Вопросы для самоконтроля

1. Почему растворы кислот, оснований и солей не подчиняются законам идеальных растворов? Что такое изотонический коэффициент?

2. Что называется электролитом? Чем отличаются сильные электролиты от слабых?

3. В чём заключается механизм электролитической диссоциации? Одинаков ли он для соединений с ионным и ковалентным полярным типом химической связи?

4. Что называется степенью диссоциации электролита? От чего она зависит? Как она связана с константой диссоциации?

5. Что такое константа кислотности и константа основности?

6. Дать понятие «активность», «коэффициент активности» и «ионная сила» раствора.

7. Что такое ионное произведение воды? Что такое рН?

8. Какие растворы называются буферными? Как вычислить рН буферного раствора?

9. Что называется реакцией гидролиза? Какие типы гидролиза существуют? Каковы математические выражения константы гидролиза и степени гидролиза?

10. Что называется произведением растворимости? Какие условия выпадения и растворения осадка малорастворимого электролита?

11. Какие виды жёсткости воды существуют? Как рассчитать жёсткость воды?

Примеры решения типовых задач

Задача1.Расчет массовой доли, молярной концентрации и молярной концентрации эквивалента раствора.

Определите массовую долю, молярную концентрацию и молярную концентрацию эквивалента раствора, полученного при смешении 200 мл 2М раствора серной кислоты ( =1,18 г/мл) и 200 мл 8% раствора серной кислоты ( =1,05 г/мл).

Решение: Рассчитаем массу первого раствора и массу серной кислоты в нем: m(р-ра)₁= (р-ра)₁ ^.V(р-ра)₁=1,18 ^.200=236 (г);

m(H₂SO₄)₁ = (H₂SO₄) ^. M(H₂SO₄)=c(H₂SO₄) ^.V(р-ра)₁ ^.М(H₂SO₄)=

=2 ^.0,2 ^.98=39,2(г);

Масса второго раствора и масса серной кислоты в нем равны

m(р-ра)₂ = (р-ра)₂ ^.V(р-ра)₂= 1,05 ^. 200=210 (г);

m(H₂SO₄)₂ = m(р-ра)₂^. (H₂SO₄)=210 ^.0,08 =16,8 (г).

Массовую долю полученного раствора рассчитываем по формуле:

= (12,6%)

Молярная концентрация раствора

;

Ответ: 12,6%; 1,43моль/л; 2,86 моль экв/л

Задача 2.Растворение веществ, взаимодействующих с водой, инахождение концентрации полученного раствора.

Найдите массовую долю вещества в растворе, полученном при взаимодействии 4,6 г металлического натрия с 75,6 мл воды.

Решение: Запишем уравнение реакции взаимодействия натрия с водой:

0,2моль 0,2моль 0,1моль

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂

2моль 2моль 1моль

Рассчитаем количество вещества и массу NaOH:

(NaOH)= (Na) = (моль);

m (NaOH) = М(NaOH) ^. (NaOH)=40 ^.0,2=8(г).

Масса полученного раствора и массовая доля гидроксида натрия равны:

m(р-ра)= m(H₂O) + m(Na) – m(H₂) =76,5 + 4,6 - 2 ^.0,1=80 (г)

(10%).

Ответ: 0,1(10%).

Задача 3.Составление ионно-молекулярных уравнений на основе данных о реагентах и продуктах реакции.

Напишите ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия между водными растворами:

а)

б)

Решение:Запишем уравнения взаимодействия указанных соединений в молекулярной форме:

а)

б)

Из рассмотренных примеров видно, что в каждой из реакций присутствует предпосылка для количественного связывания реагентов – образование осадков (PbS, BaSO₄, Mg(OH)₂), газов (CO₂) или недиссоциированных соединений (H₂O).

Запишем каждую из этих реакций в ионно–молекулярной форме:

а)

б)

Исключая одинаковые ионы из правых и левых частей уравнений, получаем их краткие ионно-молекулярные формы:

а)

б)

Задача 4.Составление ионно-молекулярных уравнений на основе их ионно–молекулярных форм.

