Гидролизующихся солей. буферные системы

(примерный перечень задач для подготовки к контрольной работе, экзамену)

1. Выразите [Н⁺] и рН растворов слабых кислот и оснований соотношением их молярных концентраций со степенью диссоциации и константой диссоциации.

2. При одинаковой молярной концентрации растворы каких веществ будут иметь меньшее значение рН: а) НСI или СН₃СООН, б) НNО₂ или НСIО, в) НСI или КОН?

3. Какой концентрации ионов водорода соответствуют значения рН: 0,3,7,10,12? Как в этих растворах окрашиваются лакмус и метиловый оранжевый?

4. Чему равно значение рН для растворов, в которых с(Н⁺) равна 0,1, 0,001, 10^-7и 10^-10 моль/л ;с(ОН^-) равна 0,01 и 10^-11 моль/л?

5. Чему равна молярная концентрация растворов НNО₃ и NaOH, если для первого раствора рН=2, а для второго рН=13? Ответ: 0,01 и 0,1моль/л.

6. Какую молярную концентрацию имеют растворы НСl и КОН, если рН их растворов соответственно равны 1,6 и 12,6? Ответ: 6×10^-2 и 1,66×10^-2моль/л.

7. Какое значение имеет рН раствора, в котором: с(НСN)=0,1моль/л; с(СН₃СООН)=5,75×10^{- 4} моль/л? Ответ: 5,05; 2,87.

8. Найдите концентрацию ионов водорода и рН раствора, в котором массовая доля НСl составляет 0,01%. Ответ: 2,74×10^-3; 2,56.

9. Какое значение рН имеют растворы НСN, в которых степень диссоциации кислоты равна: а) 0,0265%; б) 0,0084%? Ответ: 5,53; 5,03.

10.Каким значением характеризуется раствор уксусной кислоты, в котором его массовая доля составляет 0,6%? Сколько воды надо прибавить к этому раствору объемом 1л, чтобы значение рН стало равным 3? Ответ: 2,87; 0,8.

11.Константы диссоциации кислот HNO₂, HBrO и HClО имеют значения 4×10^-4, 2,5×10^-9, 5×10⁸ соответственно. Расположите формулы их натриевых солей в порядке уменьшения величины К_г и покажите, во сколько раз каждая из них меньше предыдущей.

12.Какие из солей имеют одинаковое значение К_г NH₄CI, СН₃СООNa, СН₃СООNH₄? Чем это обусловлено? Ответ: NH₄CI и СН₃СООNa.

13.Найдите значения степени гидролиза нитрита натрия и формиата калия в растворах молярных концентраций 0,1; 0,001 и 10моль/л. Ответ: NaNO₂: 1,6·10^-5, 1,58·10^-6; НСООК: 2,4·10^-5, 2,4·10^-4, 2,4·10^-6.

14.Чему равна степень гидролиза и концентрация гидролизованной соли в растворах NH₄CI и KCN, если: с=0,1моль/л? Ответ: 7,45·10^-5 и 7,45·10^-6моль/л; 1,12·10^-2 и 1,12·10^-3моль/л.

15.Степень гидролиза соли щелочного металла и одноосновной кислоты в растворе концентрации 0,1моль/л равна 0,0014%. Найдите К_г этой соли и К_д образовавшей ее кислоты. Ответ: 1,96·10^-11; 5·10^-4.

16.Найдите степень гидролиза NFJO₃ и NaJO в растворах концентрации, 1моль/л. Из полученных данных сделайте вывод о сравнительной силе кислот, образовавших эти соли. К_д(HJO₃)=1,6 10^-1; К_д(HJO)=2,3·10^-11. Ответ: 7,9·10^-7 и 6,6·10^-2.

17.К_г солей хлорноватистой и уксусной кислот со щелочным металлом соответственно равны 2·10^-7 и 5,5·10¹⁰. Найдите степень гидролиза этих солей в растворах с концентрациями 0,05моль/л. На какую сравнительную силу кислот указывают значения констант и степени гидролиза, образованных ими солей? Ответ: 2·10^-3 и 1,05·10^-4.

