- •Министерство здравоохранения и социального развития Российской Федерации
- •Тема : Способы выражения состава растворов. Приготовление растворов. Теоретический материал к занятию:
- •Формулы перехода от одних способов выражения состава раствора к другим
- •Тема: Способы выражения состава растворов. Приготовление растворов Решение задач
- •Задания для самостоятельной работы из «Сборника задач и упражнений по общей химии».
- •Тема: Количественный анализ. Теоретический материал к занятию:
- •Домашнее задание:
- •Задания для самостоятельной работы из «Сборника задач и упражнений по общей химии».
- •Лабораторная работа. Определение массы гидроксида натрия в растворе.
- •Тема: Принципы качественного анализа. Теоретический материал к занятию:
- •Лабораторная работа. Качественные и групповые реакции ионов.
- •Модуль №02.
- •Примеры решения типовых задач Пример 1
- •Пример 2
- •Пример 3.
- •Пример 4.
- •Пример 5.
- •Пример 6.
- •Пример 7.
- •Пример 8.
- •Пример 9.
- •Пример 10.
- •Для реакции
- •Пример 11.
- •Химическая термодинамика. Энергетика химических реакций.
- •Лабораторная работа. Определение стандартной энтальпии реакции нейтрализации.
- •Тема: Химическая кинетика. Теоретический материал к занятию:
- •Истинная скорость (в любой момент времени) определяется первой производной концентрации по времени:
- •Примеры решения типовых задач Пример 1
- •Определите порядок реакции
- •Пример 2
- •Пример 3
- •Пример 4
- •Пример 5
- •Для ответа на вопрос а) воспользуемся модифицированым уравнением:
- •Пример 6
- •Пример 7
- •Пример 8
- •Пример 9
- •Пример 10
- •Пример 11
- •Пример 12
- •Лабораторная работа. Определение кинетических характеристик реакции окисления йодид йонов пероксидом водорода. (Оценка практических навыков.)
- •Приготовление реакционной смеси.
- •Проведение измерений при комнатной температуре.
- •Проведение измерений при повышенной температуре.
- •Проведение измерений в присутствии катализатора.
- •Тема: Свойства водных растворов Теоретический материал к занятию:
- •Примеры решения типовых задач Пример 1
- •Пример 2
- •Пример 3
- •Пример 4
- •Пример 5
- •Пример 6
- •Пример 7
- •Лабораторная работа. Наблюдение явлений плазмолиза и гемолиза эритроцитов.
- •Свойства растворов
- •Протолитические равновесия и процессы
- •Примеры решения типовых задач
- •Пример 9
- •M(сн3соок)
- •0,0482 Моль/л 0,1 л 98 г/моль
- •Пример 16
- •Пример 20
- •Домашнее задание:
- •Задания для самостоятельной работы из «Сборника задач и упражнений по общей химии».
- •Тема: Свойства буферных растворов. Лабораторная работа. Свойства буферных растворов, определение буферной емкости.
- •Экспериментальные данные
- •Расчет рН
- •Лигандообменные равновесия и процессы
- •Примеры решения типовых задач
- •Задания для самостоятельной работы из «Сборника задач и упражнений по общей химии».
- •Изучение реакций комплексообразования с неорганическими лигандами.
- •Редокс-равновесия и редокс-процессы
- •Примеры решения типовых задач Пример 1
- •Пример 2 . Определение направления редокс-процесса в стандартном состоянии
- •Пример 3
- •Пример 4
- •Пример 5
- •Пример 6
- •Пример 7
- •Пример 8
- •Пример 9
- •Пример 10
- •Пример 11
- •Пример 12
- •Пример 13
- •Пример 14
- •После введения некоторого количества протолита значение редокс-потенциала системы уменьшается:
- •Пример 15
- •Пример 16
- •Пример 17
- •Пример 18
- •Пример 19
- •Ответ: эдс гальванического элемента равна 0,118 в.
- •Задания для самостоятельной работы из «Сборника задач и упражнений по общей химии».
- •Изучение зависимости редокс-потенциала от соотношения концентраций окисленной и восстановленной форм
- •Изучение влияния лигандного окружения на редокс-потенциал
- •Задания для самостоятельной работы из «Сборника задач и упражнений по общей химии».
- •Изучение влияния рН на редокс-потенциал.
- •Измерение рН растворов с помощью стеклянного электрода
- •Влияние различных факторов на адсорбцию из растворов
- •Хроматография
- •Получение, очистка и свойства коллоидных растворов
M(сн3соок)
4,0 = 4,76 + lg
0,0482 Моль/л 0,1 л 98 г/моль
Откуда m(СН3СООК) = 0,0821 г
Ответ: для приготовления ацетатного буфера с рН 4,0 следует взять 0,0821 г ацетата калия.
