prosdo.ru
добавить свой файл
1 2 3 4


ГОУ ВПО Пятигорская государственная фармацевтическая академия Росздрава

Кафедра физической и коллоидной химии


Примеры задач с решениями

по физической и коллоидной химии
Для студентов II и III курсов
Пятигорск

2005

УДК

Авторы: доц. Л.П. Мыкоц, ст. преп. А.В. Погребняк, ст. преп. Е.И. Распопов

асс. С.Н.Бондарь, асс. Т.А.Савельева, асс. Т.Н.Сысоева,

асс. Н.Н.Степанова

Под общей редакцией

заведующего кафедрой физической и коллоидной химии,

доцента Л.П. Мыкоц

Рецензент: зав. кафедрой неорганической химии, профессор,

д.ф.н. В.А. Компанцев.
Утверждено на заседании ЦМС ПГФА «____»__________________2005 г.
Председатель ЦМС профессор Погорелов В.И.

Сборник типовых задач с решениями по физической и коллоидной химии для студентов 2,3 курсов очного и заочного отделений подготовлен на кафедре физической и коллоидной химии в соответствии с программой по дисциплине: физическая и коллоидная химия, Москва, 2002 год. Рекомендовано ЦМС ПГФА для подготовки студентов к сдаче экзамена и для выполнения контрольных работ студентов заочного отделения внутри академии.
Редакционный совет:

проф. Вергейчик Е.Н., докт.фарм.наук;

проф. Беликов В.Г., докт.фарм.наук;

проф. Погорелов В.И., канд.фарм. наук;

проф. Галкин М.А.., докт. биол.наук;

проф. Челомбитько В.А., докт.фарм.наук;

проф. Оганесян Э.Т., докт.фарм.наук;

проф. Ивашев М.Н., докт.мед.наук;

проф. Гацан В.В., докт..фарм.наук;

проф. Шульженко В.И., докт.филол.наук.
Компьютерная верстка: Стародубцева С.В.


Предисловие



Навык решения задач является одной из самых важных составляющих образовательного процесса в разделе естественно-научных дисциплин. Решая задачи, студенты приобретают знания, необходимые для использования теории в практических целях. С учетом роста требований к практическим знаниям выпускников фармацевтических вузов и факультетов, обучение их методам и приемам расчетов выходит на первый план.


Настоящее пособие, не подменяя существующие учебники и сборники задач, предоставляет студентам фармацевтических факультетов очного и заочного отделений возможность достаточно быстро освоить приемы решения важнейших задач, включенных в действующую Учебную программу по физической и коллоидной химии, а также успешно подготовиться к заключительному экзамену.

В настоящий сборник задач по физической и коллоидной химии, подготовленный коллективом преподавателей кафедры физической и коллоидной химии Пятигорской ГФА вошли примеры решения типовых задач, в том числе:

по разделам физической химии - основы химической термодинамики, фазовые равновесия, электрохимия, кинетика химических реакций;

по разделам коллоидной химии - поверхностные явления, дисперсные системы, высокомолекулярные вещества.

Примеры решения задач по физической химии


Задача 1. Вычислите Но, Uо, Gо и А0 для реакции

2СО2(г) = 2СО (г) + О2 (г)

Определите, возможно ли самопроизвольное протекание реакции при стандартных условиях.

Решение: Воспользовавшись данными, приведенными в Приложении, рассчитаем тепловой эффект реакции при постоянном давлении:

Ноr = ni Нof прод – ni Нof исх =

= 2Нof CO + Нof O2 – 2Нof CO2 =

= [2(–110,70) + 0] – 2(–393,51) = 565,62 кДж/моль.

Изменение внутренней энергии связано с изменением энтальпии зависимостью: Uor = Hor – nRT,

где: n – изменение числа молей газообразных веществ в ходе реакции,

n = 3 – 2 = 1;

R – универсальная газовая постоянная (8,314103кДж/мольК);

Т = 298К.

Следовательно:

U0r = 565,62 – 8,31410–3 298 = 563,14 кДж/моль.

