Имеется водный раствор объёмом V,л, содержащий а, г, вещества А и b, г вещества В.
Самостоятельная работа №4. Растворы.
Для выполнения самостоятельной работы по этой теме следует предварительно изучить соответствующие главы учебника[1] (глава 8), теоретический лекционный материал и примеры решения задач и упражнений в [3], [6], [11]. Студенты должны знать классификацию сложных химических веществ: кислоты, основания, соли; понятия растворы, водные растворы, растворы электролитов; теорию диссоциации; уметь идентифицировать сильные и слабые электролиты.Рассчитывать соответствующие параметры, характеризующие свойства водных растворов: степень диссоциации, константа диссоциации, ионная сила раствора, ионное произведение воды, водородный показатель раствора, гидролиз солей, малорастворимые электролиты, произведение растворимости, растворимость.
Самостоятельная работа №4 содержит 5 расчетных заданий по характеристикам и свойствам водных растворов электролитов,имеющих наиболее важное значение в технологических процессах. Данные для выполнения всех заданий для 32 вариантов приведены в таблице. Рассмотрим для примера один из вариантов.
Таблица. Исходные данные n-варианта.
V,л | Вещество | Т1,Т2 | Вещество | |||||
Aa,г | Bb,г | С с,г | Dd,г | E+F | G | H | ||
0,4 | KNO2 1,360 | KOH 0,672 | HNO2 0,752 | 299,345 | Sc2(SeO4)3 2,076 | AgNO3 NaNO2 | Cu(OH)2 | Na6[Cu(P2O7)2] |
Задание 1.
Задание 2.
Задание 3.
Задание 4.
В этом задании проверка знаний и умений по расчетам в растворах мало растворимых веществ: произведения активностей, возможность выпадения осадка, растворимость малорастворимых веществ.
Имеется два раствора:
а) 5мл 0,004М раствора вещества Е (AgNO3);
б)15мл 0,003М раствора вещества F (NaNO2);
4.1. Определите, произойдет ли выпадение осадка при сливании этих растворов?
Ответ:
При сливании 15 мл одного раствора и 5 мл второго общий объем системы станет 20 мл. Рассчитаем концентрации солей в объеме 20 мл.
а) AgNO3→Ag++NO3-
0,004моль/л – 20мл
=>х= = 10-3 моль/л
х моль/л – 5мл
б) NaNO2→Na++NO2-
0,003моль – 20мл
=>х=15∙0,003:20 = 2,25∙10-3 моль/л
х моль – 15мл
При слиянии растворов образуется малорастворимая соль нитрит серебра:
Ag++ NO2-→ AgNO2↓
ПР(табличное) = 3,1∙10-10
Если произведение активностей (ПА) ионов в растворе больше табличного значения произведения растворимости (ПР), то выпадает осадок труднорастворимого соединения.
=>осадок выпадает
4.2. Рассчитайте величину растворимости осадка (п.4.1.) в чистой воде. Как изменится растворимость, если растворителем будет раствор вещества А (см. задание 1).
Ответ:
Если растворителем будет KNO2:
Концентрация каждого иона в насыщенном растворе электролита может быть изменена, но при этом изменяется и концентрация другого иона так, что произведение концентраций сохраняет прежнюю величину. Поэтому, если в насыщенный раствор электролита ввести некоторое количество одного из ионов, входящих в состав электролита, то концентрация другого иона должна уменьшиться и часть растворенного электролита выпадет в осадок, то есть растворимость электролита понижается от введения в раствор одноименных ионов.
4.3. Определите значение водородного показателя, при котором начинается выпадение осадка вещества G (Cu(OH)2) при 25°С и стандартных состояниях?
Ответ:
1ст.: Cu(OH)2↔ CuОН ++ОН-
2ст.: CuОН +↔ Cu2++ОН- (слабый электролит, )
pH=14
pH=14
Выпадение осадка начнется при рН=11.
Задание 5.
В этом задании рассматриваются растворы комплексных соединений. Следует знать понятие константы нестойкости комплексов ( табличные значения); уметь писать реакции диссоциации комплексных соединений.
Самостоятельная работа №4. Растворы.