18.Вычислите h(ZnCI₂) по первой ступени в растворе, для которого с=0,5моль/л К_д(ZnOH⁺)=1,5·10^-9 Ответ: 3,7·10^-3.

19.Найдите степень гидролиза солей и значение рН для их растворов концентрации 0,1моль/л: NH₄Br, КСlО, НСООNa; Ответ: h-7,45·10^-5, 1,41·10^-3, 2,36·10^-5, рН- 5,13, 10,15, 8,37.

20.На примере гидросолей NaHCO₃ и NaHSO₃ и NaHPO₄, покажите, как можно определить среду их растворов, не прибегая к эксперименту. Вычислите для них степень гидролиза в растворах концентрации 0,01моль/л. Ответ: 1,5·10^-3; 7,9·10^-6; 4,0·10^-3.

21.По данным приведенных выше примеров покажите: а) во сколько раз h(НСО₃) растворе NaНСО₃ больше h(НСО^-₃) в растворе Na₂СО₃ той же концентрации, объясните причину различия, б) вычислите [Н⁺] в растворе NaНСО₃, при с=0,1моль/л и сравните с концентрацией ионов ОН^-, образовавшихся в результате гидролиза соли. Сделайте вывод о реакции среды. Ответ: в 100раз; 2,17·10^-6; 4,6·10^-5.

22.Покажите, как , используя значения К_г продуктов гидролиза, можно решить вопрос о том, будут ли растворы NН₄НСО₃ и (NН₄)₂СО₃ иметь нейтральную, кислую или щелочную среду.

23.Пользуясь значением К_г для кислот Н₃РО₄ и Н₃AsО₃ определите, во сколько раз степень гидролиза дигидрофосфита натрия больше или меньше степени гидролиза дигидроарсенита натрия в растворах одной и той же концентрации. Ответ: h(Н₂AsO^-) в 1770раз больше h(H₂PO^-₃).

24.Пользуясь значением К_д(H₂SO₃) по первой и второй ступеням, найдите К_г(SO₃^2-)₁ и К_г(SO₃^2-)₂. Ответ: 1.61·10^-7 и 6,25·10^-13.

25.По значению ступенчатых К_д(H₃PO₄) вычислите ступенчатые К_г(PO₄^3-) и объясните направленность и причину изменения этой величины от первой ступени к последней. Ответ: 2,38·10^-2, 1,61·10^-8, 1,32·10^-12.

26.Сравните степень гидролиза двух гидросолей Na₂HPO₃ и NaH₂PO₃, в растворах одинаковой концентрации. Ответ: h(HPO^-₃) ,больше h(H₂PO^-₃) в 50,5 раз.

27.Всегда ли в реакциях нейтрализации среда в момент эквивалентности кислоты и основания (точка эквивалентности) будет нейтральной? Приведите примеры.

Литература: Н.Б. Любимова “Вопросы и задачи по общей и неорганической химии”, Высш.шк., 1990г. стр.215 задачи № 85-94; стр.230-232 задачи №43-59.

28.В растворе кислоты содержится в виде ионов 0,3г водорода и 1,7моля недиссоциированной кислоты. Какова степень диссоциации кислоты в растворе?

29.В растворе уксусной кислоты содержится в виде ионов 0,0010г водорода и 0,1доля недиссоциированной кислоты. Какова степень диссоциации уксусной кислоты в этом растворе?

30.Степень диссоциации в 0,1н. растворе кислоты равна 0,01. Сколько граммов водорода содержится в литре этого раствора в виде ионов?

31.В 0,1М растворе одноосновной кислоты содержится водорода в виде ионов 0,001г. Какова степень диссоциации кислоты в этом растворе?

32.Имеется один литр молярного раствора нитрата калия. Степень диссоциации соли в этом растворе равна 70%. Сколько граммов электролита диссоциировано на ионы?

33.Считая, что степень диссоциации соляной кислоты в децимолярном растворе равна 90%, найти: а) сколько граммов водорода находится в виде ионов в 2 л кислоты, б) сколько граммов-ионов водорода содержится в 5 л кислоты.