Для расчета Gor найдем предварительно изменение энтропии:

Sor = 2SoСО + SoО2 – 2SoСО2 =

= (2197,48+205,03) – 2213,66 = 172,67 Дж/мольК.

Tогда изменение энергии Гиббса будет равно:

Gоr = Ноr – ТS0r = 565,62 – 298172,6710–3 = 514,16 кДж/моль.

Теперь определим изменение энергии Гельмгольца:

Аor = Uor – TSor = 563,14–298172,6710–3 = 511,68 кДж/моль

Положительные значения величин Gor и Аor указывают на то, что при стандартных условиях реакция не будет самопроизвольно идти в прямом направлении.

Задача 2. Для реакции крекинга метана

СН4 (г) = С (т) + 2Н2(г) + ΔНr

Используя данные Приложения, рассчитать ΔG0r298 и ΔA0r298. Определить,

возможно ли самопроизвольное протекание данной реакции при температуре

298 К.

Решение:

1) Воспользовавшись данными Приложения

(ΔG0 f СН4 (г) = - 50,85; ΔG0 f С (т) = 0; ΔG0 f н2 (г) = 0 кДж/моль),

рассчитаем ΔG0r (изменение энергии Гиббса)


ΔG0r = ni ΔG0 f прод. - ni ΔG0 f исх. = ΔG0 f С (т) + 2 ΔG0 f н2 (г) - ΔG0 f СН4 (г) =

= 0 + 2 0 – (-50,85) = +50,85 кДж

2) Для расчета ΔA0r воспользуемся соотношением между ΔG0r и ΔA0r:

ΔA0r = ΔG0r – ΔnRT,

где Δn – изменение числа молей газообразных веществ в ходе реакции,

R - универсальная газовая постоянная

Находим Δn: Δn = nпрод. - nисх. = 2 – 1 = 1

Отсюда:

ΔA0r = 50,89 - 1 8,314  10-3  298 = 48,41 кДж,

т.к. ΔG0r298 и ΔA0r298  0, то при 298 К невозможно самопроизвольное протекание данной реакции в прямом направлении.

Задача 3. Для реакции крекинга метана

СН4 (г) = С (т) + 2Н2(г) + ΔНor
Рассчитать ΔН0r, используя значение стандартных теплот сгорания веществ (лДж/моль): ΔН0с СН4 (г) = - 890,31; ΔН0с С (т) = -393,51; ΔН0с Н2 (г) = -285,84

Определить экзо- или эндотермической является данная реакция.

Решение: В соответствии со следствием закона Гесса:

ΔН0r = ni ΔН0с исх. - ni ΔН0с прод. =

= ΔН0с СН4 (г) – (ΔН0с С (т) + 2 ΔН0с Н2 (г)) =


= -890,31 - -393,51 + 2 (-285,84) = +74,88 кДж

т.к. ΔН0r  0, реакция является эндотермической.

Задача 4. Напишите уравнение реакции сгорания метана.Вычислите стандартную теплоту образования метана, если его стандартная теплота сгорания

ΔН0с = -890,31 кДж/моль

Продукты сгорания имеют следующие теплоты образования (кДЖ/моль)

ΔН0f СО2 (г) = -393,51; ΔН0f Н2О (ж) = -285,84

Решение:

Напишите термохимическое уравнение реакции сгорания метана

СН4 (г) + 2О2 (г) = СО2 (г) + 2Н2О (ж) + ΔН0r

В соответствии со следствием закона Гесса:

ΔН0r = ni ΔН0f прод. - ni ΔН0f исх. =

= (ΔН0f СО2 (г) + 2 ΔН0f Н2О (ж) ) – (ΔН0f СН4 (г) + 2 ΔН0f О2 (г) )

С другой стороны: ΔН0r = ΔН0С СН4 (г)

Тогда: ΔН0с СН4 (г) = (ΔН0f СО2 (г) + 2 ΔН0f Н2О (ж)) – (ΔН0f СН4 (г) + 2 ΔН0f О2 (г) );

-890,31 = (-393,51 + 2 (-285,84) ) – (ΔН0f СН4 (г) + 2  0);

- 890,31 = -393,51 – 571,68 - ΔН0f СН4 (г)

ΔН0f СН4 (г) = -74,88 кДж/моль.

