Мачула - Сборник задач и упражнений по общей химии

HCl → H+ + Cl-

видно, что при диссоциации обоих веществ образуется ион H+. Однако, если диссоциация HCl необратима, то диссоциация HClO является обратимым процессом, описываемым константой равновесия

Ка= [H+] [OCl-]/[HClO] = 5 10-8.

Равновесная концентрация водорода будет определяться диссоциацией обоих веществ:

[H+]1= α См(HClO) - слабый электролит (α<1);

[H+]2= α См(HCl) = См(HCl) = 0.001 моль/л – сильный электролит (α=1);

[H+] = [H+]1 + [H+]2 = = [H+]1 + 0.001 = х +0.001.

Равновесные концентрации ионов ClO- и молекул НClO определяются диссоциацией первого вещества:

[OCl-]= α См(HClO) = [H+]1= х, [HClO] = См(HClO) - х = 0.01- х,

а равновесная концентрация ионов Cl- - диссоциацией второго вещества:

[Cl-]= См(HCl) = 0.01 моль/л.

Подставляя значения равновесных концентраций в выражение для константы равновесия, получим уравнение

(х+0.001) х / (0.01-х) = 5 10-8.

Его можно решить как квадратичное уравнение, однако целесообразно предположить, что х << 0.001 и, следовательно, х <<

0.01, тогда

0.001 х / 0.01 = 5 10-8,

откуда х = [OCl-]= 5 10-7 моль/л, что действительно удовлетворяет указанному выше предположению.

Задачи для самостоятельного решения

81

5.1.Какой раствор имеет более щелочную среду: 2%- раствор КОН

(ρ=1.016 г/мл) или 1.6%- раствор NaOH (ρ=1.016 г/мл)?

5.2.Степень диссоциации хлорноватистой кислоты HClO в ее 0.001 М растворе равна 0.71%. Определите константу диссоциации и рН раствора.

5.3.Рассчитать концентрацию ионов ClO- в растворе, 150 мл которого содержат 1.5 10-3 молей HClO и 1.5 10-3 молей HCl.

6.1.Вычислить концентрацию ClO4- ионов в растворе, содержащем 3 г хлорной кислоты HClO4 в 300 мл раствора.

6.2.Определить константу диссоциации плавиковой кислоты HF и рН раствора, если ее степень диссоциации в 0.25 М растворе равна 5.1%.

6.3.В каком объемном отношении необходимо смешать растворы из заданий 6.1 и 6.2, чтобы степень диссоциации HF уменьшилась в 6 раз?

7.1.Какую массу КОН надо растворить в 1 л воды, чтобы рН полученного раствора стал равен 12?

7.2.Степень диссоциации бромноватистой кислоты HBrO в растворе и рН раствора соответственно равны 0.04% и 5.3. Определить концентрацию раствора кислоты и константу ее диссоциации.

7.3.Какую массу КBrO надо добавить к 1 л раствора HBrO из предыдущего задания, чтобы концентрация ионов водорода уменьшилась в 5 раз

8.1 Рассчитать концентрации ионов бария и хлорид-ионов в 3%- растворе хлорида бария BaCl2 (ρ=1.025 г/мл).

83

8.2Во сколько раз изменится степень диссоциации и на сколько единиц изменится рН, если раствор слабого электролита разбавить в 100 раз?

8.3Во сколько раз изменится степень диссоциации слабого электролита, если в раствор добавить соль, имеющую со слабым электролитом одинаковые ионы, а концентрации соли и слабого электролита равны? Задачу решить в общем виде.

9.1Вычислить концентрацию нитрат-ионов в 0.02 М растворе

Al(NO3)3.

9.2Определить концентрации всех ионов в 0.01 М растворе угольной кислоты.

9.3К 0.1 М раствору HClO добавили такое количество КClO, что концентрация соли в растворе стала равна 0.005 моль/л. Как изменилась степень диссоциации кислоты?

10.1Вычислить концентрацию ионов Sr2+ и NO3- в 8%- растворе

Sr(NO3)2 (ρ=1.072г/мл).

10.2Какой объем воды необходимо прибавить к 300 мл 0.0025 М- раствора H2S, чтобы степень диссоциации кислоты возросла в 3 раза? Как изменится рН раствора?

10.3Во сколько раз изменится степень диссоциации кислоты в полученном в предыдущей задаче растворе, если к нему добавить 1 г серной кислоты?

11.1Рассчитать рН 0.3%- раствора HClO4 (ρ=1.002 г/мл).

11.2Вычислить степень диссоциации и рН в 0.01 М растворе HClO.

11.3Рассчитать концентрацию ионов ClО- в растворе, 1 мл которого содержит 1 10-5 моля HClO и 1 10-6 моля HCl.

12.1 Рассчитать рН 0.2%- раствора Ва(ОН)2 (ρ=1.002 г/мл).

84

12.2Рассчитать концентрацию HClO, при которой ее степень диссоциации равна 0.2%. Вычислить рН такого раствора.