Литература: Я.Л. Гольдфарб, Ю.В. Ходаков “Сборник задач и упражнений по химии”, 1971г стр.95, задачи №7-74-7-79.

34..Константа диссоциации воды при 22°С равна 1,86·10^-16. Вычислить концентрации [в моль/л] и число ионов водорода и гидроксид-ионов в 1 л чистой воды.

35..Во сколько раз концентрация гидроксид-ионов в растворе с рН12 больше концентрации ионов водорода?

36.Вычислить рН 0,1М раствора соляной кислоты, считая ее диссоциацию полной.

37.Вычислить рН 0,1М раствора гидроксида калия, считая диссоциацию полной.

38.Вычислить рН 0,1М раствора серной кислоты, приняв, что кажущаяся степень ее диссоциации равна 90%.

39.Вычислить рН 0,171%-ного раствора гидроксида бария, считая диссоциацию полной, а плотность раствора равна 1 г/см³

40.Вычислить рН раствора, полученного растворением 54,3 мл 98%-ной серной кислоты (r=1,841г/см³) в 5 л воды. Диссоциацию кислоты в растворе считать полной, а плотность полученного раствора равной 1 г/см^3.

41.Вычислить рН 0,1М; 0,001н. растворов уксусной кислоты.

42.Вычислить рН 0,46%-ного раствора муравьиной кислоты. Плотность раствора принять равной 1 г/см³.

43.Вычислить рН раствора, полученного растворением 1,12 л (н.у.) аммиака в 500 мл воды (см. приложение 7).

44.Вычислить рН 0,2М раствора сернистой кислоты, приняв степень диссоциации кислоты равной 28% и учитывая лишь первую стадию диссоциации.

45.Вычислить рН раствора, полученного растворением в 1 л воды 0,44 г углекислого газа, учитывая лишь первую стадию диссоциации угольной кислоты.

46.Как изменится рН 0,2М раствора соляной кислоты после добавления к нему равного объема воды?

47.Как изменится рН раствора после добавления к 300 мл 0,3н. раствора КОН 200 мл?

48.Насколько изменится рН 0,2М раствора уксусной кислоты после разбавления раствора вдвое?

49.Для каких электролитов справедливо утверждение, что значение рН повышается на единицу при разбавлении раствора в 10 раз?

50.Сколько воды следует добавить к 200 мл соляной кислоты с рН 2, чтобы изменить величину рН на единицу?

51.Сколько граммов уксусной кислоты нужно добавить к 2 л ее раствора с рН 3,5, чтобы понизить рН раствора до 3?

52.Вычислить рН раствора, полученного при добавлении 0,5 л воды к 1,5 л азотистой кислоты с рН 2.

53.Вычислить рН раствора, полученного при добавлении 200 мл воды к 300 мл раствора аммиака с рН 11.

54.Какой объем 0,1н. раствора щелочи необходимо добавить к 10 мл 0,5 н. раствора кислоты, чтобы довести величину рН до 7?

55.Вычислить рН раствора, полученного прибавлением к 200 мл 0,2 н. раствора соляной кислоты 10 мл 6%-ного раствора гидроксида натрия (r=1,07г/см^Ù).

56.Смешали равные объемы растворов сильных кислот с рН 1 и рН 2. Вычислить рН полученного раствора.

57.Смешали равные объемы растворов щелочей с рН 12 и рН 11. Вычислить рН полученного раствора.

58.Смешали равные объемы растворов сильных кислоты и щелочи с рН 2 и рН 11. Вычислить рН полученного раствора.

59.Смешали 50 мл раствора щелочи с рН 12 и 150 мл раствора сильной кислоты с рН 3. Вычислить рН полученного раствора .

60.В каком объемном соотношении необходимо смешать растворы сильной кислоты с рН 3 и щелочи с рН 12, чтобы получить раствор с рН 10?

61.В каком объемном соотношении необходимо смешать растворы сильной кислоты с рН15 и щелочи с рН 9, чтобы получить раствор с рН 8?

62.Вычислить рН раствора, в 1л которого содержится 6 г уксусной кислоты и 4,1 г ацетата натрия. Диссоциацию соли считать полной.