Задача 5. Используя уравнение Кирхгоффа для небольшого температурного интервала рассчитать тепловой эффект реакции


СН3ОН(г)+3/2О2(г)=СО2(г)+2Н2О(г)

при температуре 500К и давлении 1,0133105 Па.

Решение: По данным приложения сначала рассчитываем тепловой эффект реакции при 298К:

Ноr 298 = (Нof CO2 + 2 Нof H2O) – (Нof CH3OH +3/2Нof О2) =

= (–393,51–2241,8) –(–201,00 + 3/20) = –676,13 кДж/моль.

Зная Ноr 298, можно по уравнению Кирхгоффа рассчитать тепловой эффект реакции при 500К:

Ноr Т2 = Ноr Т1 + Сор2 - Т1)

где Сор – изменение теплоемкости в ходе реакции. Его можно определить таким образом:

Сор = niСрi прод. – niСрi исх. =

= (СорСО2 + 2СорН2О) – (СорСН3ОН – 3/2 СорО2) =

= (37,11+233,56)–(43,9–3/228,83) = 17,10 Дж/моль•К

и значит, тепловой эффект реакции при 500К равен:

Нor 500 = Нor 298 + Сор(500–298) =

= –676130 + 17,1202 = –672676 Дж/моль = –672,676 кДж/моль.

Задача 6. Значение стандартной энергии Гиббса Gor реакции

СН3СООН(г)2Н5ОН(г)=СН3СООС2Н5(г)2О(г)

равно –3,434 кДж/моль. Вычислите константы равновесия Кр и Кс. Каков будет состав равновесной реакционной смеси, если в реакцию введены 1 моль кислоты и 2 моля спирта?


Решение: Воспользуемся соотношением Gor = – RTlnKp, из которого получаем

Gor - 3,434

lnKp= –  = –  = 1,386

RT 8,314х10-3х298

и значит Кр = е1,386 = 3,9989  4.

Кс = Кр(RT)n, а так как n = 2 – 2 = 0, то Кс = Кр = 4.

Для того, чтобы ответить на вопрос о составе равновесной реакционной смеси, необходимо в общем виде проанализировать начальный и равновесный состав реакционной смеси:




СН3СООН + С2Н5ОН = СН3СООС2Н5 + Н2О

Исходный состав, моль

1

2

0

0

Равновесный состав, моль

1–х

2–х

х

х


Выразим константу равновесия через равновесные количества молей веществ:


х х

Кс =  = 4

(1–х)(2-х)



и решим уравнение относительно х:

х2=(1-х)(2-х)= 4; х2=(2–3х+х2)= 4; х2=8–12х+4х2; 3х2–12х+8=0

D = 144–96=6,928; и значит

12 + 6,928 12 – 6,928


х1 =  = 3,15 моля; х2 =  = 0,845 моля.

6 6

значение = 3,15 мол. х1 не имеет физического смысла (так как из 2 молей спирта нельзя получить 3 моля этилацетата) и отбрасывается. Таким образом, состав реакционной смеси при равновесии будет следующим:

уксусной кислоты: 1–0,845 = 0,155 моля,

спирта: 2–0,845 = 1,155 моля,

этилацетата: 0,845 моля,

воды: 0,845 моля.

Задача 7. Выразите известным вам способом концентрацию раствора 10 г NaCl в 100 мл (г) воды. В качестве способов выражения концентрации используйте:


  1. молярную весовую концентрацию (моляльность);

  2. молярную объемную концентрацию (молярность);

  3. нормальность (молярную концентрацию эквивалента) ;

  4. моляльную (молярную) долю;

  5. титр;

  6. весовой процент;

  7. число граммов растворенного вещества на 100 г растворителя (коэффициент растворимости при данных условиях).

Решение:

Обозначение

Название и определение

Сm

Молярная весовая концентрация (моляльность) - число молей растворённого вещества, приходящееся на 1000 г растворителя.

CM

Молярная объёмная концентрация (молярность) - число молей растворённого вещества, содержащееся в 1 литре раствора.

(н.)


