Выполнение проверочного задания по общей и неорганической химии

 

Задание 2
1) Вычислите: а) молярную; б) нормальную; в) моляльную концентрации и титр 40%-ного раствора HNO3, плотность раствора 1,251 г/см3
2) При какой температуре будет кипеть и замерзать 40%-ный водный раствор глицерина СЗН8OЗ? К = 1‚86; Е = 0‚52. 
3) Концентрация ионов водорода в растворах: [H+] = 10-3; 10-6; 10-12 молъ/л. Определите pH и концентрацию гидроксид-ионов в этих растворах. Укажите характер среды. 
4) Напишите ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия между водными растворами следующих веществ: а) CaSO4 и Na3PO4; б)Na2S и Pb(NO3)2; в) Na2CO3 и Ca(HCO3)2.
5) Вода, содержащая только гидрокарбонат магния, имеет жесткость 6.0 мэкв/л. Какая масса гидрокарбоната магния содержится в 5 м3 воды? Напишите уравнения реакции для устранения жесткости этой воды.
Решение:

1. Вычисление концентраций и титра раствора HNO3

w% = 40%;
M(HNO3) = 63 г/моль;
p(p-pa) = 1,251 г/см3.

Рассчитаем массу 40%-ного раствора HNO3 плотностью раствора 1,251 г/см3, получим:

m(p-pa) = V9p-pa) . p(p-pa) = 1000 . 1,251 = 1251 г = 1,251 кг.

Определим массу HNO3 в растворе, получим:

m(HNO3) = [m(p-pa) . w%]/100% = 1251 . 40/100% = 500,4 г = 0,5004 кг.

а) Расчет молярной концентрации 40%-ного раствора HNO3

Молярная концентрация показывает количество моль вещества в 1 л его раствора, получим:

СМ = n(HNO3) = m(HNO3)/M(HNO3) = 500,4/63 = 7,94 моль/л или 7,94М. 

б) Расчет нормальности 40%-ного раствора HNO3

Нормальность раствора показывает количество эквивалентов вещества в 1 л его раствора, получим:

Учитывая, что азотная кислота одноосновная, то СМ = СН

CH = СМ = m(HNO3) г/M(HNO3) г/моль . 1 л = 7,94 моль/л или 7,94Н.

в) Расчет моляльной концентрации 40%-ного раствора HNO3

Моляльная концентрация — это число молей растворенного вещества в 1 кг растворителя.

Моляльность m = (7,94 моль)/(1,251 кг –0,5004 кг) = (7,94 моль)/0.7506 кг = 10,58 моль/кг воды.

в) Расчет титра раствора HNO3, получим:

Титр раствора — число граммов растворённого вещества на 1 см3 раствора.

Тогда 

Т = m(HNO3)/1000 = 500,4/1000 = 0,5004 г/см3.
 


2. Определение температуры кипения и замерзания 40%-ного водного раствор глицерина

М(СЗН8OЗ) = 92 г/моль.

а) Расчет температуры кипения глицерина

По закону Рауля раствор закипает при более высокой температуре, так как концентрация молекул растворителя в нём всегда ниже, чем в чистом растворителе, и давление насыщенного пара раствора достигает атмосферного при более высокой температуре. Выражается это уравнением:

понижение температуры замерзания раствора

Е – эбулиоскопическая константа; m1 – масса растворённого вещества, 40 г; m2 – масса растворителя, 60 г; М – молярная масса растворённого вещества, 92 г/моль; ∆tк – понижение температуры кипения раствора.

Повышение температуры кипения раствора глицерина:

∆tк = (0,52 . 40 . 1000)/(92 . 60) = 20800/5520 = 3,77.

Следовательно, температура кипения раствора t(ра-ра) = t(ра-ля) +∆tк = 3,77 + 100 = 103,77 oС.

Ответ: 103,77 oС.

б) Расчет температуры замерзания глицерина

понижение температуры замерзания раствора

К – криоскопическая константа; m1 – масса растворённого вещества, 40 г; m2 – масса растворителя, 60 г; М – молярная масса растворённого вещества, 92 г/моль; ∆tз – понижение температуры замерзания раствора.

Понижение температуры замерзания раствора глицерина:

∆tз = (1,86 . 40 . 1000)/(92 . 60) = 74400/5520 = 13,48.

Следовательно, температура замерзания раствора t(ра-ра) = t(ра-ля) + ∆tз = 0 + 13,48 = -13,48 oС.

Ответ: -13,48 oС.
 