63.Вычислить рН раствора, полученного при добавлении 0,1 моль NH₄CI к 1 л 0,01н.раствора аммиака. Изменением объема раствора при добавлении соли пренебречь. Диссоциацию соли считать полной.

64.Вычислить рН раствора, полученного при смешивании 600 мл 0,47%-ного раствора азотистой кислоты и 100 мл 4,25%-ного раствора нитрита калия. Плотности растворов принять равными 11г/см³.

65.Вычислить рН раствора, полученного при смешивании 100 мл 0,1М раствора уксусной кислоты и 50 мл 0,01М раствора ацетата калия, если кажущаяся степень диссоциации его в полученном растворе равна 90%.

66.Почему не оправдано вычисление рН очень сильно разбавленных кислот и оснований (С»10^-7 моль/л)?

67.Вычислите рН раствора, полученного при добавлении 10 мл 96%-ного раствора серной кислоты (r=1,84г/см³) к 3 л воды. Какие справочные данные следует использовать в дополнение к приведенным, чтобы решить задачу?

68.Вывести формулу для вычисления рН растворов С-молярной концентрации сильных кислоты и основания; слабых кислоты и основания, учитывая в последних случаях только первую стадию диссоциации.

69.Какова степень диссоциации муравьиной кислоты в ее растворе, если рН3?

70.Вычислить молярность и нормальность раствора серной кислоты, если известно, что рН 2,2.

Литература: В.В. Свиридов, Г.А.Попкович, Г.И. Васильева “Задачи, вопросы и упражнения по общей химии”, 1991г., стр.77-79, задачи №8.118-8.154.

71.Ниже приведены значения для растворов уксусной кислоты разной концентрации:

С_{СН3СООН}, моль/л 0,1 0,8 0,03 0,001

a 1,34·10^-2 1,50·10^-2 2,54·10^-2 4,15^-·10^-2

Вычислить в каждом случае величину К.

72.Вычислить [Н⁺] в 0,1М растворе НСN (К=6,2·10^-10). Сколько граммов СN-в виде ионов содержится в 0,6 л указанного раствора?

73.При какой концентрации (в моль/л) уксусной кислоты в растворе ее степень диссоциации равна 0,01? При какой концентрации a увеличится в два раза? К.=1,8·10^-5.

74.Вычислить a и [Н⁺] в 0,05М растворе азотистой кислоты (К=5·10^-4).

75.Во сколько раз [H⁺] в растворе муравьиной кислоты (К=2,1·10^-4) больше, чем в растворе уксусной кислоты (К=1,8·10^-5) той же концентрации?

76.При какой концентрации (моль/л) муравьиной кислоты (К=2·10^-4) 95%ее находится в недиссоциированном состоянии?

77.Вычислить [Н⁺] и a 1%-ном растворе уксусной кислоты (К=1,85·10^-5), приняв r=1.

78.При каком процентном содержании муравьиной кислоты в растворе (r»1) [Н⁺]=8,4·10^-3 г-ион/л?

79.Вычислить a и [Н⁺] в 1М растворах кислот:

а)дихлоруксусной СНСI₂СООН (К=5·10^-2); б)трихлоруксусной ССI₃СООН (К=2·10^-1); в)хлористой НСIО₂ (К=1,1·10^-2) и г) йодноватой НJO₃ (К=1,6·10^-1).

80.Вычислить a и [Н⁺] а) в 0,3М растворе HF (К=6,8·10^-4) и б) в 0,01М растворе той же кислоты.

81.80.Во сколько раз уменьшится концентрация ионов HS^-, если к 1 л 0.1М раствора H₂S (К₁=1·10^-7) прибавить 0,1 моля НСI? Коэффициент активности ионов Н⁺ fн⁺=0,76.

82.Вычислить a и [Н⁺] в 0,3М растворе уксусной кислоты (К=1,8·10^-5). Какие значения примут эти величины после добавления к 1 л раствора кислоты 0,2М СН₃СООNа? Коэффициент активности ионов f_cн3СОО^- =0,7.