Нормальность - число грамм-эквивалентов растворённого вещества, содержащееся в 1 литре раствора.

N

Мольная (или молярная) доля - число молей растворённого вещества, приходящееся на 1 моль раствора.

T

Титр - число граммов растворённого вещества, содержащееся в 1 мл раствора.

P

Весовой процент - число граммов растворённого вещества, содержащееся в 100 г раствора.

A

Число граммов растворённого вещества, приходящееся на 100 г растворителя.




Если обозначить:

Э - эквивалентный вес растворённого вещества;
M - молекулярный вес растворённого вещества;
MP - молекулярный вес растворителя;
n - число грамм-эквивалентов в 1 моль растворённого вещества;
p - плотность раствора, то:

nNaCl= mNaCl/MNaCl=10/23+35.5=0.17 моля;

nNaCl • m’H2O (1000 г) 0.17 • 1000

1) Сm = ----------------------------------- = -------------------- = 1,7 моль/1000 г;

mH2O 100

nNaCl • 1000 мл 0.17 1000

2) CM = ---------------------------- = --------------------- = 1,7 моль/л

100 мл (V H2O) 100
T • 1000

3) СN = ---------------- = ; CN = 1,7 г экв/л

Э

также возможен расчет нормальности раствора по следующей формуле:


m X

СN = -----------------, где

Э 100
m – масса, г; X - массовая доля, %; Э - эквивалентная масса, г/г-экв.
nNaCl • n’H2O (1 моль) 0.17 1

4) N = --------------------------- = ----------------------; nр-ра = nNaCl + nH2O ; N = 0,033

nр-ра 5+0.17
mNaCl • V’H2O (1 мл) 10 1

5) Т = ----------------------- = ------------------------; Т = 0,1 г/мл

V H2O 100
mNaCl 10

6) Р = ------------ = ------------- ; Р = 9,09 %

mH2O + mNaCl 100+10
7) А = mNaCl / m’H2O ; А = 0,1 г/100 г воды
Задача 8. В 100 г воды растворено 1,53 г глицерина. Давление пара воды при 298К равно 3167,2 Н/м2. Вычислите: а) понижение давления пара воды над раствором; б) температуру кипения раствора; в) температуру его замерзания; г) его осмотическое давление.

Решение:

а) В соответствии с законом Рауля относительное понижение давления равновесного с раствором пара равно:


ро – р р

 =  = Хгл,

ро ро



где Хгл – мольная доля глицерина в растворе.

Хгл = nгл/(nгл + nводы), где n – количество вещества (моль).


nводы=100/18 = 5,555 моль; nгл = 1,53/92 = 0,017 моль;


Значит, Хгл= 0,017/(0,017 + 5,555) = 0,003,

и тогда р/3167,2 = 0,03; Р = 95,02 Па.

б) Повышение температуры кипения раствора неэлектролита можно вычислить по эбуллиоскопической формуле:



Кэ m 1000

Ткип = ,

M a


где Кэ – эбуллиоскопическая константа растворителя (для воды она равна 0,52); m – масса растворенного вещества в граммах; М – его молярная масса;

а – масса растворителя в граммах. Отсюда

0,521,531000

Ткип =  = 0,086о.

92100


Следовательно, температура кипения раствора будет равна 100,0860С.

в) Понижение (депрессия) температуры замерзания раствора рассчитывается по криоскопической формуле:


Кк m 1000

Тзам = ,

M a

где Кк  криоскопическая константа растворителя (для воды 1,86):


1,861,531000

Тзам =  = 0,309о

92100


Следовательно, раствор будет замерзать при –0,309оС.

г) в соответствии с законом Вант–Гоффа осмотическое давление в растворах неэлектролитов можно рассчитать по уравнению

 = CRT,

где С – молярная концентрация раствора.

При пересчете в систему СИ концентрация должна быть выражена в моль/м3. Считая плотность раствора равной плотности воды, получим:


1,531000

С =  = 0,17 моль/л = 0,17103 моль/м3.

90100

Тогда

 = 0,171038,314298 = 421187,2 Па ( 4,2 атм).

Задача 9.

