Оглавление:
Задачи повышенной трудности. Электролитическая диссоциация. Буферные растворы. Гидролиз
Задача 136
Рассчитать pH растворов 
до концентраций С от 
моль/л. Построить диаграмму рН-С.
Решение:
Условием задачи определены низкие концентрации, при которых степень диссоциации равна 1 или близка к ней. Для значительных концентраций кислоты потребовалось бы учитывать степень диссоциации а. Для концентрации от 
моль/л расчет pH раствора производится следующим образом:
следовательно, 
Зависимость pH-С линейная.
Во всех этих случаях не учитывалась концентрация ионов водорода, образованных в результате диссоциации воды, так как она незначительна.
При более низких концентрациях кислоты, когда концентрация ионов водорода, образованных в результате диссоциации кислоты, становится близкой к концентрации ионов водорода, образованных в результате диссоциации воды, необходимо считаться с процессом диссоциации воды:
Пусть X — концентрация ионов 
,
У — концентрация ионов 
,
тогда 
, так как .
Так как раствор электронейтрален, то
Имеем систему двух уравнений:
Получаем уравнение II порядка: 
Решаем его, причем, в нашем случае имеет физический смысл положительный корень:
Для концентрации 
, равной 
моль/л, диссоциация воды еще незначительно сказывается на значении pH, хотя уже ниже на 0,004 единицы, что свидетельствует о незначительном вкладе концентрацию ионов 
.
диссоциации воды, повышающей
Диаграмма 
приведена на рис.11.
Задача 137
Рассчитать pH растворов 
для концентраций С от 1 моль/л до 
моль/л. Построить диаграмму рН-С.
Решение:
Условиями задачи определен высший предел концентраций, при котором степень диссоциации уксусной кислоты имеет очень низкую величину:
В этом случае пользуемся для расчетов выражением константы диссоциации:
Причем, в связи с малой величиной степени диссоциации доля продиссоциированных молекул из всех имеющихся в растворе молекул ничтожна, поэтому вместо равновесной концентрации в выражении константы диссоциации можно брать исходную концентрацию .
Так как 
,
Уже при концентрации 
моль/л доля продиссоциированных молекул становится высокой:
А значит, требуется, начиная с концентрации моль/л и ниже, в расчетную формулу подставлять только значения равновесных концентраций:
равновесные концентрации: (С-Х) моль/л, X моль/л, X моль/л.
Уже при концентрации уксусной кислоты, равной 
моль/л, степень электролитической диссоциации становится близкой к 1, значит, можно уже производить расчет pH по следующей формуле:
Диаграмма 
приведена на рис. 12.
Но, как это было показано в предыдущей задаче, при концентрациях кислоты 
моль/л и ниже необходимо учитывать диссоциацию воды, тогда аналогично раствору 
значения pH будут следующие:
Задача 138
Показать, что раствор 
, взятых в эквимолярных количествах, является буферным раствором, pH которого практически не меняется при его разбавлении, а также при добавлении к нему незначительного количества кислоты или щелочи. Рассчитать pH раствора, содержащего 1 моль/л 
и 1 моль/ л 
.
Решение:
— слабый электролит:
— сильный электролит:
Предположим, что тогда 
моль/л.
Предположим, что буферный раствор 
разбавили в 2 раза, тогда:
При разбавлении буферного раствора pH не меняется.
Добавим в 1 л буферного раствора 10 мл 1 М раствора 
:
Это приведет к увеличению концентрации 
на 0,01 моль/л и уменьшению концентрации 
на 0,01 моль/л. Концентрации станут приблизительно следующими:
т.е. практически не изменился.
Можно показать, что добавление 10 мл щелочи в 1 л воды изменит pH с 7 приблизительно до 12.
моль/л (не учитывая увеличения объема при добавлении к 1 л 10 мл);
Добавим в 1 л буферного раствора 10 мл 1 М раствора 
:
Это приведет к увеличению концентрации на 0,01 моль/л и уменьшению концентрации на 0,01 моль/л. Концентрации станут приблизительно следующими:
, т.е. практически не изменился.
Задача 546.46
Подобрать наиболее подходящий индикатор для реакции нейтрализации сильной кислотой.
Решение:
Необходимо построить кривую титрования, т.е. установить зависимость pH от количества кислоты, добавленной для нейтрализации . Концентрация может быть выражена в процентах от всего количества кислоты, необходимой для полной нейтрализации ,
Найдем некоторые точки на кривой. Предположим, что исходный раствор 0,1 молярный и что при нейтрализации кислотой объем не меняется.
Точка 1. Исходный раствор
Точка 2. Добавлено 10 % НС1 от всего количества для полной нейтрализации, это приводит к следующему:
Точка 3. Добавлено 20 % :
Точка 4. Добавлено 30 % :
Точка 5. Добавлено 40 % :
Точка 6. Добавлено 50 % :
В предыдущей задаче расчет pH буферного раствора 
с эквимолярными количествами и дал следующий результат:
pH = 9,25.
Точка 7. Добавлено 60 % :
Точка 8. Добавлено 70 % :
В данном случае концентрация становится высокой, поэтому необходимо учитывать гидролиз соли , образованной сильной кислотой и слабым основанием:
Точка 9. Добавлено 80 % :
Точка 10. Добавлено 90 % :
Точка 11. Добавлено 99 % :
Точка 12. Добавлено 100 % :
Точка 13. Добавлено 101 % :
Точка 14. Добавлено 110 % :
Кривая титрования показана на рис. 13.
Эквивалентная точка нейтрализации при pH = 5,13.
Для того, чтобы была максимальная точность при нейтрализации, необходимо подобрать такой индикатор, у которого переход окраски происходит при pH порядка 5.
В таблице индикаторов находим наиболее подходящие индикаторы:
лакмус — pH интервала перехода окраски 5,0…8,0;
бромтимоловый синий — pH интервала перехода окраски 6,0…7,6;
метиловый красный — pH интервала перехода окраски 4,4…6,2.
Эти задачи взяты со страницы решения задач по неорганической химии:
Задачи с решением по неорганической химии
Возможно эти страницы вам будут полезны:
| Задачи по элементам аналитической химии |
| Задачи по элементам органической химии |
| Задачи с решениями на произведение растворимости |
| Задачи с решениями на окислительно-восстановительные процессы |