Составьте молекулярные уравнения реакций, которым соответствуют ионно–молекулярные уравнения:

а)

б)

Решение:В левой части приведенных ионно–молекулярных уравнений указаны свободные ионы, которые образуются при диссоциации сильных электролитов. Поэтому при составлении молекулярных уравнений следует исходить из соответствующих водных растворов электролитов. Например:

а)

б)

Задача 5.Определение растворимости электролита по величине произведения растворимости.

Произведение растворимости при равно . Вычислите молярную концентрацию в насыщенном растворе при этой температуре.

Решение:Между осадком и его ионами в растворе существует равновесие:

(1) Произведение растворимости, характеризующее это равновесие

(2) Растворимость в соответствии с равновесием (1)

Обозначим , тогда и .

и ,

т.е. растворимость в воде при равна .

Ответ: .

Задача 6.Вычисление произведения растворимости труднорастворимого электролита.

Растворимость фосфата серебра в воде при равна . Определить произведение растворимости этой соли.

Решение:Диссоциация (растворение ) соли в воде характеризуется равновесием, откуда видно, что .

То

.

Ответ: 1,77·10^-18

Задача 7.Определение возможности образования осадка в зависимости от концентрации растворов.

Произведение растворимости при равно . Образуется ли осадок при смешении равных объемов раствора и раствора , если степени диссоциации этих электролитов равны 1?

Решение:При смешении равных объемов растворов объем смеси стал в два раза больше объема каждого из взятых растворов, следовательно, концентрация растворенных веществ уменьшилась вдвое, т.е.

.

В соответствии с соотношением между количеством вещества ( ) и количеством вещества эквивалентов ( ) для этих солей, их молярные концентрации составят

.

Тогда , ; отсюда произведение концентраций ионов и составит . Эта величина существенно больше , следовательно, осадок образуется.

Ответ:1,5·10^-7, осадок образуется.

Задача 8.Вычисление константы гидролиза соли.

Рассчитайте константу гидролиза хлорида аммония NH₄Cl, если константа диссоциации NH₄ОН равна .

Решение: Константу гидролиза соли слабого основания и сильной кислоты вычисляют по формуле

,

где – константа гидролиза; – константа диссоциации слабого основания; – ионное произведение воды.

Константа гидролиза NH₄Cl равна

.

Ответ: 5,65·10^-10

Задача 9.Вычисление степени гидролиза соли.

Определите степень гидролиза раствора соли и этого раствора, если константа диссоциации уксусной кислоты .

Решение:Степень и константа гидролиза связаны между собой соотношением

Так как обычно степень гидролиза соли значительно меньше единицы, то , откуда

К_Г определяется из выражения (13):

.

Поскольку молярная и нормальная концентрации совпадают, то

.

рассчитывается в соответствии с уравнением

.

Ответ: 7,9.

Задача 10.Совместный гидролиз солей.

Обоснуйте, почему совместный гидролиз водного раствора солей и необратим и предложите продукты совместного гидролиза.

Решение:Каждая из указанных солей гидролизуется согласно уравнениям:

В результате этих процессов образуется пара кислота – основание , которые вступают между собой в необратимую реакцию нейтрализации (в). Это обусловливает необратимость реакций (а) и (б). Суммирование левых и правых частей уравнений реакций (а), (б) и (в) приводит к стехиометрическому уравнению совместного гидролиза двух солей (г).

Задача 11.Определение жесткости воды.

Вычислите жесткость воды, зная, что в воды содержится .

Решение: В 1 л воды содержится 202,5г : 500 = 0,405г , что составляет 0,405 : 81 = 0,005 моль/л (81 г/моль – эквивалентная масса ). Следовательно, жесткость воды равна 5 ммоль экв/л.

Ответ: 5 ммоль экв/л.

Задача 12.Определение содержания соли по жесткости воды.