Для выполнения самостоятельной работы по этой теме следует предварительно изучить соответствующие главы учебника[1] (глава 8), теоретический лекционный материал и примеры решения задач и упражнений в [3], [6], [11]. Студенты должны знать классификацию сложных химических веществ: кислоты, основания, соли; понятия растворы, водные растворы, растворы электролитов; теорию диссоциации; уметь идентифицировать сильные и слабые электролиты.Рассчитывать соответствующие параметры, характеризующие свойства водных растворов: степень диссоциации, константа диссоциации, ионная сила раствора, ионное произведение воды, водородный показатель раствора, гидролиз солей, малорастворимые электролиты, произведение растворимости, растворимость.
Самостоятельная работа №4 содержит 5 расчетных заданий по характеристикам и свойствам водных растворов электролитов,имеющих наиболее важное значение в технологических процессах. Данные для выполнения всех заданий для 32 вариантов приведены в таблице. Рассмотрим для примера один из вариантов.
Таблица. Исходные данные n-варианта.
V,л | Вещество | Т1,Т2 | Вещество | |||||
Aa,г | Bb,г | С с,г | Dd,г | E+F | G | H | ||
0,4 | KNO2 1,360 | KOH 0,672 | HNO2 0,752 | 299,345 | Sc2(SeO4)3 2,076 | AgNO3 NaNO2 | Cu(OH)2 | Na6[Cu(P2O7)2] |
Задание 1.
Имеется водный раствор объёмом V,л, содержащий а, г, вещества А и b, г вещества В.
Это задание для проверки навыков и умений по составлению уравнений диссоциации для сильных электролитов, расчета ионной силы и водородного показателя рН в растворах сильных электролитов, умения пересчитывать концентрацию раствора, заданную в одной из единиц измерения концентраций, в любую другую.
1.1. К каким электролитам можно отнести растворы этих соединений? Напишите уравнения реакций диссоциации этих электролитов.
Ответ:
(вещество А) KNO2→K+ + NO2- – все соли сильные электролиты
(вещество В) KOH→ K+ + OH- – растворимое основание (щелочь) сильный электролит;
Сильные электролиты в растворах диссоциируют необратимо (в записях необратимость процесса обозначается одной стрелкой вправо).
1.2. Рассчитайте ионную силу раствора п. 1.1. Как изменится ионная сила, если к раствору добавить 0,5 л Н2О?
Ответ:
I= ∑cizi2, где ci – молярные концентрации отдельных ионов (моль/л),а zi – заряды ионов
;
где m – масса растворенного вещества, М – молярная масса вещества, V - объем раствора.
M(KNO2) = 39г/моль + 14г/моль + 2∙16г/моль = 85 г/моль
M (KOH) = 39 г/моль + 16 г/моль + 1 г/моль = 56 г/моль
I1 = ( ) = (0,04∙1+0,04∙1+0,03∙1+0,03∙1) = 0,07
При добавлении 0,5 л Н2О увеличивается объём раствора, поэтому уменьшается молярная концентрация ионов, следовательно, ионная сила раствора уменьшится.
I1 = ( ) = (0,018∙1+0,018∙1+0,013∙1+0,013∙1) = 0,031
1.3. Определите водородный показатель раствора при 25°С.
Ответ:
Для щелочных растворов водородный показатель рН определяется из соотношения рКW= pH + pOH, где рКW = -lgКW = 14 (КW –ионное произведение воды, равное при 298К КW = 10-14):
pH=14 , где ( коэффициент активности гидроксид ионов, определяемый либо по приближенным формулам, либо по правилу ионной силы, согласно которому коэффициенты активности ионов одинакового заряда в растворах с одинаковой ионной силой равны по величине (см. таблицу):
Ионы | Коэффициент активности для ионной силы | |||||
0,001 | 0,01 | 0,02 | 0,05 | 0,07 | 0,1 | |
водорода Однозарядные Двухзарядные Трёхзарядные | 0,98 0,98 0,77 0,73 | 0,92 0,92 0,58 0,47 | 0.90 0,89 0,50 0,37 | 0,88 0,85 0,50 0,37 | 0,86 0,83 0,36 0,25 | 0,84 0,80 0,30 0,21 |
=>для КОН: рН =
рН = (рН > 7 – среда щелочная)
1.4. Для раствора объёмом V, л, содержащего b, г вещества В, рассчитайте:
а) молярную концентрацию См, моль/л;
M (KOH) = 39 г/моль + 16 г/моль + 1 г/моль = 56 г/моль
б) массовую долю вещества ω (%) ρ=1;
= 0,00168%
в) молярную концентрацию эквивалента сН моль/л;
, где
г) титр раствора Т, г/мл.
Задание 2.