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.}

_{(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}

_{17 г./моль 18 г./моль}

_{m (NH3) m2(H2O)}

_{m2(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⁺ + SO4^2-}

_{Обозначим растворимость через s моль/л. Поскольку каждый моль растворенного PbSO4 образует 1 моль ионов Pb²⁺ и 1 моль ионов SO4^2-,}

_{[Pb²⁺] = s, а [SO4^2-] = s.}

_{Для произведения растворимости имеем}

_{ПР = [Pb²⁺][SO4^2-] = ss = s²}

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

_{ПР = [Pb²⁺][SO4^2-] = ss = s² = (1,510^-3)² = 2,2410^-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:}

_{1 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}

_{1 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, H2/0,01 М 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 цо = 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 = 96 500Кл/моль — постоянная Фарадея.}

_{Уравнение Нернста для водородного электрода при t = 25 °C имеет вид:}

_{цH2/2H⁺ = 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.}

_{цH2/2H⁺ = 0,059· lg0,01 = -0,118 В}

_{б) Pt, H2/0,01 М HNO3}

_{Концентрация ионов водорода, согласно уравнению диссоциации HNO3 > H⁺ + NO3 ^- составит c (H⁺) = 0,01 моль/л}

_{цH2/2H⁺ = 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⁺ + SO4^{2 -} составит c (H⁺) = 0,01 моль/л.}

_{цH2/2H⁺ = 0,059· lg0,01 = -0,118 В}

_{г) Pt, Н2 /раствор с рН = 3}

_{цH2/2H⁺ = 0,059· lg [c (H⁺)]}

_{учитывая, что рН = - lg [c (H⁺)]}

_{цH2/2H⁺ = - 0,059· 3 = -0,177 В}

_{д) Pt, H2/раствор с рОН=5}

_{цH2/2H⁺ = 0,059· lg [c (H⁺)]}

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

_{цH2/2H⁺ = - 0,059· 9 = -0,531 В}

_{e) Pt, H2/H2O}

_{Для воды рН = 7}

_{цH2/2H⁺ = - 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 — 2з + 2 H2O = Zn (OН)2 + 2Н⁺ — процесс окисления}

_{Fe (+): 1 О2 + 4з + 2 H2O = 4 OH- - процесс восстановления}

_{2 Zn + О2 + 4H2O = 2 Zn (OН)2}

_{ЕДС = цк — ца = -0,46 — (-0,81) = 0,35 В}

_{ДG = - zFЕДС = -2 965 000,35 = -67,55 кДж/моль}

_{F — постоянная Фарадея (96 500 Кл/моль).}

_{ДG>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 — 2з + 2 H2O = Fe (OН)2 + 2Н⁺ — процесс окисления}

_{Sn (+): 1 О2 + 4з + 2 H2O = 4 OH- - процесс восстановления}

_{2 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.}

_{30. 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}

_{Fe (OH)3 + 3Н⁺ + 3Cl^- = Fe³⁺ + 3Cl^- + 3Н2О}

_{Fe (OH)3 + 3Н⁺ = Fe³⁺ + 3Н2О}

_{б) Cd²⁺+ 2ОН^- = Cd (OH)2;}

_{CdCl2 + 2NaOH = Cd (OH)2 + 2NaCl}

_{Cd²⁺ + 2Cl^- + 2Na⁺ + 2OH^- = Cd (OH)2 + 2Na⁺ + 2Cl^-}

_{Cd²⁺+ 2ОН^- = Cd (OH)2}

_{в) Н⁺ + NO2^- = HNO2}

_{HCl + NaNO2 = HNO2 + NaCl}

_{H⁺ + 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:}

_{Na3PO4 — соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой, подвергается гидролизу по аниону. Реакция среды щелочная (pH > 7).}

_{Iст. Na3PO4 + H2O Na2HPO4 + NaOH}

_{3Na⁺ + PO4^3- + НОН 2Na⁺ + HPO4^2- + Na⁺ + ОН^-}

_{3Na⁺ + PO4^3- + НОН 2Na⁺ + HPO4^2- + Na⁺ + ОН^-}

_{PO4^3- + НОН HPO4^2- + ОН ^- (избыток ионов ОН^-)}

_{IIст. Na2HPO4 + НОН NaН2РО4 + NaОН}

_{2Na⁺ + HPO4^2- + НОН 2Na⁺ + Н2РО4^- + ОН^-}

_{HPO4^2- + H2O H2PO4^- + OH^-}

_{IIIст. NaH2PO4 + НОН Н3РО4 + NaОН}

_{Na⁺ + H2PO4^- + НОН Н3РО4 + Na⁺ + ОН^-}

_{H2PO4^- + H2O H3PO4 + OH^-}

_{Гидролиз протекает преимущественно по первой ступени.}

_{K2S — соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой, подвергается гидролизу по аниону. Реакция среды щелочная (рН > 7).}

_{Iст. К2S + HOH КHS + КOH}

_{2К⁺ + S^2- + HOH К⁺ + HS^- + К⁺ + OH-}

_{S^2- + HOH HS^- + OH-}

_{IIст. 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}

_{2Cu²⁺ + 2SO4^2- + 2HOH 2 (CuOH)⁺ + SO4^2- + 2H⁺ + SO4^2-}

_{2Cu²⁺ + 2HOH 2 (CuOH)⁺ + 2H⁺}

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

_{2 (CuOH)⁺ + SO4^2- + 2HOH 2Cu (OH)2 + 2H⁺ + SO4^2-}

_{2 (CuOH)⁺ + 2HOH 2Cu (OH)2 + 2H⁺}