Пример 15 Расчет объемов веществ для приготовления буферного раствора с заданными параметрами
Вычислите объемы растворов гидрофосфата натрия с концентрацией 0,1 моль/л и дигидрофосфата натрия с концентрацией 0,15 моль/л для приготовления буферного раствора объемом 1 л с рН =7,0.
Решение. Запишем протолитическое равновесие:
H2PO4- + H2O = H3O+ + HPO42-
а1 b2 а2 b1
Найдем отношение концентраций солей в буферном растворе, который надо приготовить:
с( HPO42-)
рН = рКа + lg , где
с(H2PO4- )
рКа - табличная величина (табл. ). рКа (H2PO4- ) = 7,21. Обозначим объем раствора гидрофосфата натрия за х (л), тогда объем раствора дигидрофосфата натрия (1-х) (л). Количества веществ этих солей в приготовленном растворе будет равно соответственно 0,1 х (моль) и 0,15(1-х) (моль).
Поскольку эти количества веществ находятся в одном и том же объеме, отношение концентраций можно заменить отношением количеств веществ:
с( HPO42-)
7,0 = 7,21 + lg = - 0,21
с(H2PO4- )
с(HPO42-)
=0,617
с(H2PO4- )
= 0,617
x = 0,48 л, т.е. V(Na2HPO4) = 0,48 л; V(NaH2PO4) = 0,52 л
Ответ: для приготовления раствора нужно взять 480 мл раствора гидрофосфата натрия и 520 мл дигидрофосфата натрия.
Пример 16
Какое максимальное и минимальное количество вещества муравьиной кислоты можно добавить к 5,6 г гидроксида калия, чтобы после растворения смеси в воде получился буферный раствор.
Решение. При смешении двух растворов протекает реакция:
НСООН + КОН НСООК + Н2О
a1 b2 b1 a2
в результате которой образуется формиатный буферный раствор.
Взято: х моль 0,1 моль
Осталось: (х-0,1) 0,1,
т.к. кислота и щелочь реагируют в соотношении 1:1.
Буферное действие наблюдается, если концентрация одного из компонентов превышает другую не более, чем в 10 раз.
( НСООК)
0,1 10
( НСООН)
Подставим в это неравенство значения количеств веществ компонентов буферного раствора:
0,1
0,1 10
х-0,1
Решая неравенство, получим:
0,11 х 0,9
Ответ: для получения буферного раствора необходимо минимальное количество муравьиной кислоты 0,11 моль, максимальное - 0,9 моль.
Пример 17 Выявление буферных свойств раствора на основании анализа количеств веществ его компонентов
Серия растворов приготовлена смешением двух растворов:
А) гидроксида натрия и уксусной кислоты
с=0,1 моль/л; V=10 мл с=0,05 моль/л; V=5 мл;
Б) гидроксида натрия и уксусной кислоты
с=0,05 моль/л; V =5 мл с=0,1 моль/л; V =10 мл;
В) ацетата натрия и соляной кислоты
с=0,1 моль/л; V =10 мл с=0,05 моль/л; V =5 мл;
Г) ацетата натрия и уксусной кислоты
с=0,1 моль/л; V =10 мл с=0,01 моль/л; V =5 мл;
Д) гидроксида натрия и ацетата натрия
с=0,1 моль/л; V =10 мл с=0,01 моль/л; V =5 мл.
Решение. Только компоненты раствора Г могут образовать буферную систему, т.е. протолитическую пару слабая кислота-сопряженное основание. В растворах А, Б, В подобные пары могут образоваться в результате обменных реакций. Однако необходимо сделать расчет, т.к. в избытке может оказаться и слабый электролит (пара образуется), и сильный (пары не образуется). Раствор Д не содержит компоненты, отвечающие данным условиям, и они не могут образоваться в результате реакций. Раствор Д однозначно не обладает буферным действием.
Рассчитаем, какие компоненты останутся после протекания реакции в растворах А, Б, В. Для этого рассчитаем количества вступающих в реакции веществ( в ммоль):
А) (NаОН) = 0,110 = 1 ммоль и (СН3СООН) = 0,05 5 = 0,25 ммоль
Поскольку кислота прореагирует полностью, то по окончании реакции в растворе останутся NаОН и СН3СООН; протолитическая пара не образуется.
