г магния в 100 г олова. Температура плавления олова 505 К, а теплота плавления 7200 Дж/моль. Определить температуру начала кристаллизации этого раствора.

Решение. определим мольную долю х₂ магния в олове:

.

по уравнению (4.10) вычислим температуру кристаллизации расплава:

Пример 8. В системе свинец (II)-серебро (I) при Т = 1490 К закон Рауля справедлив для растворов, содержащих менее 18 % свинца. Давление насыщенного пара над чистым серебром 7,47 Па. Вычислить давление пара серебра над раствором, содержащим 17,5 % свинца.

Решение. выделим мысленно 100 г расплава и примем их за 100 %, тогда . мольная доля свинца в сплаве

.

По уравнению (4.8) вычислим давление пара серебра над расплавом

.

Пример 9. Давление насыщенного пара над раствором, содержащим 5 г едкого натра в 180 г воды, при 100 ºС составляет 0,99·10⁵ Па. Давление насыщенного пара над чистой водой при 100 ºС составляет 1,01·10⁵ Па. Определить состояние едкого натра в растворе.

Решение. Состояние едкого натра в растворе можно оценить по величине изотонического коэффициента i. По закону Рауля (4.8)

Из уравнения (4.12) вычислим

полученное значение i > 1 указывает на наличие диссоциации NaOH. Кажущаяся степень диссоциации

Задание III. Решить задачи.

157. Определить осмотическое давление раствора, содержащего 30 г глицерина в 120 г воды, если плотность этого раствора близка к единице, а температура 27 °С.

158. Определить осмотическое давление раствора хлорида натрия в воде концентрацией 5 %, если плотность раствора 1,04 г/см³, температура 17 °С. Кажущаяся степень диссоциации 95 %.

159. К 100 мл 0,5 М водного раствора сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁ добавлено 300 мл воды. Чему равно осмотическое давление полученного раствора при 25 °С?

160. При 293 K давление насыщенного пара над водой равно 2,34 кПа. Сколько граммов глицерина С₃Н₅(ОН)₃ надо растворить в 180 г воды, чтобы понизить давление пара на 133,3 Па?

161. При растворении 13 г неэлектролита в 400 г диэтилового эфира (С₂Н₅)₂О температура кипения раствора повысилась на 0,453 K. Определить молярную массу растворенного вещества.

162. В 60 г бензола растворено 2,09 г некоторого вещества, содержащего 50,69 % С, 4,23 % Н, 45,08 % О. Установить молекулярную формулу вещества. Чистый бензол кристаллизуется при 5,5 °С.

163. Температура кипения водного раствора сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁ 101,4°С. Вычислить молярную концентрацию и массовую долю сахарозы в растворе. При какой температуре этот раствор замерзает?

164. Определить осмотическое давление раствора хлорида бария в воде, если его концентрация 5 %, плотность 1,08 г/см³, температура 7 °С, кажущаяся степень диссоциации 97 %.

165. Определить кажущуюся степень диссоциации хлорида калия в его 0,1 н. водном растворе, если при температуре 27 °С осмотическое давление раствора 4,72×10⁵ Па.

166. Осмотическое давление гипертонического раствора (водный раствор хлорида натрия концентрацией 10 %) при температуре 20 °С составляет 84×10⁵ Па. Найти кажущуюся степень диссоциации соли в этом растворе, если его плотность 1,1 г/см³.

167. Установить концентрацию раствора сульфата натрия в воде и выразить ее всеми способами, если известно, что осмотическое давление раствора при температуре 15 °С составляет 32,5×10⁵ Па, кажущаяся степень диссоциации 91 %.

168. Водный раствор соли хрома (III) имеет осмотическое давление 18,1×10⁵ Па, плотность раствора 1,06 г/см³. Определить концентрацию раствора и выразить ее всеми способами, если соль диссоциирована нацело.

