Аналитическая химия

Размещено на http://allbest.ru

Задача 1

Чем различается диссоциация (ионизация) в водных растворах сильных и слабых электролитов? Приведите примеры схем ионизации. Что такое активность?

Ответ

В растворах слабых электролитов при ионизации равновесие смещено в сторону не распавшихся частиц, поэтому К диссоциации 1. Например, Кд(СН₃СООН)=1,75*10^-5. В растворах сильных электролитов практически все частицы распались на ионы, равновесие смещено вправо К диссоциации 1. Например, Кд(НСl)=1*10⁷

СН₃СООНСН₃СОО^-+H⁺

NaClNa⁺+Cl^-

H₂SO₄ H⁺+HSO₄^-

a - активность, величина, которая будучи подставленной в уравнение для идеальных систем, позволяет рассчитать свойство для реальных систем.

Понятие активности было введено Lewis (1907), как эффективная, действующая, исправленная концентрация с:

,

где г - коэффициент активности, который учитывает отклонения в свойствах реальных систем от идеальных, находят экспериментально или в справочнике. В разбавленных растворах при с>0 , г>1, a=c. Для растворов сильных электролитов используют среднеионный коэффициент активности г_±, который связан с ионной силой раствора уравнением Дебая--Хюккеля. Это основное уравнение теории сильных электролитов (предельный закон Дебая -- Хюккеля), показывающее связь между коэффициентом активности иона, z_e и ионной силы раствора I в виде:

,

где г-- коэффициент активности, А -- постоянная, не зависящая от заряда иона и ионной силы раствора, но зависящая от диэлектрической постоянной растворителя и температуры.

Задача 2

До какого объема следует разбавить 700,0 мл 0,2464 N раствора, чтобы получить 0,2000 N раствора? Сколько воды следует добавить при этом?

Решение

N=,

=N*V

N - нормальная концентрация, моль/л

V - объём раствора,

- количество моль - эквивалентов, моль

1. Найдем количество моль - эквивалентов =0,2464 моль/л*0,7л=0,17248 моль

2. Столько же эквивалентов в разбавленном растворе концентрации 0,2000н, найдем его объём:

V==862,4мл

3. найдём объём добавленной воды

862,4мл -700,0 мл=162,4мл

Ответ: 162,4мл воды следует добавить при этом.

Задача 3

Вычислите рН раствора, полученного разбавлением водой 200,0 мл 12%-ного раствора азотной кислоты до 2000,0 мл.

Решение

Найдём концентрацию ионов водорода:

Так как раствор разбавленный, то его объём можно считать равным массе 200г

m(HNO₃)=200*0.12=24г

Э(HNO₃)=63г/моль

Сн=m/Э*V=24г/63г/моль*2л=0,1905н

Для сильного электролита [H⁺]= Сн=0,1905моль/л

рН=-lg[H⁺]=-lg0,1905=1- lg1.905=1-0.3=0.7

Ответ: рН=0.7

Задача 4

Приведите кривую титрования 0,1000 N раствора карбоната натрия 0,1000 N раствором соляной кислоты. Укажите рН среды в точках "эквивалентности" при титровании с индикаторами фенолфталеином и c метиловым оранжевым.



Рис. 1. Кривая титрования 0.1000 Н раствора карбоната натрия . 0,1000 N раствором соляной кислоты

На кривой титрования имеется два скачка титрования. Первый лежит в области рН=8,3-10, поэтому титрование ведут в присутствии фенолфталеина, второй скачок титрования лежит в области рН=3,1-4,4, поэтому титрование ведут в присутствии метилоранжа.

Задача 5

Сколько г кальция содержится в 250,0 мл раствора СаСl₂, если после прибавления к 25,00 мл его 40,00 мл 0,1000 N раствора оксалата аммония и отделения образовавшегося осадка Са₂С₂О₄ на титрование избытка (NH₄)₂C₂O₄ израсходовано 15,00 мл 0,0200 N раствора КМnО₄ ?

Решение

1. н_{э исх}=40*0,1*10^-3=0,004моль

2. н_{э изб}=15*0,02*10^-3=0,0003моль

3. н_{э прореаг}=0,004моль-0,0003моль=0,0037моль

4. m= н_{э прореаг}*Mэ(Са)= 0,0037моль*20г/моль=0,148г - содержится в 25 мл

5. m=0,148г*250/25=1,48г - содержится в 250 мл

Ответ: 1,48г Са



Задача 6

Какие соединения являются в водном растворе кислотами, а какие основаниями с точки зрения протолитической теории Бренстеда-Лоури: Н₂О, NH₃, HClO₄, CN^-, CO₃^2-, HCO₃^-, Cl^-?

Классическое понятие кислот и оснований было введено Аррениусом. Кислоты - вещества, при диссоциации (ионизации) молекул которых в воде образуются катионы водорода Н⁺ (H₂SO₄). Основания - вещества, при диссоциации молекул которых в воде образуются гидроксил анионы ОН-(NaOH). Реакция нейтрализации сводится к образованию молекул (растворителя) воды.

С накоплением экспериментального материала было установлено, что некоторые вещества, например, соли проявляют кислотные или основные свойства, а в реакции нейтрализации не образуются молекулы растворителя. Наиболее ярко это проявляется в неводных растворителях.

Например, NH₄Cl в жидком аммиаке ведет себя как кислота; мочевина в жидком аммиаке - кислота, а в безводной уксусной кислоте - основание; HNO₃ в жидком HF и безводной H₂SO₄ - основание.

В связи с этим Brцnsted и Lowry предложили (1923) протолитическую теорию (теорию переноса протона) кислот и оснований: кислоты - вещества (или ионы), способные отдавать протоны (доноры протонов); основания - вещества (или ионы), способные принимать, получать протоны (акцепторы протонов).