Б) (NаОН) = 0,055 = 0,25 ммоль и (СН3СООН) = 0,110 = 1 ммоль
Поскольку щелочь прореагирует полностью, по окончании реакции в растворе будут
СН3СООН (1 – 0,25 =0,75 ммоль) и СН3СООNа (0,25 ммоль); протолитическая пара образуется.
В) (СН3СООNа) = 0,110 = 1 ммоль и (НСl) = 0,055 = 0,25 ммоль
Поскольку кислота прореагирует полностью, по окончании реакции в растворе будут
СН3СООН (0,25 ммоль) и СН3СООН (1 – 0,25 = 0,75 ммоль); протолитическая пара образуется.
Для окончательного ответа на вопрос надо выяснить, отвечает ли соотношение компонентов в растворах Б, В, Г зоне буферного действия:
Б) В) Г)
сb 0,25 0,75 10 0,1
= = 0,33; = 3; = 20
са 0,75 0,25 5 0,01
Соотношение компонентов только в растворах Б и В отвечает зоне буферного действия.
Ответ: буферным действием обладают растворы Б и В.
Пример 18 Сравнение буферной емкости растворов
Буферные растворы приготовлены смешением растворов:
аммиака и хлорида аммония
|
V, мл |
с, моль/л |
V, мл |
с, моль/л |
|
|
|
|
|
А) |
7,5 |
0,02 |
2,5 |
0,02 |
Б) |
15,0 |
0,01 |
2,5 |
0,02 |
В) |
7,5 |
0,02 |
5,0 |
0,01 |
Г) |
15,0 |
0,01 |
5,0 |
0,01 |
Расположите растворы в порядке возрастания их буферной емкости. Ответ подтвердите расчетом.
Решение. Рассчитаем для каждого раствора количества вещества основания (NH3) и кислоты (NH4+).
ν (NH3), ммоль |
ν (NH4+), ммоль | |||
А) |
7,50,02 = 0,15 |
|
2,5 0,02 =0,05 |
|
Б) |
15,0 0,01 = 0,15 |
|
2,5 0,02 = 0,05 |
|
В) |
7,50,02 = 0,15 |
|
5,0 0,01 = 0,05 |
|
Г) |
15,0 0,01 =0,15 |
|
5,0 0,01 =0,05 |
|
Приведенные расчеты показывают, что отношения количеств веществ во всех растворах одинаково. Следовательно,этот фактор в данной задаче не может быть использован для ответа на вопрос.Поэтому необходимо рассмотреть влияние другого фактора: суммарной концентрации. Суммарное количество веществ для всех растворов также одинаково: 0.15+ 0,05 = 0,20 ммоль. Однако это количество вещества находится в разных объемах:
А) |
7,5 + 2,5 = 10,0 мл |
Б) |
15,0 + 2,5 = 17,5 мл |
В) |
7,5 + 5,0 = 12,5 мл |
Г) |
15,0 + 5,0 = 20,0 мл |
Чем меньше объем приготовленного буферного раствора, тем больше суммарная концентрация его компонентов и больше буферная емкость. В порядке убывания объема растворы располагаются следующим образом: Г, Б, В, А. В этой последовательности и будет возрастать буферная емкость.
Пример 19 . Сравнение буферной емкости растворов
Буферные растворы приготовлены смешением растворов:
муравьиной кислоты и формиата натрия
|
V, мл |
с, моль/л |
V, мл |
с, моль/л |
А) |
5,0 |
0,05 |
5,0 |
0,04 |
Б) |
7,5 |
0,02 |
2,5 |
0,12 |
В) |
2,5 |
0,09 |
7,5 |
0,03 |
Г) |
5,0 |
0,04 |
5,0 |
0,05 |
Расположите буферные растворы в порядке возрастания их буферной емкости по кислоте.
Решение. В формиатном буфере, приготовленном смешением растворов муравьиной кислоты и формиата натрия, сb = с(НСООNа); са = с(НСООН).
Рассчитаем количество формиата натрия в каждом буферном растворе. Чем больше количество HCOONa в буферном растворе, тем больше буферная емкость по кислоте.
А) ν (HCOONa) = сV = 5 · 0,04 = 0,200 ммоль
Б) ν (HCOONa) = 2,5· 0,12 =0,300 ммоль
В) ν (HCOONa) = 7,5· 0,03 =0,225 ммоль
Г) ν (HCOONa) = 5,0· 0,05 =0,250 ммоль
Ответ: Расположим буферные раствора порядке возрастания их буферной емкости по кислоте: А, В, Г, Б.