83.Сколько молей NH₄CI следует добавить к 1 л 1,1М раствора NH₄OH (К= 1,8^-·10^-5) для того, чтобы концентрация ионов ОН^- стала численно равна константе диссоциации? Условно примем f_NH⁺₄=1.

84.Исходя из констант диссоциации слабых электролитов вычислить рН следующих растворов: а) 0,25 н.СН₃СООН; К=1,8·10^-5; б) 0,01н. НСN; К=7,2·10^-1; в) 1/200М НNО₂; К=5·10^-4; г) 0,01М NН₄ОН; К=1,8·10^-6.

1. Почему для приготовления буферного раствора используют слабую кислоту или слабое основание, а не сильное?

2. Какое влияние оказывает разбавление на величину рН буферного раствора?

3. Какое влияние оказывает разбавление на величину на величину буферной емкости системы?

4. Какой из буферных растворов – ацетатный, рКа = 4,76 при рН 5,5 обладает большей устойчивостью к избытку кислоты или щелочи?

5. Если рН буферного раствора больше рК кислоты, то система более устойчива к избытку кислоты или щелочи?

6. Если рОН буферного раствора больше рК основания, то система более устойчива к избытку кислоты или щелочи?

7. Если рН буферного раствора больше рК кислоты буферной смеси, что нужно добавить в систему, чтобы рН = рКа?

8. Приведите состав буферных систем крови и дайте сравнительную характеристику их буферного действия, их буферной емкости.

9. Что такое щелочной резерв крови? Чем он определяется и как он оценивается?

10. Объясните механизм совместного действия гидрокарбонатной и гемоглобиновой буферных систем в эритроцитах:

а) тканевых капилляров;

б) легочных капилляров.

11. Что такое кислотно-основное равновесие организма? Что может вызвать его нарушение (причины)?

Задачи для самостоятельного решения

1. Вычислить рН при добавлении 2г NaOH к 500 мл: а) воды; б) 0,1М CH₃COOH; в) смеси содержащей по 0,1 молю CH₃COOH и CH₃COONa.

2. Сравните, как изменится рН 1л воды и 1л фосфатного буферного раствора, в котором концентрация солей NaH₂PO₄ и Na₂HPO₄ состовляет 0,15моль/л, при добавлении к ним 0,01 моля HCl? 0,01 моля NaOH?

3. Концентрация угольной кислоты в плазме крови составляет 0,0025М. Используя, уравнение Гендерсона-Хассельбаха, рассчитайте концентрацию гидрокарбоната натрия в плазме при рН=7,4 (рКа⁽¹⁾)=6,1).

4. Водородный показатель артериальной крови здорового человека 7,4. При сильной лихорадке рН плазмы падает до 6,8. Вычислите отношение НСО^-₃/ H₂CO₃ в крови в норме и при лихорадке (рКа⁽¹⁾ = 6,1). Как изменяется при этом – увеличивается или уменьшается – буферная емкость крови по кислоте?

5. Значение рН мочи в норме 4,7-6,5, а при нарушениях кислотно-основного равновесия может изменяться в пределах 4,5-8,5. При каких соотношениях NaH₂PO₄ и NaHPO₄ рН мочи станет равным : а) 4,5; б) 8,5?

6. Глюкозо-6-фосфат является метаболически важным производным фосфорной кислоты. Сколько буферных систем можно приготовить из глюкозо-6-фосфата (рКа⁽¹⁾=0.94; рКа^(II)=6,11). В каких интервалах значений рН они могут быть использованы?

7. Требуется приготовить буферный раствор с рН = 4,3. В распоряжении имеются муравьиная (рКа=3,76), уксусная (рКа=4,75), угольная кислота (рКа⁽¹⁾=6,35) кислоты и гидроксид натрия. Какие вещества, и в каких молярных соотношениях следует смешать для приготовления требуемого раствора?

8. Для определения уропепсина в моче используют ацетатный буферный раствор с рН = 4,9. Сколько граммов NaOH следует прибавить к 1л 0,1М раствора СН₃СООН. Чтобы получить буферный раствор с требуемым значением рН?