169. Сколько граммов хлорида кальция надо растворить в 1 л воды, чтобы полученный раствор при температуре 27 °С имел осмотическое давление 23,7×10⁵ Па? Кажущаяся степень диссоциации 95 %.

170. Сколько граммов сульфата меди (II) надо растворить в 100 мл воды, чтобы при температуре 7 °С полученный раствор имел осмотическое давление 16×10⁵ Па? Кажущаяся степень диссоциации 87 %.

171. Определить концентрацию хлорид-ионов в растворе хлорида ртути (II), если при температуре 17 °С и концентрации раствора 0,1 моль/л его осмотическое давление 2,62×10⁵ Па.

172. Раствор роданида железа (III) в воде с концентрацией 0,5 моль/л при температуре 27 °С имеет осмотическое давление 15,5×10⁵ Па. Определить концентрацию роданид-ионов в данном растворе.

173. Найти давление паров воды над раствором хлорида натрия концентрацией 5 %, если температура раствора 20 °С, кажущаяся степень диссоциации 98 %, =2,3×10⁵ Па.

174. Определить молярную концентрацию раствора карбамида, если при температуре 35 °С давление паров воды над раствором оказалось на 2 % ниже, чем над индивидуальной водой ( =5,55×10⁵ Па). Карбамид в водных растворах не диссоциирует.

175. Вычислить кажущуюся степень диссоциации сульфата калия в его водном растворе концентрацией 3 %, если относительное понижение давления паров воды над раствором составляет 9,23×10^-3Па.

176. Рассчитать давление паров воды над 0,5-процентным раствором хлорида бария при 15 °С, если кажущаяся степень диссоциации 96 %, = 1,683×10⁵ Па.

177. Определить концентрацию сульфата цинка в водном растворе, если относительное понижение давления пара над этим раствором 0,1 %, и соль диссоциирована нацело.

178. Какова концентрация хлорида алюминия в растворе, если относительное понижение давления пара над раствором 0,16 %, степень диссоциации соли 100 %?

179. Осмотическое давление раствора хлорида натрия при температуре 20 °С составляет 8,4×10⁵ па. Определить давление паров воды над этим раствором, если плотность раствора 1,05 г/см³, кажущаяся степень диссоциации соли 92 %, =2,31×10³ Па.

180. Раствор хлорида калия в воде имеет осмотическое давление 9,44×10⁵ Па. Определить давление паров воды над этим раствором, если его температура 27 °С, плотность раствора 1,07 г/см³, кажущаяся степень диссоциации соли 92 %, =3,5×10⁵Па.

181. Определить давление паров воды над раствором глицерина С₃Н₅(ОН)₃, если в 100 г воды растворено 20 г глицерина, плотность раствора 1,1 г/см³, =1,95×10⁵ Па.

182. Определить концентрацию раствора сульфата натрия в воде, если при температуре 22 °С давление паров воды над этим раствором 2,61×10³ Па, кажущаяся степень диссоциации 95,7 %, =2,62×10³ Па.

183. При какой температуре закипит водный раствор хлорида меди (II) концентрацией 2 %, если кажущаяся степень диссоциации 97 %?

184. Найти температуру кипения раствора сульфата натрия в воде, если при 27 °С раствор этой соли имеет осмотическое давление 7,16×10⁵ Па, плотность 1,06 г/см³. Кажущаяся степень диссоциации 96 %.

185. Какой должна быть концентрация раствора хлорида цинка в воде, чтобы этот раствор закипал при температуре 100,52 °С? Соль диссоциирована на 100 %. Выразить концентрацию раствора (плотность 1,04 г/см³) всеми способами.

186. Определить кажущуюся степень диссоциации нитрата натрия, если этот раствор кипит при температуре 100,1 °С, а в 100 г воды растворено 0,85 г соли.

187. Раствор хлорида алюминия в воде концентрацией 0,2 моль/кг кипит при температуре 100,406 °С. Найти осмотическое давление этого раствора при температуре кипения, если его плотность 1,06 г/см³.

