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 С_ЗН₈O_З? 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:

С_М = 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 С_М = С_Н

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

---

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

М(С_ЗН₈O_З) = 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:

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

Повышение температуры кипения раствора глицерина:

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

Следовательно, температура кипения раствора:

t_(ра-ра) = t(ра-ля) +∆t_к = 3,77 + 100 = 103,77 ^oС.

Ответ: 103,77 ^oС.

б) Расчет температуры замерзания глицерина

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

Понижение температуры замерзания раствора глицерина:

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

Следовательно, температура замерзания раствора:

t_(ра-ра) = t_(ра-ля) + ∆t_з = 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⁺  + 3SO₄^2- + 6Na⁺ + 2PO₄^3- = Са₃(РО₄)₂↓  + 6Na⁺ + 3SO₄^2- - (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⁺ + S^2- + Pb²⁺ + 2NO₃^- = PbS↓ + 2Na⁺ + 2NO₃^- - (ионно-молекулярная форма);
Pb²⁺ + S^2- = PbS↓ - (сокращенная ионно-молекулярная форма).

в) Na₂CO₃ и Ca(HCO₃)₂

Na₂CO₃ + Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃↓ + 2NaHCO₃ - (молекулярная форма);
2Na⁺ + CO₃^2- + Ca²⁺ + 2HCO₃^- = CaCO₃↓ + 2Na⁺ + 2HCO₃^- - (ионно-молекулярная форма);
Ca²⁺ + CO₃^2- = 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)/[M_Э(В)^.V], где

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

Отсюда

m(В) = Ж ^. M_Э(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

 

---