Расчет рН в растворах сильных кислот и оснований

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 3Следующая ⇒

▷ Похожие статьи

Для сильных кислот и щелочей, полностью диссоциированных на ионы,

где С _к и С _щ - моляльные концентрации кислоты и, соответственно, щелочи, z - основность кислоты или кислотность основания.

Разбавление раствора сильного электролита учитывают по уравнениям:

где индекс 1 относится к исходному раствору (до разбавления), индекс 2 – к конечному раствору (после разбавления).

В среде, близкой к нейтральной, необходимо принять во внимание диссоциацию воды, в результате которой образуются ионы Н⁺иОН ^-.

.	(56)
.	(57)

При смешивании растворов сильных кислот и оснований возможны два варианта.

1. рН₁<7и рН₂<7 или рН₂>7ирН₂>7, то есть смешивают два кислых или два щелочных раствора:

,	(58)
.	(59)

2. рН₁<7, а рН₂>7, то есть смешивают кислый и щелочной растворы. В этом случае конечную концентрацию раствора рассчитывают по веществу, взятому в избытке.

В избытке взята кислота:.	(60)
В избытке взята щелочь: .	(61)

Расчет рН в растворах слабых кислот и оснований

Диссоциация многих электролитов протекает не полностью. Отношение числа диссоциированных молей к общему числу молей электролита в растворе называют степенью диссоциации. Для его количественного описания используют константу равновесия, называемую константой диссоциации. Для одноосновной кислоты, диссоциирующей по уравнению:

НАn Û Н+ + Аn-, где Аn - кислотный остаток,
.	(62)

Т.к. [An^–] = [H⁺] и [An] = C то и

,

(63)

где С – концентрация слабой кислоты, моль/л K_d – константа диссоциации (приводится в справочниках).

Для растворов слабых оснований:

,

(64)

где С - концентрация слабого основания, моль/л.

По значению константы диссоциации можно рассчитать степень диссоциации слабого электролита:

.

(65)

Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато, например: Н₂S Û НS^- + Н ⁺ (1-ая ступень); НS^- Û S^2- + Н⁺ (2-ая ступень).

При расчетах рН обычно учитывают только первую ступень диссоциации, пренебрегая второй и третьей ступенями. Таким образом, уравнения (62 и 64) справедливы и для многоосновных кислот при использовании первой константы диссоциации K_{d 1}.

Примеры решения задач

Пример 1. Вычислить рН раствора серной кислоты концентрацией 0,3 % (d = 1,0 г/см³).

Решение. 1. Перейдем к моляльной концентрации серной кислоты. Для этого выделим мысленно 100 г раствора, тогда масса серной кислоты составит 0,3 г, а масса воды – 99,7 г. По уравнению (37) вычислим моляльную концентрацию:

2. По уравнению диссоциации H₂SO₄ ® 2H⁺ + SO₄^2- из 1 моль серной кислоты образуется 2 моль H⁺, следовательно,

3. По уравнению (50) вычислим значение рН:

рН = -lg[H⁺] = –lg0,062 = 1,21.

Пример 2. Вычислить рН раствора гидроксида бария концентрацией 0,0068 экв/л.

Решение. 1. По уравнению диссоциации Ba(OH)₂ ® Ba²⁺ + 2 OH^- из 1 моль гидроксида бария образуется 2 моль гидроксил-ионов:

3. По уравнению (50) найдем значение рОН:

рOН = -lg[OH^-] = -lg0,0068 = 2,17

и вычислим рН:

рН = 14 - рОН = 14 – 2,17 = 11,83.

Пример 3. Определить значение рН при разбавлении раствора одноосновной кислоты с рН = 5,5 в 100 раз.

Решение. По уравнению (56) найдем концентрацию ионов водорода в конечном растворе [H⁺]₂:

и вычислим его рН: рН₂ = -lg[H⁺]₂ = -lg1,15×10^-7 = 6,9.

Пример 4. Определить значение рН при смешении 10 л раствора с рН = 2 и 17 л раствора с рН = 4.

Решение. По уравнению (58) найдем концентрацию ионов водорода в конечном растворе [H⁺]₃

и вычислим рН₃: рН₃ = -lg[H⁺]₃ = -lg(4,6×10^-3) = 2,33.

Пример 5. Смешали 250 мл раствора (V ₁) с рН = 3 и 300 мл раствора (V ₂) гидроксида калия концентрацией 0,001 моль/л. Определить рН полученной смеси.

Решение. 1. Найдем число молей OH^-:

Согласно уравнению диссоциации: KOH ® K⁺ + OH^-,

2. Найдем число молей H⁺:

3. Очевидно, что в избытке находятся гидроксил-ионы. Их остаточную концентрацию в полученном растворе найдем по уравнению:

4. Вычислим рН₃ по уравнению:

рН₃ = 14 + lg[OH^-]₃ = 14 + lg(9,1×10^-5) = 9,96.