Рассчитайте осмотическое давление водного раствора хлорида кальция с концентрацией 0,05 моль/л при температуре 370С. Степень диссоциации

(ионизации) CaCl2 равна 97%. Каким этот раствор является по отношению к плазме крови: гипо-, гипер- или изотоническим ?


Решение:

Осмотическое давление растворов электролитов рассчитывается по уравнению Вант - Гоффа:

осм = CRT,

где  - изотонический коэффициент Вант – Гоффа

С – концетрация раствора ( моль/л, моль/м3 )

R – универсальная газовая постоянная

Т – температура, К
Расчет :  = 1 + ( - 1),

где  - кажущаяся степень диссоциации электорлита

 - число частиц (ионов), на который диссоциирует молекула

электролита СаСl2  Са2+ + 2Сl-

( = 3);  = 1 + 0,97(3 – 1) = 1 + 1,94 = 2,94

осм = CRT = 2,94  0,05  0,082  310 = 3,74 атм.

или: осм = 2,94  0,05  103  8,314  310 = 378868,98 а

т.к. осм р. СаСl2 = 3,74 атм  осм плазмы крови (7,6 атм)

Следовательно этот раствор гипотонический.

Задача 10. Из 1 л водного раствора, содержащего 1 г иода, иод экстрагируют сероуглеродом. Коэффициент распределения иода между водой и сероуглеродом равен 0,0017. Рассчитайте:

а) массу иода, оставшегося в водном растворе после одной операции экстрагирования объемом 40 мл экстрагента;

б) массу иода, оставшегося в водном растворе после 4-х кратного экстрагирования порциями по 10 мл сероуглерода;

в) массу иода, которая извлечется сероуглеродом в случаях (а) и (б);

г) степень извлечения иода в случаях (а) и (б);

д) число операций экстрагирования порциями по 10 мл сероуглерода, необходимых, чтобы извлечь из водного раствора 97% иода.
Решение.

а) Воспользуемся уравнением для однократной экстракции:

KV1 10,00171000

m1 = m0  =  = 0,041 г,


KV1+V2 0,00171000+40




где К – коэффициент распределения растворенного вещества;

m0 – масса иода (г) в исходном водном растворе;

m1 – масса иода, оставшегося в водном растворе (рафинате) после

однократной операции экстрагирования;

V1 – объем исходного водного раствора (мл);

V2 – объем экстрагента (мл) в одной операции экстрагирования.

б) В случае многократной экстракции в рафинате остается




KV1 n 0,00171000 4

m = m0 -------- = 1 ---------------- = 0,00044 г,

KV1+V2 0,00171000+10

где n  число операций экстрагирования.

в) Перейдет в экстракт при четырехкратном экстрагировании

mэ = m0  m = 1  0,00044 = 0,99956 г.


KV1 4 0,00171000 4

m = m0 [1–  ] = 1 [1   ] = 0,99956 г

KV1+V2 0,00171000 + 10


М ассу экстрагированного вещества можно рассчитать и с помощью другого уравнения:

г) Степень извлечения вычислим как отношение массы иода, перешедшего в экстракт, к массе его в исходном водном растворе. В первом случае:


1 = (1–0,041)/1 = 0,959 или 95%;

во втором случае:

2 = 0,99956/1 = 0,99956 или 99,956%.

д) Число экстракций для достижения заданной степени извлечения при V2=10 мл, найдем с помощью уравнения, использованного в п. (в):


KV1 n

 = mэ/m0 = 1 – () ; 0,97 = 1 – 0,145n; 0,03 = 0,145n.

KV1+V2

Отсюда

lg 0,03 = n lg 0,145; n = lg 0,03/lg 0,145 = (1,5229/0,8386) =1,82.

Т.е. число экстракций равно двум (1,822).

Задача 11. Вычислить давление, необходимое для понижения температуры замерзания воды на 1о, и температуру, при которой будет плавиться лед при повышении давления на 1 атм. При 0оС удельная теплота плавления льда равна 333,5103 Дж/кг, плотность воды 0,9998103 кг/м3, плотность льда 0,9168103 кг/м3.