188. В 100 г воды содержится 0,58 г хлорида натрия. При какой температуре закипит этот раствор, если кажущаяся степень диссоциации 96 %?

189. Какова кажущаяся степень диссоциации бромида калия в растворе концентрацией 2 %, если он закипает при 100,17 °С.

190. Определить эбуллиоскопическую постоянную этилового спирта, если известно, что раствор, содержащий 0,506 г йодноватой кислоты и 31,8 г этанола, кипит при температуре 78,464 °С. В данных условиях кислота диссоциирована на 32,6 %, а температура кипения чистого этанола 78,3 °С.

191. Вычислить относительное понижение давления водяного пара над раствором хлорида кобальта (II), если при кажущейся степени диссоциации 93 % раствор кипит при температуре 100,30 °С.

192. Определить, сколько граммов глицерина надо добавить к 100 г воды, чтобы получившийся раствор не замерзал до температуры –3,2 °С.

193. При какой температуре начнется кристаллизация воды из раствора хлорида калия концентрацией 3 %, если кажущаяся степень диссоциации 89 %?

194. Определить кажущуюся степень диссоциации сульфата магния в его 0,1 н. растворе плотностью 1,02 г/см³, если этот раствор начинает кристаллизоваться при температуре –0,153 °С.

195. При какой температуре начнет кристаллизоваться раствор сульфата железа (II) концентрацией 2 %, если его температура кипения 100,136 °С?

196. При какой температуре закипит раствор глицерина в воде, если он кристаллизуется при температуре –1,5 °С?

197. Кажущаяся степень диссоциации некоторой соли, диссоциирующей на три иона, составляет 97 %. Определить, при какой температуре начнет кристаллизоваться раствор этой соли в воде, если он закипает при температуре 100,2 °С.

198. Относительное понижение давления паров воды над раствором сульфата калия концентрацией 3 % составляет 9,23×10^-3. Определить, при какой температуре начнется кристаллизация воды из этого раствора.

199. Раствор хлорида калия в воде концентрацией 0,8 % и плотностью 1,02 г/см³ при температуре 27 °С имеет осмотическое давление 5,13×10⁵ Па. Определить, при какой температуре начнется кристаллизация этого раствора.

200. Температура кристаллизации бензола +5,5 °С, а раствора, содержащего 0,2242 г камфары в 30,55 г бензола, +5,254 °С. Определить молярную массу камфары, если константа кристаллизации бензола 5,16 K×кг/моль.

201. Раствор некоторого органического вещества в этиловом спирте закипает при температуре 78,41 °С. Определить его молярную массу, если для приготовления раствора было взято 2 г этого вещества, 48 г этилового спирта, температура кипения которого 78,3 °С, K_эб = 1,19 К×кг/моль.

202. Сколько граммов хлористого натрия надо добавить к 100 г воды, чтобы получившийся раствор не замерзал до температуры –1,8 °С? Считать, что соль диссоциировала на 100 %.

203. Сколько сахара С₁₂Н₂₂О₁₁ надо растворить в 200 г воды, чтобы полученный раствор кипел при температуре 100,3 °С?

204. Сколько граммов хлорида бария, диссоциирующего нацело, надо растворить в 1 л воды, чтобы получившийся раствор замерзал при температуре –3,2 °С?

205. Осмотическое давление раствора глицерина в воде при температуре 7 °С составляет 5,3×10⁵ Па. Определить при какой температуре закипит этот раствор, если его плотность 1,02 г/см³.

206. Определить степень диссоциации бензойной кислоты С₆Н₅СООН, если раствор ее в бензоле кристаллизуется при температуре 5,32 °С. Температура кристаллизации индивидуального бензола 5,5 °С, K_кр = 5,16 К×кг/моль, а для приготовления раствора взято 62,5 г бензола и 0,26 г бензойной кислоты.