Пример 6. Найти рН раствора борной кислоты с мольной долей 0,0025 (d _р-р = 1,0 г/см³).

Решение. 1. выделим мысленно 1 кг раствора.

,

где индекс 1 относится к растворителю (т.е. к воде), а индекс 2 – к растворенному веществу, т. е. к H₃BO₃. M ₁ = 18 г/моль, М ₂ = 61,8 г/моль. Þ , подставим в уравнение п. 1: и найдем n ₂:

2. Так как плотность раствора равна 1 г/см³, то его объем соответствует 1 л и молярная концентрация численно равна количеству вещества борной кислоты, т. е. С_М (Н₃ВО₃) = 0,138 моль/л.

3. Диссоциация борной кислоты по первой ступени протекает по реакции: H₃BO₃ ® H⁺ + H₂BO₃^-, для которой константа диссоциации K_{d 1} = 7,1×10^-10. Второй и третьей ступенями диссоциации борной кислоты пренебрегаем.

4. рН раствора борной кислоты вычисляем в соответствии с уравнением (63):

рН = -lg[H⁺] = -lg(9,9×10^-6) = 5.

Пример 7. Сколько граммов бутиламина содержится в 1 л его раствора, имеющего рН=11,5?

Решение. 1. Гидрат бутиламина диссоциирует как основание по уравнению: C₄H₉NH₂×H₂O Û C₄H₉NH₃⁺ + OH^-. Константа диссоциации: K_d = 4,57×10^-4, p K_d = 3,340.

2. рОН = 14 - рН = 2,5.

3. Из формулы (64) находим молярную концентрацию бутиламина

lg C_М = p K_d – 2pOH = 3,34 - 2×2,5 = -1,66; C_М = 10^-1,66 = 0,022 моль/л

и массу бутиламина, содержащуюся в 1 л раствора: С_г/л = C_МM,

где М – молярная масса бутиламина 73 г/моль.

Получаем С _г/л =0,022×73 = 1,6 г/л.

Задачи для решения

I. Определить pH предложенного раствора сильного электролита

51. Найти рН раствора гидроксида бария концентрацией 0,1 моль/л, если к 1 л этого раствора добавили 7,1 г сульфата натрия.

52. Найти рН раствора серной кислоты концентрацией 0,1 моль/л, если к 1 л этого раствора добавили 7,1 г хлорида бария.

53. Найти рН раствора после выщелачивания боксита по следующим данным: масса руды 1 т; ω(Al₂O₃∙Н₂O) = 80 %; V (NaOH)=3,1 м³; ω(NaOH)=15 %.

54. Найти рН 10 % раствора соляной кислоты (d = 1,047 г/мл) при условии, что к 20 л этого раствора прибавили 5 м³ воды, содержащей гидроксид кальция концентрацией 0,02 экв/л.

55. Определить рН раствора, содержащего 4 г KOH и 5 г NaOH в одном литре воды.

56. Определить рН раствора, содержащего 0,005 моль/л серной кислоты и 0,006 моль/л соляной кислоты.

57. Выщелачивание руды идет по реакции: Li₂O∙Al₂O₃∙4SiO₂+H₂SO₄→Li₂SO₄+ Al₂O₃∙4SiO₂∙H₂O↓. Определить рН раствора после выщелачивания по следующим данным: масса руды = 1 т; ω(Li₂O∙Al₂O₃∙4SiO₂)=70 %; V (H₂SO₄)=4 м³; ω(H₂SO₄)=5% (d =1,032 г/мл).

58. Найти рН раствора после выщелачивания руды при следующих условиях: масса руды – 1 т, в ней содержится 6 % Cu₄(SO₄)(OH)₆; ω(H₂SO₄)=3 %, d =1,03 г/мл, V (H₂SO₄)=3 м³.

59. Рассчитайте рН раствора, полученного при разбавлении 20 л 10 % соляной кислоты (d =1,047 г/мл) пятью кубометрами воды.

60. Рассчитать рН раствора азотнокислых стоков, если 10 л 5 % азотной кислоты сброшены в резервуар емкостью 5 м³.

61. Найти рН раствора соляной кислоты, если к 100 мл этого раствора, содержащего 5 мг HCl, прибавили 5 мг нитрата свинца (II).

62. Определите рН 10 м³ раствора, содержащего по 50 г серной и дихромовой кислот.

63. Определить рН 5 л щелочных стоков, содержащих 2 мэкв щелочи.

64. Найти рН раствора дихромовой кислоты, если в нем содержится 2 мг/мл Cr (VI).

II. Определить pH и степень диссоциации предложенного раствора слабого электролита при температуре 25°С:

III. По заданному значению pH определить концентрацию предложенного раствора электролита при температуре 25°С и выразить ее всеми возможными способами (считать, что плотности растворов равны 1 г/см³).

