Рн и буферные растворы. Гидролиз.

Теоретические сведения

Ионное произведение воды

Вода является слабым электролитом и в незначительной степени диссоциирует на ионы по реакции:

H₂O  H⁺ + OH^–

Установлено, что при 22 С

K_W = [H⁺][OH^–] = 1  10^-14 – (ионное произведение воды)

PH раствора

Величина pH (водородный показатель) используется для характеристики кислотности раствора. Если концентрация ионов водорода равна [H⁺], то

pH = – lg [H⁺]

pОH = – lg [ОH^–]

рН + рОН = 14

В чистой воде [H⁺] = [OH^–] = 10^-7 и рН=7

В кислых растворах [H⁺] > [OH^-] и pH < 7

В щелочных растворах [H⁺] < [OH^-] и pH > 7

Гидролиз солей

Гидролиз – это химическая реакция ионного обмена между водой и растворённым в ней веществом с образованием слабого электролита. В большинстве случаев гидролиз сопровождается изменением pH раствора.

Большинство реакций гидролиза – обратимы

Pb(NO₃)₂ + H₂O  Pb(OH)(NO₃) + HNO₃

Pb²⁺ + HOH  PbOH⁺ + H⁺ pH<7 – среда кислая

Na₂HPO₄ + H₂O  NaH₂PO₄ + NaOH

PO₄^3- + HOH  HPO₄^2- + OH^– pH>7 – среда щелочная

Если основание и кислота, образующие соль, являются не только слабыми электролитами, но и малорастворимы или неустойчивы и разлагаются с образованием летучих продуктов, то в этом случае гидролиз соли протекает необратимо 

Al₂S₃ + 6H₂O  2Al(OH)₃ + 3H₂S↑

Причиной гидролиза является взаимодействие ионов соли с молекулами воды с образованием малодиссоциированных соединений или ионов.

Способность солей подвергаться гидролизу зависит от двух факторов:

1) свойств ионов, образующих соль;

2) внешних факторов.

Отсутствие гидролиза в растворах

Соли, образованные катионом сильного основания и анионом сильной кислоты (например, LiBr, K₂SO₄, NaClO₄, BaCl₂, Ca(NO₃)₂ и др.) гидролизу не подвергаются, т.к. ни катион, ни анион соли не могут при взаимодействии с водой образовать молекулы слабых электролитов. Водные растворы таких солей имеют нейтральную реакцию среды (pH = 7). Практически не гидролизуются также и труднорастворимые соли (CaCO₃, Mg₃(PO₄)₂ и др.) из-за очень низкой концентрации ионов в водных растворах этих солей.

Задачи

278. (Р.583) Определите концентрации ионов Н⁺ и ОН^– в растворах, водородный показатель которых равен: 3,2; 5,8; 9,1; 11,4; 6,5. Во сколько раз концентрации ионов Н⁺ больше или меньше концентрации ионов ОН^– в этих растворах?

Ответ: 1) 6,31 × 10^–4; 0,16 × 10^–10 моль/л; 4 × 10⁷ раз; 2) 0,13 × 10^–4; 7,94 × 10^–10 моль/л; 1,6 × 10⁴ раз; 3) 1,58 × 10^–6; 0,63 × 10^–8 моль/л; 250 раз; 4) 3,98 × 10^–12; 0,25 × 10^–2 моль/л; 6,3 × 10⁸ раз; 5) 3,16 × 10^–7; 3,16 × 10^–8 моль/л; 10 раз.

279. (Р.584) Найдите водородные показатели следующих концентрированных растворов сильных электролитов: 0,15 М НСlO₃; 0,205 М НС1; 0,181 М HNO₃; 0,1 М LiOH; 0,13 М КОН в 1000 г воды.

Ответ: 0,90; 0,77; 0,83; 12,91; 13,03.

280. (Р.585) Рассчитайте рН раствора, содержащего 0,02 моль НСl и 0,15 моль КСl в 1000 г воды.

Ответ: 1,78.