207. Определить молярную массу бензойной кислоты, если известно, что ее раствор в бензоле кристаллизуется при температуре 5,18 °С. Для бензола Т_крист = 5,5 °С, K_кр = 5,16 К×кг×моль, а для приготовления раствора взято 100 г бензола и 0,757 г бензойной кислоты. Считать, что в растворе кислота практически не диссоциирована.

208. При какой температуре закипит раствор иодида калия в воде, если для его приготовления взято 300 мл воды и 1,33 г соли, кажущаяся степень диссоциации 98 %?

209. Относительное понижение давления паров воды над раствором некоторой соли составляет 1 %. Определить, при какой температуре закипит этот раствор.

210. Относительное понижение давления паров над раствором некоторого сильного электролита в воде составляет 1,5 %. Определить, при какой температуре начнется кристаллизация этого раствора.

211. Раствор, в 100 мл которого находится 2,3 г вещества, обладает при 298 К осмотическим давлением, равным 618,5 кПа. Определить молярную массу вещества.

212. В 1 мл раствора содержится 10¹⁸ молекул растворенного неэлектролита. Вычислить осмотическое давление раствора при 298 К.

213. В каком отношении должны находиться массы воды и этилового спирта, чтобы при их смешении получить раствор, замерзающий при -20 °С?

214. При 25 °С осмотическое давление некоторого водного раствора 1,24 МПа. Вычислить осмотическое давление раствора при 0 °С.

4.3. Водородный показатель

Для характеристики кислотно-основных свойств растворов используют водородный показатель рН, равный отрицательному значению десятичного логарифма концентрации ионов водорода. Аналогично рассчитывают гидроксильный показатель рОН, равный отрицательному значению десятичного логарифма концентрации ионов гидроксила:

. (4.13)

Концентрации ионов водорода и гидроксила связаны между собой равновесием диссоциации воды:

Н₂О Û Н⁺ + ОН^-.

Константу равновесия называют ионным произведением воды. При 298 К константа равновесия

.

Прологарифмировав это уравнение, получим

рН + рОН = 14.

В чистой воде (нейтральная среда) рН = рОН = 7. В кислой среде рН < 7, в щелочной среде рН > 7.

Расчет рН в растворах сильных кислот и оснований. Для сильных кислот и щелочей, полностью диссоциированных на ионы,

[Н⁺] = zC_к и [ОН^-] = zC_щ,

где С_к и С_щ - моляльные концентрации кислоты и щелочи соответственно; z - основность кислоты или кислотность основания.

Разбавление раствора сильного электролита учитывают в кислой и щелочной среде соответственно по уравнениям

рН₂ = рН₁ + lgn,

рН₂ = рН₁ – lgn,

где индекс 1 относится к исходному раствору (до разбавления), индекс 2 – к конечному раствору (после разбавления).

В среде, близкой к нейтральной, необходимо принять во внимание диссоциацию воды, в результате которой образуются ионы Н⁺иОН^-.

(4.14)

.

При смешивании растворов сильных кислот и оснований возможны два варианта:

· если смешивают два кислых или два щелочных раствора, т.е. рН₁ < 7 и рН₂ < 7 или рН₂ > 7ирН₂ > 7, то

; (4.15)

.

· если смешивают кислый и щелочной растворы, т.е. рН₁ < 7 и рН₂ > 7, то конечную концентрацию раствора рассчитывают по веществу, взятому в избытке. При избытке кислоты

при избытке щелочи

.

Расчет рН в растворах слабых кислот и оснований. Диссоциация многих электролитов протекает не полностью. Отношение числа диссоциированных молей к общему числу молей электролита в растворе называют степенью диссоциации. Для его количественного описания используют константу равновесия, называемую константой диссоциации. Для одноосновной кислоты, диссоциирующей по уравнению, НАn Û Н⁺ + Аn^-, где Аn – кислотный остаток, константа диссоциации

. (4.16)

Так как [An^–] = [H⁺] и [НAn] = C, то

;

(4.17)

,

где С – концентрация слабой кислоты, моль/л.