IV. По заданному значению pH определить концентрацию предложенного раствора слабого электролита и выразить ее всеми возможными способами.

V. Определить pH при смешивании двух растворов электролитов:

195. Смешали 10 л соляной кислоты концентрацией 3,65 г/л и 15 л гидроксида натрия концентрацией 2 г/л. Определить рН полученного раствора.

196. Определить объем раствора с рН = 3,8, если после добавления к нему 0,6 л раствора с рН=10,5 образовался раствор с рН = 4,2.

197. Найти объем раствора 0,005 М соляной кислоты, если после добавления к нему 0,5 л раствора гидроксида бария концентрацией 0,003 моль/л получился раствора с рН = 4,03.

198. Определить объем раствора с рН=10,13, если после добавления к нему 30 л раствора с рН = 9,76 образовался раствор с рН = 9,92.

199. Смешали 40 м³ раствора с рН = 6,7 и 2000 л раствора с рН = 8,3. Определить рН раствора после смешивания.

200. Определить объем раствора с рН=13,4, если после добавления к нему 40000 л раствора с рН = 4,8 образовался раствор с рН=8,5.

201. Определить рН раствора, если к 40 л раствора с рН=6,7, добавили 2 л раствора с рН = 8,3.

202. Смешали 2 л серной кислоты концентрацией 0,01 моль/л и 3 л щелочи с рН=12,5. Определить рН полученного раствора.

203. Определить объем раствора с рН = 11,3, если после добавления к нему 0,2 л раствора с рН=2,9 и 0,5 л раствора с рН = 3,5 образовался раствор с рН = 4,1.

204. Определить объем раствора с рН=2,14, если после добавления к нему 1,75 л раствора с рН = 11,85 образовался раствор с рН=10,23.

205. Смешали 0,2 л 0,5 н. HCl и 0,3 л 0,3 М NaOH. Определить рН раствора после смешивания.

206. Определить объем раствора с рН=10,13, если после добавления к нему 30 л раствора с рН = 9,76 образовался раствор с рН=9,92

207. Определить объем раствора с рН=3,4, если после добавления к нему 9,8 л раствора с рН = 9,8 образовался раствор с рН=4,6.

208. Определить рН раствора после смешивания 200 мл 0,5 н. раствора серной кислоты и 300 мл раствора едкого натра с концентрацией 0,3 моль/л.

209. Смешали 100 мл 0,015 н. раствора и 100 мл 0,09 н. раствора серной кислоты. Рассчитать рН полученного раствора.

210. Смешали 20 мл 0,5 н. раствора соляной кислоты и 10 мл 0,2 н. раствора гидроксида бария. Найти рН полученного раствора.

211. К 100 мл 0,2 % раствора едкого натра (NaOH) прибавили 200 мл 0,1 % раствора NaOH. Рассчитать рН полученного раствора.

212. К 200 мл 0,7 н. раствора серной кислоты прибавили 300 г воды. Рассчитать конечную концентрацию серной кислоты и определить рН раствора.

213. Смешали 54 мл 0,5 % раствора NaOH и 10 мл 0,2 % раствора NaOH. Рассчитать концентрацию полученного раствора и определить его рН.

214. Какое значение рН получится в растворе, если к 500 мл 0,3 % раствора КОН прибавить 500 мл воды?

215. Смешали 4 мл 0,46 % серной кислоты и 200 мл серной кислоты, концентрацией 0,001 моль/л. Рассчитать рН полученного раствора.

216. Смешали 8 л раствора соляной кислоты концентрацией 0,04 моль/л и 11 л раствора ее же концентрацией 2 г/л. Рассчитать рН полученного раствора.

217. К раствору объемом 30 мл, содержащему 0,109 г серной кислоты в 100 мл раствора, прибавили 40 мл раствора NaOH, содержащего 0,098 г гидроксида натрия в 100 мл раствора. Найти концентрацию (в моль/л) того вещества, которое останется в избытке, и вычислить рН полученного раствора.

218. Смешали 10 мл 0,12 % раствора HCl и 10 мл 0,076 % раствора HCl. Рассчитать процентную концентрацию и рН полученного раствора.

219. К 10 мл 6 % раствора соляной кислоты плотностью 1,03 г/см³ прибавили 10 мл 1 % раствора гидроксида бария плотностью 1,0 г/см³. Вычислить рН образующегося раствора.

VI. Определить pH раствора после соответствующего разведения:

Гидролиз

Гидролизом называют процессы разложения химических соединений в результате реакции с водой. Гидролиз соли – это реакция, обратная процессу образования соли путем нейтрализации кислоты основанием.

Гидролизуются только соли, содержащие в своем составе ионы слабых электролитов: слабой кислоты или слабого основания.

Познавательные статьи:



Психологические особенности спортивного соревнования

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Занятость населения и рынок труда

Социальный статус семьи и её типология