Решение: Используем уравнение Клапейрона для фазовых превращений в однокомпонентных системах:


р L

 = 

Т T V



где р/Т – изменение давления фазового превращения при изменении температуры на 1 градус; L – удельная теплота фазового превращения при температуре Т; V = (Vж – Vтв) – изменение удельного объема при фазовом переходе.

Удельные объемы – величины обратные плотности, следовательно:

Vж=1/9,998102=1,000210–3 м3/кг;

Vтв=1/9,168102=1,090810–3 м3/кг;

и V=1,000210–3 – 1,090810–3 = –9,0610–5 м3/кг;

р 333,5103

 =  = –134,8105 Па/К

Т 273(–9,0610–5)

Знак «минус» указывает на то, что для уменьшения температуры кристаллизации воды (или плавления льда) давление должно быть повышено. Следовательно, для понижения температуры замерзания воды на 1оС необходимо давление повысить на 134,8105 Па (или 133 атм), т.е. довести его до 134 атм.

Изменение температуры фазового перехода при изменении давления на единицу найдем с помощью преобразования уравнения:


Т 1

 =  = –0,007410–5 К/Па;

Р –134,8105
Т 1

или  =  = –0,0075 К/атм;

Р –133


Следовательно, при повышении давления на 1 атм температура плавления льда уменьшается на 0,0075К и становится равной 0,0075оС.

Задача 12. Рассчитайте количество водяного пара, необходимого для перегонки 10 кг анилина, если смесь анилина с водой при атмосферном давлении кипит при 98,4оС. При этой температуре давление водяного пара равно 94605 Па.

Решение. Коэффициент расхода пара mв/mа при перегонке с водяным паром рассчитывается по уравнению:


mв рв Мв

 =  ,

mа ра Ма


где mв и mа –массы воды и анилина, Мв и Мамолярные массы воды и анилина; рв и ра – парциальные давления паров воды и анилина при температуре перегонки.

ра находится с помощью закона Дальтона как разность между нормальным атмосферным давлением и рв:


ра = 101325 Па – 94605 Па = 6720 Па.

Отсюда:


mв 9460518 2,72

 =  =  = 2,72

mа 672093 1


Следовательно, для перегонки 1 кг анилина требуется 2,72 кг водяного пара, а для 10 кг анилина его понадобится 27,2 кг.

Задача 13 . Раствор, содержащий 0,8718 моль/л тростникового сахара, при Т = 291К, изотоничен с раствором хлорида натрия, содержащим 0,5 моль/л NaCl.Рассчитайте: а) изотонический и осмотический коэффициенты для хлорида натрия; б) кажущуюся степень его диссоциации.

Решение:

а) Для раствора сахара осмотическое давление рассчитывается по уравнению Вант-Гоффа для неэлектролитов: 1 = С1RT; а для раствора NaCl по уравнению для электролитов: 2 = iC2RT, где i изотонический коэффициент. Так как осмотические давления растворов равны, т.е. 1 = 2, и значит С1RT = iC2RT.

Отсюда i = С12 = 0,8718/0,5 = 1,7436.

По величине изотонического коэффициента рассчитываем осмотический коэффициент g:

g = i/ = 1,7436/2 = 0,8718,

где – число ионов, образующихся при диссоциации одной молекулы.

б) Кажущуюся степень диссоциации  вычисляем с помощью уравнения, связавющего ее с изотоническим коэффициентом:

i = 1 + ( –1) ;

Отсюда  = (i –1)/(–1) = (1,7436 –1)/(2 –1) = 0,7436.

Задача 14. Для предотвращения частичного разложения лекарственного препарата в кипящем водном растворе при отгонке воды необходимо понизить температуру кипения на 20о. Вычислите, какое давление при этом надо поддерживать в перегонном аппарате. Теплота испарения воды


40660 Дж/моль.

Решение: Используем для расчета уравнение Клапейрона–Клаузиуса:


р2 Нисп. (T2 – T1)

ln  =   

р1 R T1T2


Считая, что температура кипения раствора T2 при нормальном атмосферном давлении р2 = 101325 Па равна 100оС (373К), подставим значения:


101325 40660 (373 – 353)

ln  =    = 0,7428.