Для растворов слабых оснований

, (4.18)

где С – концентрация слабого основания, моль/л.

По значению константы диссоциации можно рассчитать степень диссоциации слабого электролита:

.

Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато, например: Н₂S Û НS^- + Н⁺(1-я ступень); НS^- Û S^2- + Н⁺ (2-я ступень).

При расчетах рН обычно учитывают только первую ступень диссоциации, пренебрегая второй и третьей ступенями. Таким образом, уравнения (4.16) и (4.18) справедливы и для многоосновных кислот при использовании первой константы диссоциации K_d1.

Константы диссоциации некоторых слабых кислот и оснований даны в прил.1.

Пример 10. Вычислить рН раствора серной кислоты концентрацией 0,3 % (d = 1,0 г/см³).

Решение. 1. Перейдем к моляльной концентрации серной кислоты. Для этого выделим мысленно 100 г раствора, тогда масса серной кислоты составит 0,3 г, а масса воды – 99,7 г. По уравнению (4.4) вычислим моляльную концентрацию:

2. Согласно уравнению диссоциации H₂SO₄ ® 2H⁺ + SO₄^2-, из 1 моль серной кислоты образуется 2 моль H⁺, следовательно,

3. По уравнению (4.13) вычислим рН = –lg[H⁺] = –lg0,062 = = 1,21.

Пример 11. Вычислить рН раствора гидроксида бария концентрацией 0,0068 экв/л.

Решение. 1. По уравнению диссоциации Ba(OH)₂ ® Ba²⁺ + + 2 OH^- из 1 моль гидроксида бария образуется 2 моль гидроксил-ионов:

2. По уравнению (4.13) найдем рOН = –lg[OH^-] = –lg0,0068 = = 2,17 и вычислим рН = 14 - рОН = 14 – 2,17 = 11,83.

Пример 12. Определить рН, если раствор одноосновной кислоты с рН = 5,5 разбавлен в 100 раз.

Решение. По уравнению (4.14) найдем концентрацию ионов водорода в конечном растворе

и вычислим

рН₂ = –lg[H⁺]₂ = –lg1,15×10^-7 = 6,9.

Пример 13. Определить значение рН при смешении 10 л раствора с рН₁ = 2 и 17 л раствора с рН₂ = 4.

Решение. По уравнению (4.15) найдем концентрацию ионов водорода в конечном растворе

и вычислим рН₃ = –lg[H⁺]₃ = –lg(4,6×10^-3) = 2,33.

Пример 14. Смешали 250 мл раствора с рН = 3 и 300 мл раствора гидроксида калия концентрацией 0,001 моль/л. Определить рН полученной смеси.

Решение. Обозначим объемы смешиваемых растворов V₁ и V₂ соответственно. Найдем число молей OH^-:

Согласно уравнению диссоциации KOH ® K⁺ + OH^-,

Найдем число молей H⁺:

Очевидно, что в избытке находятся гидроксил-ионы. Их остаточную концентрацию в полученном растворе найдем по уравнению

Вычислим

рН₃ = 14 + lg[OH^-]₃ = 14 + lg(9,1×10^-5) = 9,96.

Пример 15. Найти рН раствора борной кислоты с мольной долей 0,0025 (d_р-р = 1,0 г/см³).

Решение. 1. выделим мысленно 1 кг раствора. Запишем

,

где индекс 1 относится к растворителю, т.е. к воде, а индекс 2 – к растворенному веществу, т.е. к H₃BO₃. Так как M₁ = 18 г/моль, М₂ = 61,8 г/моль и

Þ ,

то

.

Вычислим

2. Так как плотность раствора 1 г/см³, то его объем соответствует 1 л, и молярная концентрация численно равна количеству вещества борной кислоты, т.е. С_М(Н₃ВО₃) = 0,138 моль/л.