12.3Как изменится рН раствора предыдущей задачи, если к 2 л раствора прибавить 1 мл 2%- раствора KClO (ρ=1.013 г/мл)?

13.1Какой раствор имеет более кислую среду: 1% -раствор HCl (ρ=1.003 г/мл) или 1%- раствор HClO4 (ρ=1.005 г/мл)?

13.2Определить константу диссоциации и степень диссоциации NH4OH, если рН его 0.1 М раствора равен 11.13.

13.3Рассчитать концентрацию ионов аммония в растворе, 300 мл которого содержат 0.1 моля NH4OH и 0.1 моля КОН.

14.1Какую массу гидроксида натрия необходимо растворить в 3 л воды, чтобы рН полученного раствора стал равен 11.5?

14.2Степень диссоциации HClO в растворе и рН раствора равны соответственно 0.63% и 5.1. Рассчитать концентрацию раствора и константу диссоциации кислоты.

14.3Какую массу КClO надо добавить к 1 л раствора кислоты из предыдущей задачи, чтобы концентрация ионов водорода уменьшилась в 7 раз?

15.1Вычислить концентрацию ионов натрия и ионов водорода в растворе, 200 мл которого содержит 0.8 г гидроксида натрия.

15.2Определить константу диссоциации NH4OH и рН раствора, если степень диссоциации этого основания в 0.2 М растворе равна 0.95%.

15.3В каком объемном отношении следует смешать растворы из заданий 15.1 и 15.2, чтобы степень диссоциации NH4OH уменьшилась в 20 раз?

16.1 Рассчитать концентрации ионов калия и ионов HPO42- в 3% -

растворе K2HPO4 (ρ=1.021 г/мл).

85

16.2Какой объем воды необходимо прибавить к 20 мл 0.1 М- раствора NH4OH, чтобы степень диссоциации этого основания возросла в 10 раз? Как изменится рН раствора?

16.3Как изменится степень диссоциации NH4OH, если к полученному в предыдущей задаче раствору добавить 1 г NаOH?

17.1Вычислить концентрацию ионов бария и нитрат-ионов в 0.003 М- растворе Ва(NО3)2.

17.2Рассчитать концентрации ионов Н+, Н2РО3- и НРО32- в 0.8 М- растворе фосфористой кислоты, если ее константы диссоциации равны Ка1=1.6 10-3 и Ка2=6.3 10-7.

17.3К 0.15 М- раствору NH4OH добавили такое количество NH4Cl, что концентрация соли в растворе стала равна 0.2 моль/л. Рассчитать рН полученного раствора.

18.1Рассчитать рН 0.2%- раствора азотной кислоты (ρ=1.001 г/мл).

18.2Рассчитать степень диссоциации и рН 0.1 М раствора НСN.

18.3Рассчитать концентрацию ионов СN- в растворе, 2 л которого содержат 0.1 моля НСN и 0.0005 моля HCl.

19.1Рассчитать концентрацию ионов SO42- в 3%- растворе

Al2(SO4)3 (ρ=1.025 г/мл).

19.2Рассчитать степень диссоциации и концентрацию угольной кислоты в растворе, если рН раствора равен 4.5.

19.3Какую массу азотной кислоты достаточно растворить в 100 мл

0.02М раствора угольной кислоты, чтобы степень диссоциации Н2СО3 уменьшилась в 150 раз?

20.1Рассчитать рН 0.1%- раствора соляной кислоты (ρ=1.00 г/мл).

20.2Определить константу диссоциации и степень диссоциации HBrO, если рН 0.001 М раствора этой кислоты равен 5.85.

86

20.3 Рассчитать концентрацию ионов BrO- в растворе, 200 мл которого содержат 0.01 моля HBrO и 0.005 моля HBr.

21.1Какую массу LiOH необходимо растворить в 1 л воды, чтобы рН полученного раствора стал равен 11?

21.2Степень диссоциации NH4OH в растворе и рН раствора равны соответственно 1.8% и 11. Рассчитать концентрацию раствора и константу диссоциации основания.

21.3Какую массу NH4Cl надо добавить к 1 л раствора предыдущей задачи, чтобы концентрация ионов водорода увеличилась в 10 раз?

22.1Рассчитать концентрацию ионов хлора в растворе, в 100 л которого содержится 0.5 г ВаCl2.

22.2Определить константу диссоциации HBrO и рН раствора, если степень диссоциации HBrO в 0.01 М растворе равна 0.0447%.

22.3Какую массу КBrO необходимо добавить к 1 л раствора предыдущей задачи, чтобы степень диссоциации HBrO уменьшилась в 10 раз?

23.1 Какую массу азотной кислоты необходимо растворить в 200 мл воды, чтобы рН полученного раствора стал равен 2.5?

23.2Степень диссоциации НСN и рН раствора равны соответственно 0.089% и 6.05. Определить концентрацию раствора и константу диссоциации кислоты.