281. (Р.587) Раствор содержит 0,37 г НСl, 0,12 г NaCl и 0,29 Na₂SO₄ в 1000 г воды. Вычислите рН этого раствора.

Ответ: 2,04.

282. (Р.588) Вычислите рН раствора азотной кислоты ( = 0,05 %). Плотность раствора и степень диссоциации НNО₃ считать равными единице.

Ответ: 2,1.

283. (Р.590) Какая масса НСООН содержится в 0,3 л раствора этой кислоты, имеющей рН 6,04? К_Д = 1,77 × 10^–4.

Ответ: 6,5 × 10^–8 г.

284. (Р.591) Чему равна константа диссоциации кислоты, если рН 0,08 н. раствора кислоты равен 2,4.

Ответ: 2 × 10^–4.

285. (Р.592) Вычислите рН полученного раствора, если 0,01 л раствора гидроксида натрия ( = 30 %;  = 70 %) с плотностью 1328 кг/м³ разбавили водой до 0,75 л.

Ответ: 13.

286. (Р.596) Какой объем воды необходимо добавить к 0,2 л раствора муравьиной кислоты ( = 5 %,  = 1012 кг/м³) для получения раствора, рН которого равен 2,5, если K_HCOOH = 1,77 × 10^–4?

Ответ: 19,3 л.

287. (Р.597) Определите водородный показатель раствора уксусной кислоты, если 0,25 л 0,15 н. СН₃СООН на 60 % нейтрализованы 0,15 н. NH₄OH. Константа диссоциации СН₃СООН равна 1,75 × 10^–5.

Ответ: 3,09.

288. (Р.598) Вычислите концентрацию ионов водорода и рН буферного раствора, содержащего в 1 л по 0,05 моль муравьиной кислоты (К_Д = 1,7 × 10^–4) и формиата натрия.

Ответ: 1,7 × 10^–4 моль/л; 3,77.

289. (Р.599) Рассчитайте концентрацию ионов водорода и рН уксусно-ацетатного буферного раствора, содержащего по 0,1 моль уксусной кислоты (К_Д = 1,75 × 10^–5) и ацетата натрия в 1 л. Как отличается концентрация ионов Н⁺ в буферном растворе от концентрации ионов Н⁺ в 0,1 М растворе СНзСООН?

Ответ: 4,76; 2,88; 1,75 × 10^–5 моль/л; 1,32 × 10³ моль/л.

290. (Р.602) Вычислите рН ацетатного буферного раствора (1 моль СН₃СООН и 0,1 моль CH₃COONa в 1 л раствора). K_CH3COOH = 1,75 × 10^–5.

Ответ: 3,76.

291. (Р.603) Как изменится значение рН ацетатного буферного раствора (0,1 моль СН₃СООН и 0,02 моль CH₃COONa в 1 л) при добавлении 0,01 моль НС1? K_CH3COOH = 1,75 × 10^–5.

Ответ: 4,06; 3,03.

292. (Р.606) Рассчитайте буферную емкость по отношению к NaOH раствора, содержащего в 1 л 0,1 моль СН₃СООН и 0,06 моль CH₃COONa, K_CH3COOH = 1,75 × 10^–5.

Ответ: 0,135 моль/л.

293. (Р.607) Рассчитайте рН и буферную емкость по отношению к НС1 раствора, полученного при смешении 1,2 л 1,2 М раствора NH₄ОН и 0,6 л 0,6 М раствора NH₄С1. K_NH4ОН = 1,77 × 10^–5.

Ответ: 9,85; 0,56 моль/л.

294. (Р.608) Составьте молекулярные и молекулярно-ионные уравнения гидролиза солей: K₂S, CuSO₄, Na₃PO₄, Na₂CO₃, Cr₂S₃.

295. (Р.609) При смешении растворов A1₂(SO₄)₃ и K₂S в осадок выпадает А1(ОН)₃. Укажите причину этого и составьте соответствующие молекулярные и молекулярно-ионные уравнения.