3. Диссоциация борной кислоты по первой ступени протекает по реакции H₃BO₃ ® H⁺ + H₂BO₃^-, для которой константа диссоциации K_d1 = 7,1×10^-10. Второй и третьей ступенями диссоциации борной кислоты пренебрегаем.

4. В соответствии с уравнениями (4.17) и (4.13) вычислим

рН = –lg[H⁺] = –lg(9,9×10^-6) = 5.

Пример 16. Сколько граммов бутиламина содержится в 1 л его раствора, имеющего рН = 11,5?

Решение. Гидрат бутиламина диссоциирует как основание по уравнению C₄H₉NH₂×H₂O Û C₄H₉NH₃⁺ + OH^-. Константа диссоциации K_d=4,57×10^-4, pK_d = 3,340, гидроксильный показатель рОН = 14 – рН = 2,5.

По формуле (4.18) найдем молярную концентрацию бутиламина

lgC_М = pK_d – 2pOH = 3,34 – 2×2,5 = –1,66;

C_М = 10^-1,66 = 0,022 моль/л.

Масса бутиламина, содержащаяся в 1 л раствора, С_г/л = C_МM, где М – молярная масса бутиламина 73 г/моль. Тогда С_г/л =0,022×73 = 1,6 г/л.

Задание IV. Определить pH предложенного раствора сильного электролита (табл.4.2).

Таблица 4.2

Задание V. Определить pH следующих растворов.

265. Раствор гидроксида бария концентрацией 0,1 моль/л, если к 1 л этого раствора добавили 7,1 г гидроксида натрия.

266. Раствор серной кислоты концентрацией 0,1 моль/л, если к 1 л этого раствора добавили 7,1 г гидроксида бария.

267. Раствор после выщелачивания боксита по следующим данным: масса руды 1 т; ω(Al₂O₃∙Н₂O) = 80 %; V(NaOH) = 3,1 м³; ω(NaOH) = 15 %.

268. 10-процентный раствор соляной кислоты (d = 1,047 г/мл) при условии, что к 20 л этого раствора прибавили 5 м³ воды, содержащей гидроксид кальция концентрацией 0,02 экв/л.

269. Раствор, содержащий 4 г KOH и 5 г NaOH в 1 л воды.

270. Раствор, содержащий 0,005 моль/л серной кислоты и 0,006 моль/л соляной кислоты.

271. Раствор после выщелачивания по реакции Li₂O∙Al₂O₃∙4SiO₂ + H₂SO₄ → Li₂SO₄ + Al₂O₃∙4SiO₂∙H₂O↓, если масса руды 1 т, w(Li₂O∙Al₂O₃∙4SiO₂) = 70 %; V(H₂SO₄) = 4 м³; w(H₂SO₄) = = 5 %, d = 1,032 г/мл.

272. Раствор после выщелачивания руды, если масса руды 1 т, в руде содержится 6 % Cu₄(SO₄)(OH)₆; w(H₂SO₄) = 3 %, d = 1,03 г/мл, V(H₂SO₄) = 3 м³.

273. Раствор, полученный при разбавлении 20 л 10 % соляной кислоты (d = 1,047 г/мл) пятью кубометрами воды.

274. Рассчитать рН раствора азотнокислых стоков, если 10 л 5-процентной азотной кислоты сброшены в резервуар емкостью 5 м³.

275. Раствор соляной кислоты, если к 100 мл этого раствора, содержащего 5 мг HCl, прибавили 5 мг нитрата свинца (II).

276. Раствор объемом 10 м³, содержащий по 50 г серной и дихромовой кислот.

277. Щелочные стоки объемом 5 л, содержащие 2 мэкв щелочи.

278. Раствор дихромовой кислоты, если в нем содержится 2 мг/мл Cr (VI).

Задание VI. Определить pH и степень диссоциации предложенного раствора слабого электролита при температуре 25 °С (табл.4.3.)

Таблица 4.3

Окончание табл.4.3

Дата добавления: 2014-09-10; просмотров: 1606; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!