23.3Какую массу КСN необходимо добавить к 1 л раствора предыдущей задачи, чтобы концентрация ионов водорода уменьшилась в 200 раз?

24.1 Рассчитать концентрации ионов калия и карбонат-ионов в

5.2%- растворе К2СО3 (ρ=1.044 г/мл).

87

24.2Какой объем воды необходимо добавить к 10 мл 0.02 М раствора Н2СО3, чтобы степень диссоциации кислоты увеличилась в 2 раза? Как при этом изменится рН раствора?

24.3Во сколько раз изменится степень диссоциации угольной кислоты в полученном в предыдущей задаче растворе, если к нему прибавить 0.001 г азотной кислоты?

25.1Рассчитать концентрации ионов алюминия и хлора в 0.2 М- растворе хлорида алюминия.

25.2Рассчитать степень диссоциации H2S и концентрацию кислоты, если рН раствора равен 5.3.

25.3Какую массу NaHS достаточно растворить в 750 мл 0.001 М- раствора H2S, чтобы степень диссоциации кислоты уменьшилась в 10 раз?

8. Гидролиз солей

Гидролизом соли называется процесс взаимодействия растворенной соли с водой, сопровождающийся, как правило, изменением рН раствора. Гидролиз может происходить только в том случае, когда в процессе взаимодействия происходит образование мало диссоциирующих частиц. Поэтому гидролизу подвергаются соли слабых кислот или слабых оснований или тех и других вместе. Уравнения гидролиза пишут аналогично другим ионным уравнениям: малодиссоциированные и малорастворимые, а также газообразные вещества пишут в виде молекул, сильные электролиты - в виде ионов. Уравнения гидролиза солей многоосновных кислот и оснований с кислотностью больше 1 записывают по ступеням.

Пример 1

Гидролиз Na2CO3 (соль сильного основания и слабой кислоты). I ступень: СО32-+Н2О ↔НСО3- + ОН-

88

(ионно-молекулярное уравнение) Na2CO3 + H2O ↔ NaHCO3+ NaOH (молекулярное уравнение)

2 ступень: HCO3-+ H2O ↔ H2CO3 + OH- NaHCO3 + H2O ↔ H2CO3 + NaOH.

Анион слабой кислоты (карбонат-ион СО32-) связывает ионы водорода, образуя по I ступени гидрокарбонат-ион (НСО3- ), по 2 ступени - слабую угольную кислоту (H2CO3). При этом накапливаются гидроксид-ионы (ОН-), обуславливающие щелочную реакцию раствора (рН>7).

Пример 2

Гидролиз NH4Cl (соль слабого основания и сильной кислоты) NH4++H2O ↔ NH4OH + H+

NH4Cl + H2O ↔ NH4OH + HC1.

Пример 3

Гидролиз СrCl3 (соль слабого основания с кислотностью, равной 3, и сильной кислоты). Ион Cr3+ соединяется с ионами ОНступенчато, образуя гидросксид-ионы, ионы Cr(OH)2+, [Cr(OH)2]+ и молекулы Cr(OH)3. Практически гидролиз ограничивается I ступенью:

Cr3++H2O ↔ Cr(OH)2++H+.

Гидролиз Al(CH3COO)3 (соль слабого основания и слабой кислоты) Al3++3CH3COO- + 3H2O → Al(OH)3↓ + 3CH3COOH

В этом случае образующиеся ионы водорода и гидроксид-ионы взаимно нейтрализуются (рН ≈ 7), следовательно, процесс гидролиза становится необратимым. Образуются малодиссоциирующие кислота и основание.

89

Константа гидролиза (Кг), степень гидролиза (h) связаны с ионным произведением воды (КW) и молярными концентрациями гидролизующейся соли (С) и образующихся ионов [Н+] и [ОН-] следующими соотношениями:

а) гидролиз по аниону (соль слабой кислоты и сильного основания) Кг = КW/Кa,

h ≈ √(Кг/С),

[ОН-]= h C ≈ √(Кг С), [Н+] ≈ КW/[ОН-],

где Ка - константа диссоциации кислоты; б) гидролиз по катиону (соль слабого основания и сильной кислоты)

Кг = КW/Кb, h √(Кг/С),

[Н+] = h C≈√(Кг С),

где Кb - константа диссоциации основания;

в) одновременный гидролиз по катиону и аниону (соль слабого основания и слабой кислоты)

Кг = КW/(Кb Кa).

Замечания

1.Приведенные выше формулы справедливы при выполнении условия h<<1. Если это условие не выполняется, то h рассчитывают из формулы

КГ=C h2/(1-h).

2. Для расчета константы гидролиза необходимо использовать константы диссоциации кислот и оснований по ступени, соответствующей уравнению гидролиза, например, уравнению гидролиза

HPO42- + H2O ↔ H2PO4- + OH-

соответствует вторая ступень диссоциации фосфорной кислоты

90