Расчет параметров растворов

1. Определить объем аммиака (условия нормальные), который необходимо растворить в 249 г. воды для получения 25%-ного раствора гидроксида аммония

Дано:

m1(Н2О) = 249 г.

w(NH4OH) = 25%

Найти:

V(NH3) - ?

Решение:

Масса полученного раствора

mр-ра = m1(Н2О) + m(NH3)

Образование гидроксида аммония протекает по реакции

NH3 + H2O = NH4OH

Масса гидроксида аммония m(NH4OH) = m2(H2O) + m(NH3), где m2(H2O) - вода связанная с аммиаком.

Массовая доля гидроксида аммония равна

отсюда

Из уравнения реакции масса воды связанной с аммиаком равна

NH3 + H2O = NH4OH

г./моль 18 г./моль

m(NH3) m2(H2O)2(H2O) = m(NH3) ×18/17 = 1,06× m(NH3)

отсюда m(NH3) = 34,4 г

Поскольку при н.у. 1 моль любого газа занимает 22,4 л рассчитаем объем газа по формуле

Ответ: 45,3 л

2. В 0,6 л насыщенного раствора PbSO4 содержится 0,186 г. ионов свинца (II). Вычислите произведение растворимости этой соли

Дано:

V = 0,6 л

m(Pb2+) = 0,186 г.

Найти: ПР - ?

Решение:

Диссоциация соли описывается уравнением PbSO4 = Pb2+ + SO42-

Обозначим растворимость через s моль/л. Поскольку каждый моль растворенного PbSO4 образует 1 моль ионов Pb2+ и 1 моль ионов SO42-,

[Pb2+] = s, а [SO42-] = s.

Для произведения растворимости имеем

ПР = [Pb2+]×[SO42-] = s×s = s2

Зная, что в насыщенном растворе содержится 0,186 г. ионов свинца (II) рассчитываем растворимость соли:

ПР = [Pb2+]×[SO42-] = s×s = s2 = (1,5×10-3)2 = 2,24×10-6

3. В 1 литре воды содержится 38 мг ионов Mg2+ и 108 мг ионов Са2+. Вычислите общую жесткость воды

Дано:

m(Mg2+) = 38 мг

m(Са2+) = 108 мг

Найти: Ж - ?

Решение:

мг-экв/л жесткости соответствует содержанию 12,16 мг/л магния (Mg2+).

Тогда жесткость воды обусловленная присутствием ионов магния составит:

Ж(Mg2+) = 38/12,16 = 3,1 мг-экв/л

мг-экв/л жесткости соответствует содержанию 20,04 мг/л кальция (Ca2+).

Тогда жесткость воды обусловленная присутствием ионов кальция составит:

Ж(Ca2+) = 108/20,04 = 5,4 мг-экв/л

Рассчитаем общую жесткость воды:

Жобщ = Ж(Ca2+) + Ж(Mg2+) = 3,1 + 5,4 = 8,5 мг-экв/л

4. Вычислите потенциалы электродов

а) Pt, H2/0,01н HCl; г) Pt, Н2 /раствор с рН = 3;

б) Pt, H2/0,01М HNO3; д) Pt, H2/раствор с рОН=5;

в) Pt, H2/0,01н H2SO4; e) Pt, H2/H2O

Решение:

Потенциал водородного электрода зависит от активности ионов Н+ в растворе и давления водорода; потенциал стандартного водородного электрода (с активностью ионов Н+ 1 моль/л и давлением водорода 101.3 кПа) принят равным нулю.

Для определения электродного потенциала используем уравнение Нернста.

где ?о = 0В - стандартный электродный потенциал; n - число электронов, принимающих участие в процессе; с - концентрация ионов в растворе, моль/л, R = 8,31кДж/моль - газовая постоянная, Т = 273+25 = 298К, F = 96500Кл/моль - постоянная Фарадея.

Уравнение Нернста для водородного электрода при t = 25°С имеет вид:

?H2/2H+ = 0,059· lg [c(H+)]

а) Pt, H2/0,01н HCl

Т.к. HCl - одноосновная кислота, то Сн = См = 0,01 моль/л

тогда концентрация ионов водорода, согласно уравнению диссоциации HCl ? H+ + Cl - составит c(H+) = 0,01 моль/л.

?H2/2H+ = 0,059· lg0,01 = -0,118 В

б) Pt, H2/0,01М HNO3

Концентрация ионов водорода, согласно уравнению диссоциации HNO3 ? H+ + NO3 - составит c(H+) = 0,01 моль/л

?H2/2H+ = 0,059· lg0,01 = -0,118 В

в) Pt, H2/0,01н H2SO4

Т.к. H2SO4 - двухосновная кислота, то См = Сн/2 = 0,005 моль/л

тогда концентрация ионов водорода, согласно уравнению диссоциации H2SO4 ? 2H+ + SO42 - составит c(H+) = 0,01 моль/л.