Кислоты делят на нейтральные, катионные и анионные. Каждая кислота имеет сопряженное основание и наоборот. Пару кислота-основание называют сопряженной парой.

А(кислота) - Н⁺ + В(основание).



Реакция нейтрализации сводится к образованию новых кислот и основания.

А₁ + В₂ - В₁ + А₂

Вещества, способные как отдавать, так и принимать протоны называются амфипротонные, например, Н₂О, NH₃, HCO₃^- Они одновременно являются и кислотами, и основаниями. Поэтому только кислоты:

HClO₄Н⁺ +ClO₄^-

Поэтому только основания: CN^-, CO₃^2-, Cl^-

CN^-+ Н⁺ НCN

CO₃^2-+ Н⁺ НCO₃^-

Cl^-+ Н⁺ НCl

Задача 6

Вычислите растворимость AgCl в г/дм³: 1) в воде; 2) в 0,10 М растворе KCl.

ПР(AgCl)=1.8 10^-10

а) растворимость AgCl в воде

S= = 1.3410^-5моль/л*143.5г/моль=1.93*10^-3 г/дм³

б) растворимость AgCl в р-ре KCl:



ПР=[Ag⁺]*[Cl-]=(S + 0.1)*S= 0.1S (т.к. S² мала и ей пренебрегают)

ПР=0.1S, S=ПР/0.1= 1.8*10^-9моль/л*143.5г/моль=2.58*10^-7 г/дм³

Ответ: растворимость AgCl в воде S=1.93*10^-3 г/дм³, растворимость AgCl в KCl S=2.58*10^-7 г/дм³

Задача 7

Сколько мл 5%-ного раствора ВаCl₂ нужно взять для осаждения сульфат иона из 10,00 мл 1%-ного раствора серной кислоты ?

Решение

Х г 0,1г

208 98 г/моль г/моль

ВаCl₂+ H₂SO₄ = ВаSO₄+ HCl

m(H₂SO₄)=10*0,01=0,1г, так как раствор разбавленный, то масса раствора равна его объёму, найдём х=208*0,1/98=0,212г

m(р-ра H₂SO₄)=0,212/0,05=4,245г, так как раствор разбавленный, то масса и объём совпадают(с=1г/мл).

Ответ: объём раствора H₂SO₄ 4,245 мл

Задача 8

Можно ли титровать 0,1 N раствора гидроксида натрия 0,1 N раствором соляной кислоты с индикатором нитрамином (рТ = 12)? Приведите кривую титрования и с ее помощью решите вопрос о возможности применения индикатора нитрамина.

Расчет кривой кислотно-основного титрования

Сильная одноосновная кислота титруется сильной одноосновной щелочью.

Пусть к 20 мл 0,1н HCl приливают 0,1н NaOH

HCl+NaOHNaCl+HOH

Начальная точка.

Объем добавленной щелочи

V_щ = 0 - рН = -lg(0,1г_±) = -lg(0,10,796) = 1,10.;

без учета г_± pH = -lg0,1 = 1,00.

1. Прилили (+) 18 мл NaOH. Не прореагировало 2 мл 0,1н HCl.

За счет разбавления концентрация кислоты стала (N₁V₁ = N₂V₂)

. рН = 2,28.

1.3 + 19,8 мл NaOH. Не прореагировало 0,2 мл 0,1н НСl.

. pH = 3,30.

1.4 + 20 мл NaOH. Полная нейтрализация. Конечная точка титрования (КТТ) рН = 7,00.

1.5 + 20,2 мл NaOH. Не прореагировало 0,2 мл 0,1N NaOH. За счет эффекта разбавления.

. pH = 14,0?рОН = 14,0?3,30 = 10,7.

1.6 + 22 мл NaOH. Не прореагировало 2 мл 0,1N NaOH.

. pH = 14,0-2,32 = 11,7.

1.7 + 40 мл NaOH. Не прореагировало 20 мл 0,1 NaOH.

. pH = 14,0-1,48 = 12,5.

Полученные данные удобно свести в таблицу

Объем щелочн. Vщ, мл	0	18	19,8	20	20,2	22	40
pH раствора	1,00	2,28	3,30	7,00	10,7	11,7	12,5

Строим кривую титрования в координатах рН=f (V_щ) (рис.).

Особенности случая:

1. Точка эквивалентности лежит на кривой титрования.

2. Имеет место большой скачок рН на кривой титрования (410).

3. Применимы кислотно-основные индикаторы, показатель титрования рТ которых лежит в области скачка титрования (рН=410).

рТ = рK_ii 1 K_ii

константа ионизации индикатора. Подойдут индикаторы:

метиловый оранжевый 3,14.4;

метиловый красный 4.26.3;

бромтимоловый голубой 6,07,6;

фенолфталеин 8,310,0. Показатель титрования рТ нитрамино (рТ = 12) лежит не в области скачка титрования, поэтому его применять нельзя.

Рис. 2. Внешний вид кривой титрования сильной (а) кислоты щелочью



Задача 9

Определите процентное содержание олова в сплаве, если на титрование раствора, полученного из 0,9122 г сплава, израсходовано 15,73 мл 0,0200 N раствора йода?

Решение

Нормальная конц.

ионизация щелочной титрование кислота

Сн= н_э/V _э=0.02N*V

н_э=15,73*0,02*10^-3=0.3146*10^-3моль

вещества реагируют эквивалентами, поэтому

m(Sn)= н_э*Mэ(Sn)

Mэ(Sn)=118.69/2=59.345г/моль

m(Sn)= 0.3146*10^-3моль*59.345г/моль=0,0187г

%Sn=0.0187*100%/0.9122=2.05%

Размещено на Allbest.ru

...