9. Рассчитайте объемы 0,1М растворов СН₃СООН и СН₃СООNa, необходимых для приготовления 100 мл буферного раствора с рН = 5,3. Не прибегая к вычислениям, оцените, буферная емкость приготовления раствора больше по кислоте или щелочи? Почему?

10. Рассчитайте рН аммиачного буферного раствора, образующегося при добавлении 10 мл 0,1М раствора HCl к 40 мл 0,1М раствора NH₃ (рК_в = 4,75). Укажите интервал буферного действия этой системы.

11. Покажите, какие буферные системы образуются, укажите интервалы их буферного действия по мере добавления раствора Н₃РО₄ к раствору NaOH, если для фосфорной кислоты рК_а⁽¹⁾ = 2,12; рК_а^(II) = 7,20; рК_а^(III) = 12,44.

12. Рассчитайте, как изменится значение рН 1л фосфатного буферного раствора, содержащего 0,1 моль NаН₂РО₄ и 0,2 моль Nа₂НРО₄ после добавления 0,005 моль НСl; 0,02 моль NaОН, если рК_а^(II) = 7,2. Оцените буферную емкость этого раствора по отношению к кислоте и щелочи.

13. Гидрокарбонатный буферный раствор, состоящий из NaНСО₃ и растворенного СО₂, является важной буферной системой крови. Рассчитайте рН, если концентрация НСО₃^- составляет 24 ммоль/л, парциальное давление СО₂-40 мм.рт.ст., растворимость СО₂-0,03 ммоль/мм.рт.ст., для угольной кислоты рК_а⁽¹⁾ = 6,1. Как изменится рН, если парциальное давление СО₂ уменьшится на 5 мм.рт.ст.?

14. Определите состав и соотношение компонентов фосфатной буферной системы в условиях организма: рН = 7,4, рК_а^(II) = 7,2. Оцените, сколько моль щелочи может поглотить 1 л такого раствора при изменении рН до 7,5, если его буферная емкость по щелочи составляет 0,5 ммоль/л.

15. Определите, какого типа буферная система образуется при добавлении к 20 мл 0,1 М раствора глицина 12 мл 0,1 М раствора NaOH. Рассчитайте значение рН этого раствора, если рК_а^(I)=2,34; рК_а^(II)=9,60; рI=6,0.

16. Определите, какого типа буферная система образуется при добавлении при добавлении к 20 мл 0,1 М раствора глицина 12 мл 0,1 М раствора NaOH. Рассчитайте значение рН этого раствора, если рК_а^(I)=2,34, рК_а^(II)=9,60. Рассчитайте рН этого буферного раствора после добавления к 1 л его 0,02 моль HCl.

17. Рассчитайте сколько процентов оксигемоглобина в диссоциированной форме при рН=7,6, если для оксигемоглобина рК_а=6,95.

18. Титр гидроксида калия по азотной кислоте 1,89 мг/мл. Какой объем раствора гидроксида калия необходимо добавить к 25 мл муравьиной кислоты, титр которой 1,15 мг/мл, для получения буферного раствора с рН равным рК_а муравьиной кислоты?

19. Вычислить концентрацию ионов Н⁺ и рН раствора, полученного при нейтрализации 0,1 М раствора NH₃ на 30% 0,1 М раствором HCl.

20. Вычислить концентрацию ионов Н⁺ и рН раствора, полученного при нейтрализации 0,1 М раствора при добавлении к нему 0,5 мл 0,1 М раствора H₂SO₄?

21. Буферные растворы приготовлены смешением растворов гидрофосфата натрия и дигидрофосфата натрия:

	гидрофосфат натрия	дигидрофосфат натрия
V, мл	С, моль/л	V, мл	С, моль/л
а)		0,1		0,1
б)		0,05		0,05
в)		0,05		0,1
г)		0,1		0,05

Расположите буферные растворы в порядке убывания их буферной емкости. Ответ подтвердите расчетами.

22. Сколько миллилитров 0,1 М раствора Na₂HPO₄ нужно добавить к 10 мл 0,3 М раствора NaH₂PO₄, чтобы получить буферный раствор с рН=6,9? Рассчитайте теоретическую буферную емкость полученного буферного раствора по кислоте и по щелочи.