?H2/2H+ = 0,059· lg0,01 = -0,118 В

г) Pt, Н2 /раствор с рН = 3

?H2/2H+ = 0,059· lg [c(H+)]

учитывая, что рН = - lg [c(H+)]

?H2/2H+ = - 0,059· 3 = -0,177 В

д) Pt, H2/раствор с рОН=5

?H2/2H+ = 0,059· lg [c(H+)]

учитывая, что рН = - lg [c(H+)] и рН = 14 - рОН = 9

?H2/2H+ = - 0,059·9 = -0,531 В

e) Pt, H2/H2O

Для воды рН = 7

?H2/2H+ = - 0,059·7 = -0,413 В

5. Установите термодинамическую вероятность протекания электрохимической коррозии на поверхности стального изделия с цинковым протектором в нейтральной водной среде (морская вода) в присутствии растворенного кислорода. Запишите схему коррозионной гальванопары, уравнения анодного и катодного процессов. Укажите вид и состав конечного продукта коррозии. Можно ли использовать в качестве протектора в этом случае олово?

электрохимический аммиак растворимость термодинамический

Решение:

При протекторной защите стального изделия цинком в морской воде образуется гальванопара цинк - железо в воде (среда нейтральная). В воде растворен кислород.

Схема гальванопары: Zn / Н2О, О2 / Fe

Потенциалы:

;

= + 0,814 В.

Восстановитель - Zn, окислитель - О2.

Zn (-): 2 Zn - 2? + 2 H2O = Zn(OН)2 + 2Н+ - процесс окисления

Fe (+): 1 О2 + 4? + 2 H2O = 4 OH- - процесс восстановления

Zn + О2 + 4H2O = 2 Zn(OН)2

ЕДС = ?к - ?а = -0,46 - (-0,81) = 0,35 В

?G = - z×F×ЕДС = -2×96500×0,35 = -67,55 кДж/моль

F - постоянная Фарадея (96500 Кл/моль).

?G>0, процесс термодинамически возможен.

Рассмотрим гальванопару Fe-Sn

Потенциалы:

;

= + 0,814 В.

Восстановитель - Fe, окислитель - О2.

Схема гальванопары: Fe / Н2О, О2 / Sn

Fe (-): 2 Fe - 2? + 2 H2O = Fe(OН)2 + 2Н+ - процесс окисления

Sn (+): 1 О2 + 4? + 2 H2O = 4 OH- - процесс восстановления

Fe + О2 + 4H2O = 2 Fe(OН)2

Таким образом, видно, что разрушению в данной гальванопаре подвергается железо, т.е. использовать олово в качестве протекторной защиты стального изделия невозможно.

. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:

a) Fe(OH)3 + 3Н+ = Fe3+ + 3Н2О; б) Cd2++ 2ОН- = Cd(OH)2; в) Н+ + NO2- = HNO2.

Решение:

a) Fe(OH)3 + 3Н+ = Fe3+ + 3Н2О

Fe(OH)3 + 3НCl = FeCl3 + 3Н2О(OH)3 + 3Н+ + 3Cl- = Fe3+ + 3Cl- + 3Н2О

Fe(OH)3 + 3Н+ = Fe3+ + 3Н2О

б) Cd2++ 2ОН- = Cd(OH)2;

CdCl2 + 2NaOH = Cd(OH)2 + 2NaCl2+ + 2Cl- + 2Na+ + 2OH- = Cd(OH)2 + 2Na+ + 2Cl-2++ 2ОН- = Cd(OH)2

в) Н+ + NO2- = HNO2

HCl + NaNO2 = HNO2 + NaCl+ + Cl- + Na+ + NO2- = HNO2 + Na+ + Cl-

Н+ + NO2- = HNO2

6. Какое значение рН (7<рН<7) имеют растворы солей Na3PO4, K2S, CuSO4? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей

Решение:3PO4 - соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой, подвергается гидролизу по аниону. Реакция среды щелочная (pH > 7).

Iст. Na3PO4 + H2O Na2HPO4 + NaOH

Na+ + PO43- + НОН 2Na+ + HPO42- + Na+ + ОН-

Na+ + PO43- + НОН 2Na+ + HPO42- + Na+ + ОН-

PO43- + НОН HPO42- + ОН - (избыток ионов ОН-)

IIст. Na2HPO4 + НОН NaН2РО4 + NaОН

Na+ + HPO42- + НОН 2Na+ + Н2РО4- + ОН-42- + H2O H2PO4- + OH-

IIIст. NaH2PO4 + НОН Н3РО4 + NaОН+ + H2PO4- + НОН Н3РО4 + Na+ + ОН-2PO4- + H2O H3PO4 + OH-

Гидролиз протекает преимущественно по первой ступени.2S - соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой, подвергается гидролизу по аниону. Реакция среды щелочная (рН > 7).

Iст. К2S + HOH КHS + КOH

2К+ + S2- + HOH К+ + HS- + К+ + OH-

S2- + HOH HS- + OH-ст. КHS + HOH Н2S + КОН

К+ + HS- + HOH Н2S + К+ + OH-

HS- + HOH Н2S + OH-

Гидролиз протекает преимущественно по первой ступени.

CuSO4 - соль образованная слабым основанием и сильной кислотой, поэтому гидролизуется по катиону. Реакция среды кислая (рН < 7).

Iст. 2CuSO4 + 2HOH (CuOH)2SO4 + H2SO4

Cu2+ + 2SO42- + 2HOH 2 (CuOH)+ + SO42- + 2H+ + SO42-

2Cu2+ + 2HOH 2 (CuOH)+ + 2H+

IIст. (CuOH)2SO4 + 2HOH 2Cu(OH)2 + H2SO4

(CuOH)+ + SO42- + 2HOH 2Cu(OH)2 + 2H+ + SO42-

2 (CuOH)+ + 2HOH 2Cu(OH)2 + 2H+