Сколько граммов содержится в воды, если жесткость, обусловленная присутствием этой соли, равна ?

Решение: Молярная масса равна 136,14 г/моль; молярная масса эквивалента равна 136,14 : 2 = 68,07 (г/моль).В воды жесткостью 4 ммоль экв/л содержится 4 ^. 1000 = 4000 ммоль, или 4000 ^. 68,07 = 272280 мг = 272,28 г .

Ответ: 272,28г.

Задача 13.Определение количества реагента для устранения жесткости воды.

Какую массу соды необходимо добавить к 500 мл воды, чтобы устранить ее жесткость, равную ?

Решение: Количество вещества эквивалентов солей, содержащихся в 500 мл воды, составляет

Согласно закону эквивалентов

Массу определяем по формуле:

Ответ: 0,1325г.

Задача 14.Определение жесткости воды по известному количеству реагента, необходимого для устранения жесткости.

Вычислите карбонатную жесткость воды, зная, что на титрование 100 мл этой воды, содержащей гидрокарбонат кальция, потребовалось 6,25 мл 0,08Н раствора НСl.

Решение: В соответствии с законом эквивалентов

.

Количество вещества эквивалентов НСl определяем по формуле:

Поскольку , то

.

Ответ: 5ммоль экв/л.

Задача 15.

Вычислите жёсткость воды, зная, что в 500 л её содержится 202,5 г Са(НСО₃)₂.

Решение:В 1 л воды содержится 202,5 : 500 = 0,405 г Са(НСО₃)₂, что составляет 0,405 : 81 = 0,005 эквивалентных масс или 5 мэкв/л (81 г/моль – эквивалентная масса Са(НСО₃)₂. Следовательно, жёсткость воды 5 мэкв.

Ответ: 5 мэкв

Задача 16.Сколько граммов СаSO₄ содержится в 1 м³ воды, если жёсткость обусловленная присутствием этой соли, равна 4 мэкв?

Решение: Мольная масса CaSO₄ 136,14 г/моль; эквивалентная масса равна 136,14 : 2 = 68,07 г/моль. В 1 м³ воды жёсткостью 4 мэкв содержится 4 · 1000 = 4000 мэкв. или 4000 · 68,07 = 272 280 мг = 272, 280 г CaSO₄.

Ответ: 272, 280 г

Задача 17.Какую массу соды надо добавить к 500 л воды, чтобы устранить жёсткость, равную 5 мэкв?

Решение: В 500 л воды содержится 500 · 5 = 2500 мэкв солей, обусловливающие жёсткость воды. Для устранения жёсткости следует прибавить 2500 · 53 = 132 500 мг = 132,5 г соды (53 г/моль –эквивалентная масса Na₂CO₃).

Ответ: 132,5 г

Задача 18.Вычислите карбонатную жёсткость воды, зная, что на титрование 100 см³ этой воды, содержащей гидрокарбонат кальция, потребовалось 6,25 см³ 0,08 н раствора HCI.

Решение: Вычисляем нормальность раствора гидрокарбоната кальция. Обозначив числом эквивалентов растворённого вещества в 1 л раствора, т.е. нормальность, через х составляем пропорцию:

Таким образом, в 1 л исследуемой воды содержится 0,005 · 1000 = 5 мэкв гидрокарбоната кальция или 5 мэкв Са²⁺ -ионов. Карбонатная жёсткость воды 5 мэкв.

Ответ: 5 мэкв.

Приведённые примеры решают, применяя формулу Ж = m/ЭV, где m –масса вещества, обусловливающего жёсткость воды или применяемого для устранения жёсткости воды, мг; Э –эквивалентная масса этого вещества; V – объём воды, л.

Решение задачи 15: Ж = m/ЭV = 202,500/81·500=5 мэкв. 81 –эквивалентная масса Са(НСО₃)₂, равная половине его мольной массы.

Решение задачи 16: Из формулы Ж = m/ЭV, m = 4 · 68,07 · 1000 = 272 280 мг = 272,280 г CaSO₄.