р1 8,314 353373





отсюда lnр1 = ln101325 – 0,7428 = 11,5261 – 0,7428 = 10,7832,

и значит, требуемое давление р1 = e10,7832 = 48204 Па (0,47 атм.).

Задача 15. Рассчитайте объемы 0,1 М растворов уксусной кислоты и ацетата натрия, необходимые для приготовления 20 мл ацетатного буферного раствора с рН = 4.

Решение. Так как концентрации растворов одинаковы, расчет ведется по уравнению:


Vс.о. Сс.о.

рН = рКа + lg ,

Vс.к. Сс.к..


где рКа – показатель кислотности уксусной кислоты, равный 4,74;

Vс.о. и Vс.к. – соответственно объемы растворов сопряженных основания и кислоты. Отсюда при Сс.к. = Сс.о. :

lg Vс.о./Vс.к. = рН – рКа = 4 – 4,74 = –0,74; Vс.о./Vс.к. = 10–0,74 = 0,18.

Принимая Vс.о. = 20 – Vс.к., получим (20–Vс.к.)/Vс.к. = 0,18;


откуда объем раствора уксусной кислоты Vс.к. = 16,95 мл, и объем раствора ацетата натрия Vс.о. = 20 – 16,95 = 3,05 мл.

Задача 16. Удельная электрическая проводимость 0,175 М раствора аммиака равна 4,7610–4 Ом–1см–1. Подвижность ионов NH4+ и ОН при 25оС соответственно равны 73,5 и 198,3 Ом–1см2моль–1. Рассчитайте молярную проводимость, степень и константу ионизации аммиака, его рКb, концентрацию ионов водорода в растворе и его рН.

Решение: Удельная  и молярная  электрические проводимости связаны между собой соотношением


 1000

 =  ,

С


где С – концентрация в моль/л, 1000 – пересчетный коэффициент из литров в см3.

Рассчитываем :


4,7610–41000

 =  = 2,72 Ом–1см2моль–1

0,175


Степень ионизации  можно вычислить с помощью отношения =/ , где  – молярная проводимость при бесконечном разведении, которая рассчитывается по закону Кольрауша:  = + +  (+ и – подвижности ионов):

= 73,5 + 198,3 = 271,8 Ом–1см2моль–1

Отсюда  = 2,72/271,8 = 0,01.

В соответствии с законом разведения Оствальда К = 2С/(1–), где

К – константа ионизации электролита (в данном случае К = Кb

аммиака);

С – концентрация, выраженная в моль/л.

Находим Кb: Кb = 0,0120,175/(1–0,01) = 1,7710–5,


отсюда рКb = – lgКb = 4,752.

Концентрация ионов ОН в растворе будет равна С:

СОН– = 0,010,175 = 0,00175 моль/л.

Отсюда рОН = – lg0,00175 = 2,76 и, значит, pH = 14 – 2,76 = 11,24.

Задача 17. Написать формулу гальванического элемента, состоящего из медного электрода, погруженного в раствор сульфата меди с активностью 0,01 М и цинкового электрода, погруженного в раствор хлорида цинка с активностью 0,02 М.

Решение: Опорным при составлении формулы гальванического элемента является электрохимический ряд напряжений металлов, приведенный ниже:

Электрохимический ряд напряжений металлов

Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Cr Zn Fe Co Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au

Ослабление восстановительных свойств (активности) слева направо

Формула начинается со знака минус в круглых скобках, затем указывается металл, находящийся слева в ряду напряжений, в нулевой степени окисления. Ставится вертикальная черта, имеющая значение границы раздела между металлом и ионосодержащим раствором. За ней указывается активный ион. Далее следует вертикальная двойная черта, обозначающая границу между двумя полуэлементами и показывающая, чо диффузный потенциал устранен. За двойной чертой (в зеркальном порядке) указывается активный ион второго полуэлемента и, через одинарную вертикальную черту, металл в нулевой степени окисления, находящийся в электрохимическом ряду справа. За ним следует знак «плюс» в круглых скобках. Под каждым из активных ионов подписывается соответствующая ему активность из условия задачи. Конечный результат должен выглядеть следующим образом:




следующая страница >>