296. (Р.610) При сливании растворов СrСl₃ и Na₂CO₃ образуется осадок Сr(ОН)₃. Объясните причину и напишите соответствующие уравнения в молекулярном и молекулярно-ионном виде.

297. (Р.612) Подберите по два уравнения в молекулярном виде к каждому из молекулярно-ионных уравнений:

а) Al³⁺ + H₂O  (AlOH)²⁺ + H⁺

б) S^2– + H₂O  OH^– + HS^–

в) CN^– + H₂O  OH^– + HCN

298. (Р.615) Какую реакцию должны иметь растворы следующих солей: NH₄CN, A1(NO₃)₃, K₂CO₃, ZnSO₄, Li₂S. Ответ подтвердите соответствующими молекулярными и молекулярно-ионными уравнениями.

299. (Р.617) Константа диссоциации муравьиной кислоты НСООН равна 1,77 × 10^–4, а гидроксида аммония – 1,77 × 10^–5. Рассчитайте константы гидролиза следующих солей: HCOONa, HCOONH₄, NH₄NO₃.

Ответ: 5,64 × 10^–11; 3,20 × 10^–6; 5,65 × 10^–10.

300. (Р.619) Определите степень гидролиза и рН 0,005 н. KCN, K_HCN = 4,9 × 10^–10.

Ответ: 0,063; 10,5.

301. (Р.620) Водородный показатель 0,003 н. раствора гипохлорита калия равен 9,5. Вычислите степень гидролиза этой соли.

Ответ: 1,06 × 10^–2.

302. (Р.621) Рассчитайте К_ГИДР следующих солей: NH₄CN, CH₃COONH₄, NH₄C1O, если константы диссоциации NH₄OH, HCN, СНзСООН и НСlO соответственно равны 1,77 × 10^–5, 4,9 × 10^–10, 1,75 × 10^–5, 3,0 × 10^–8.

Ответ: 1,15, 3,2 × 10^–4, 0,019.

303. (Г.490) Вычислите рН ацетатного буферного раствора, содержащего 0,5 моль/л NaCH₃COO и 1 моль/л СНзСООН.

Ответ: 5,1.

304. (Г.491) Вычислите рН фосфатного буферного раствора, содержащего 0,1 моль Na₂HPО₄ и 0,3 моль/л КН₂РО₄.

Ответ: 6,7.

305. (Г.492) Вычислите рН раствора, содержащего 0,2 моль/л NaHCО₃ и 1 моль/л Na₂CО₃.

Ответ: 11,02.

306. (Г.493) Выведите формулу для расчета рН аммиачного буферного раствора, содержащего NH₄OH и NH₄NO₃.

307. (Г.494) Вычислите рН аммиачного буферного раствора, содержащего 2 моль/л NH₄OH и 0,3 моль/л NH₄NO₃.

Ответ: 10,06.

308. (Г.495) Вычислите рН раствора, полученного растворением 0,05 моль СаСО₃ в 1 л 0,2 М раствора СН₃СООН.

Ответ: 4,76.

309. (Г.498) Вычислите константу гидролиза формиата натрия HCOONa. Какова степень гидролиза соли в 0,1 М растворе и рН раствора?

Ответ: 5,6 × 10^–11; 2,4 × 10^–5; 8,4.

310. (Г.501) Вычислите рН и степень гидролиза 0,1 М раствора NaF.

Ответ: 8,1; 1,2 × 10^–5.

311. (Г.503) Вычислите рН и степень гидролиза 0,05 М раствора NH₄NO₂.

Ответ: 6,3; 1 × 10^–3.

312. (Г.506) Вычислите рН и степень гидролиза 0,2 М раствора NaNO₂ с учетом ионной силы раствора (ионная сила создается только названным веществом и продуктами его превращения).

Ответ: 8,2; 9,9 × 10^–6.

313. (Г.507) Вычислите рН и степень гидролиза 0,4 М раствора NH₄CN с учетом ионной силы (ионная сила создается только названным веществом и продуктами его превращения).

Ответ: 9,2; 43,5 %.