Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Решение типовых задач. Задача 1. Рассчитать объёмы растворов 0,5 М уксусной кислоты и 0,2 М ацетата натрия, необходимые для приготовления 10 мл буферного раствора с рН = 3,2.
|
|
Задача 1. Рассчитать объёмы растворов 0, 5 М уксусной кислоты и 0, 2 М ацетата натрия, необходимые для приготовления 10 мл буферного раствора с рН = 3, 2.
Решение: Расчет ведется по уравнению
| Vсопр. осн. · Ссопр. осн. рН = рКа + lg ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾, Vк. · С к. |
где рКа - показатель кислотности уксусной кислоты, равный 4, 756,
Vк. и Ск. - соответственно объём и концентрация раствора уксусной кислоты,
Vсопр. осн. и Ссопр. осн. - соответственно объём и концентрация раствора сопряжённого основания (в данном случае - СН3СООNа).
| Vсопр. осн. · Ссопр. осн. lg ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ = рН - рКа Vк. · Ск. |
Решаем уравнение относительно объёмов:
Примем объём раствора СН3СООН, необходимый для приготовления 10 мл буферного раствора, за х мл. Тогда объём раствора ацетата натрия будет равен 10 - х мл. Отсюда
| (10 – х)´ 0, 2 lg ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ = 3, 2 – 4, 74 = -1, 556; 0, 5 х |
| (10 – х)´ 0, 2 ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ = 10-1, 556» 0, 028; 0, 5 х |
2 – 0, 2 х = 0, 028´ 0, 5х = 0, 014х; 0, 214 х = 2;
х = 2/0, 214» 9, 34 мл (объём 0, 2 М СН3СООН);
10 – х = 0, 66 мл (объём 0, 2 М СН3СООNa).
| (-) Zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu (+) C = 0, 5 M C = 1 M |
Задача 2. Рассчитать электродные потенциалы, электродвижущую силу, изменение энергии Гиббса и константу равновесия реакции, протекающей в гальваническом элементе
при замыкании цепи. Указать катод и анод. Т = 25оС.
Решение: Потенциалы электродов ЕМеn+/Ме рассчитаем по уравнению Нернста:
| RT 0, 059 ЕМе n+/Ме = ЕоМе n+/Ме + ¾ ¾ ¾ ln aMen+ = ЕоМе n+/Ме + ¾ ¾ ¾ lg aMen+, nF n |
где ЕоМеn+/Ме – стандартный электродный потенциал;
aMen+ – активность ионов, участвующих в электродной реакции.
Коэффициенты активности g и стандартные электродные потенциалы ЕоМеn+/Ме возьмем в справочнике:
аCu2+ = gCu2+CCu2+ = 0, 043´ 1 = 0, 043 моль/л; ЕоCu2+/Cu = +0, 337 В;
аZn2+ = g Zn+CZn+ = 0, 063´ 0, 5 = 0, 0315; ЕоZn2+/Zn = -0, 763 В.
Подставляем данные:
| 0, 059 ЕСu2+/Cu = +0, 337 + ¾ ¾ ¾ lg 0, 043 = +0, 297 В (E+); |
| 0, 059 ЕZn2+/Zn = -0, 763 + ¾ ¾ ¾ lg 0, 0315 = –0, 807 В (E–). |
ЭДС элемента равна разности потенциалов более положительного и более отрицательного электродов:
Е = Е+ – Е–,
то есть в данном случае:
Е = ЕCu2+/Cu - EZn2+/Zn = +0, 297 - (-0, 807) = 1, 104 B.
В гальваническом элементе катод заряжен положительно, а анод - отрицательно, значит, катодом является медный электрод, а анодом - цинковый. На катоде при замыкании цепи идет реакция восстановления меди, на аноде - реакция окисления цинка.
Зная ЭДС, можно рассчитать изменение энергии Гиббса в ходе реакции: DGо = - nFE, где n - число электронов, участвующих в реакции, F - число Фарадея.
Подставляем значения:
DGо = -2 ´ 96500 ´ 1, 104 = -212300 Дж/моль.
Так как DGо < 0, равновесие в реакции
Zno + Cu2+ = Zn2+ + Cuo
будет смещено вправо. По величине DGо можно вычислить константу равновесия реакции (так как в реакции не участвуют газообразные вещества, то Kp = Kc):
| DGо -212300 lnKp = lnKc = – ¾ ¾ = - ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ = 85, 6887. RT 8, 314´ 298 |
Отсюда Кр = Кс = е85, 6887 = 1, 64´ 1037.
Задача 3. ЭДС элемента, составленного из водородного и нормального хлоридсеребряного электродов, при 25оС равна 0, 300 В. Рассчитать рН раствора, с которым контактирует водородный электрод и активность ионов водорода в нём.
Решение: Поскольку потенциал хлоридсеребряного электрода ЕХСЭ равен +0, 222 В, а потенциал водородного электрода ЕВЭ близок нулю и Е = Е+ - Е-, можно записать:
Е = ЕХСЭ - ЕВЭ.
Помня, что ЕоВЭ = 0 и значит ЕВЭ = 0, 059 lg aH+ = -0, 059 pH, получаем
Е = ЕХСЭ + 0, 059 рН,
| Е - ЕХСЭ 0, 300 - 0, 222 рН = ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ = ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ = 1, 32; 0, 059 0, 059 |
откуда
и аН+ = 10-рН = 10-1, 32 = 0, 0479 моль/л.
Задача 4. Рассчитать растворимость и произведение растворимости AgI при 25оС, если электродвижущая сила элемента, составленного из двух серебряных электродов, погруженных соответственно в насыщенный раствор иодида серебра и в раствор AgNO3 c активностью 1 моль/л, равна 0, 4535 В.
| Е = Е+ - Е- = ЕоAg+/Ag + 0, 0591 lg aAg+ (1) - (ЕоAg+/Ag + 0, 0591 lg aAg+ (2)). |
Решение: В случае концентрационного элемента, которым является элемент, описанный в условии,
Отсюда получаем
| aAg+ (1) Е = 0, 0591 lg ¾ ¾ ¾ = 0, 4535. aAg+ (2) |
Индекс 1 в данном случае относится к более положительному электроду, контактирующему с раствором AgNO3, индекс 2 - к более отрицательному, погруженному в насыщенный раствор AgI. Так как коэффициент активности g 1М AgNO3 равен 0, 429, то aAg+ (1) = 0, 429´ 1 = 0, 429. Решаем уравнение относительно искомой концентрации, которая в очень разбавленном растворе практически совпадает с активностью:
lg [aAg+ (1)/ aAg+ (2)] = 0, 4535/0, 0591 = 7, 6734;
0, 429/aAg+ (2) = 107, 6734 = 4, 7141´ 107;
aAg+ (2) = 0, 429/4, 7141´ 107 = 9, 1´ 10-9 моль/л.
Произведение растворимости AgI при этом будет равно
ПР = aAg+ ´ аI = (9, 1´ 10-9)2 = 8, 3´ 10-17.