3. Определениее pH и концентрации гидроксид-ионов в растворах    

а) Определите pH и концентрацию гидроксид-ионов, если концентрация ионов водорода в растворах составляет 1 . 10-3 молъ/л, получим:

pH = -lg[H+] = -lg1 . 10-3 = 3 - lg1 = 3 - 0 = 3.

Из соотношения: pH + pOH = 14

Находим:

pOH = 14 - рН = 14 - 3 = 11

Концентрация гидроксид-ионов:

рОН = -lg[OH];  [OH] = -lgрОН = -lg11 = 1 . 10-11 молъ/л.

Ответ: рН = 3; [OH] = 1 . 10-11 молъ/л.

б) Определите pH и концентрацию гидроксид-ионов, если концентрация ионов водорода в растворах составляет 1 . 10-6 молъ/л, получим:

pH = -lg[H+] = -lg1 . 10-6 = 6 - lg1 = 6 - 0 = 6.

Из соотношения: pH + pOH = 14

Находим:

pOH = 14 - рН = 14 - 6 = 8

Концентрация гидроксид-ионов:

рОН = -lg[OH];  [OH] = -lgрОН = -lg8 = 1 . 10-8 молъ/л.

Ответ: рН = 6; [OH] = 1 . 10-8 молъ/л.

в) Определите pH и концентрацию гидроксид-ионов, если концентрация ионов водорода в растворах составляет 1 * 10-12 молъ/л, получим:

pH = -lg[H+] = -lg1 . 10-12 = 12 - lg1 = 12 - 0 = 12.

Из соотношения: pH + pOH = 14

Находим:

pOH = 14 - рН = 14 - 12 = 2

Концентрация гидроксид-ионов:

рОН = -lg[OH];  [OH] = -lgрОН = -lg2 = 1 . 10-2 молъ/л.

Ответ: рН = 12; [OH] = 1 . 10-2 молъ/л.
 


4. Ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия между водными растворами следующих веществ: а) CaSO4 и Na3PO4; б)Na2S и Pb(NO3)2; в) Na2CO3 и Ca(HCO3)2.

а) CaSO4 и Na3PO4

3CaSO4  +  2Na3PO4 = Са3(РО4)2↓  + 3Na2SO4 - (молекулярная форма);
3Ca2+  + 3SO42- + 6Na+ + 2PO43- = Са3(РО4)2↓  + 6Na+ + 3SO42- - (ионно-молекулярная форма);
3Ca2+  + 2PO43- = Са3(РО4)2↓ - (сокращенная ионно-молекулярная форма).

б) Na2S и Pb(NO3)2

Na2S +  Pb(NO3)2 = PbS↓ + 2NaNO3 - (молекулярная форма);
2Na+ + S2- + Pb2+ + 2NO3- = PbS↓ + 2Na+ + 2NO3- - (ионно-молекулярная форма);
Pb2+ + S2- = PbS↓ - (сокращенная ионно-молекулярная форма).

в) Na2CO3 и Ca(HCO3)2

Na2CO3 + Ca(HCO3)2 = CaCO3↓ + 2NaHCO3 - (молекулярная форма);
2Na+ + CO32- + Ca2+ + 2HCO3- = CaCO3↓ + 2Na+ + 2HCO3- - (ионно-молекулярная форма);
Ca2+ + CO32- = CaCO3↓ - (сокращенная ионно-молекулярная форма).
 


5. Расчет гидрокарбоната магния в воде. Устранение жесткости воды

а) Расчет массы гидрокарбоната магния в 5 м3 воды

Молярная масса эквивалента Mg(HCO3)2 = M/2 = 146,34 г/моль/2 = 73,17 г/моль. Массу гидрокарбоната магния, содержащуюся в воде находим из формулы: 

Ж = m(В)/[MЭ(В).V], где

m – масса вещества В, обуславливающая жёсткость воды, мг; MЭ(В) – молярная масса эквивалента вещества В, мг/моль; V – объём воды, л.

Отсюда

m(В) = Ж . MЭ(В) . V; m[Mg(HCO3)2] = 6 . 73,17 . 5000 = 2195100 мг или 2195,1 г.

Ответ: m[Mg(HCO3)2] = 2195,1 г.

б) Уравнения реакции для устранения жесткости воды

Карбонатную («временную») жёсткость можно устранить введением ионов ОН. Обычно используют Са(ОН)2 или Na2CO3:

Mg(НСО3)2 + Na2CO3 = MgCO3↓ + 2NaHCO3;
Mg(НСО3)2 + Са(ОН)2 = MgCO3↓ + СаСО3↓ + 2Н2О