Кислотно-основное равновесие и кислотно-основное титрование

Типовые задачи

Химическое равновесие

1. Рассчитайте активности ионов калия и сульфата в 0,0200 М растворе сульфата калия.

2. Термодинамическая константа диссоциации азотистой кислоты равна 6,2^.10^-4. Рассчитайте реальную константу диссоциации кислоты в растворе с ионной силой 0,10.

3. Рассчитайте равновесную концентрацию сульфит-иона в 0,0500 М растворе сульфита калия при pH 7,00.

Для H₂SO₃: = 1,4^.10^-2, = 6,2^.10^-8

4. При каком pH равновесная концентрация карбонат-иона в 0,0100 М растворе карбоната натрия равна 0,0080 М?

Для H₂CO₃: = 4,5×10^-7, = 4,8×10^-11

5. Рассчитайте общую концентрацию оксалата натрия, обеспечивающую равновесную концентрацию оксалат-иона 2.10^{-3 М при} pH 3,00.

Для H₂C₂O₄: = 5,6×10^-2, = 5,4×10^-5

6. Рассчитайте долю хрома в виде Cr₂O₇^2-, если в водном растворе бихромата калия сосуществуют следующие формы:

[CrO₄^2-] = 2,0×10^-2M, [HCrO₄^-] = 5,0×10^-2M, [H₂CrO₄] = 5,0×10^-2M,

[Cr₂O₇^2-] = 3,6×10^-1M, [HCr₂O₇^-] = 8,0×10^-2M.

 

Кислотно-основное равновесие и кислотно-основное титрование

1. Рассчитайте pH раствора, полученного смешением 20,0 мл 0,0500 М HCl и 20,0 мл раствора, в котором [HCO₃^-] = 0,1000 моль/л.

Для H₂CO₃: = 4,5×10^-7, = 4,8×10^-11.

2. Каков состав карбонатного буфера, способного обеспечить постоянство pH = 10,00±0,05 при добавлении к 200,0 мл его 0,0050 моль сильного основания или кислоты?

Для H₂CO₃: = 4,5×10^-7, = 4,8×10^-11.

3. Сколько граммов твердого формиата натрия следует добавить к 0,200 л безводной муравьиной кислоты (pK_SH = 6,7), чтобы pH полученного раствора составил 5,0? Ионную силу не учитывать.

4. Вычислить интервал изменения pH буферного раствора 0,4000 М по NaHCO₃ и 0,5000 М по Na₂CO₃, если к 100,0 мл его добавить:

а) 10,00 ммоль HCl; б) 40,00 ммоль NaOH.

Для H₂CO₃: = 4,5×10^-7, = 4,8×10^-11.

5. Напишите уравнение кислотно-основного равновесия для пиридина C₅H₅N в ледяной уксусной кислоте. Рассчитайте рН 0,0100 М раствора, приняв g =1. Для C₅H₅N: = 7,9×10^-7, для CH₃COOH: K_SH = 3,5×10^-15.

6. Рассчитайте pH 1,000 М раствора мочевины. = 1,5×10^-14

7. Навеску 0,1285 г Na₂CO₃ растворили в воде, добавив 25,00 мл 0,2034 М раствора HCl, избыток кислоты оттитровали 23,42 мл 0,1256 М раствора NaOH. Найти массовую долю примесей в соде. Мол.масса Na₂CO₃ - 106,0.

8. На титрование раствора NaOH, содержащего 4% Na₂CO₃, в присутствии метилового оранжевого (рТ=4,0) израсходовали 25,00 мл стандартного раствора HCl. Какой объем титранта пойдет на титрование этого же раствора NaOH в присутствии фенолфталеина (рТ=9,0)?

Для H₂CO₃: = 4,5×10^-7, = 4,8×10^-11.

9. При титровании 0,0100 М раствора HCl 0,0100 М NaOH использовали индикаторы фенолфталеин (рТ=9,0) и метиловый оранжевый (рТ=4,0). Покажите расчетами, какой из индикаторов использовать целесообразнее.

10. Какой индикатор даст возможность оттитровать 0,1000 М раствор NH₃ 0,1000 М раствором HCl с меньшей погрешностью: метиловый оранжевый (рТ=4,0) или метиловый красный (рТ=5,0)? Подтвердите расчетами индикаторных погрешностей. Для NH₃: = 1,76×10^-5

11. Титруют 0,1000 М раствор Na₂B₄O₇ 0,2000 М раствором HCl. Рассчитайте: а) величину скачка титрования, если относительная погрешность измерения объема составляет ±0,1%; б) индикаторную погрешность с бромтимоловым синим (рТ=7,3).

Для : = 7,1×10^-10.

 

Экстракция

1. Раствор 2-нитрозо-1-нафтола (HL) в CHCl₃ неизвестной концентрации встряхнули с равным объемом боратного буферного раствора с pH 8. Концентрация HL в водной фазе после достижения равновесия составила 5,67×10^{-4 М. Растворимость} HL в воде (S_H2O) 8,4×10^{-4 М, а в} CHCl₃ (S_CHCl3) - 9,6×10^{-2 М. Рассчитайте исходную концентрацию} HL в CHCl₃, если
pK_{a, HL} - 7,24.

2. Изучено распределение кислоты НА между равными объемами воды и нитробензола. Константа распределения кислоты равна 10³, а коэффициент распределения при рН 6 - 10². Рассчитайте константу диссоциации кислоты (К_a,HA). Нарисуйте кривую распределения кислоты и укажите интервал рН, в котором константа распределения равна коэффициенту распределения.

3. Какой общий объем растворителя (CHCl₃) необходим для понижения концентрации вещества Х до 1×10^{-4 М, если 25 мл 0,05 М раствора Х проэкстрагировали порциями растворителя по 10 мл. Коэффициент распределения Х равен 35.}

4. Ион Zn²⁺ (c_Zn2+= 1×10^{-4 M}) экстрагируется на 20% в виде хелата Zn(Ox)₂ при pH 3 с помощью равного объема 0,1 М раствора 8-оксихинолина (Ох) в хлороформе. Рассчитайте pH, при котором в тех же условиях ион цинка будет экстрагироваться на 96%.

5. Ионы Co²⁺ экстрагируются раствором 8-оксихинолина (НОх) в CHCl₃ в виде комплекса Co(Ox)₂(HOx)₂. Напишите уравнение реакции и выражение для константы экстракции. Изобразите зависимость lgD - lg[HOx] при pH = const. Какую информацию и как можно получить из этой зависимости?

Потенциометрия

1. При каком потенциале катода (относительно НКЭ) концентрация HgBr₄^2– снизится до 1×10^‑6 М, если до начала электролиза раствор содержал 0,01 М Hg²⁺ и 0,25 М KBr?

= 0,854 В; E_НКЭ = 0,242 В; b₄ = 4,4×10²¹, t = 25° C.

2. ЭДС гальванического элемента

H₂(1атм.), Pt ½ HA (0,150 M), NaA (0,250 M) ½½ СВЭ

при 20° С равна 0,310 В. Рассчитайте величину К_а {HA}.

3. Напишите уравнение для зависимости потенциала стеклянного электрода от pH и рассчитайте значение потенциала в буферном растворе с pH 5,0 относительно хлоридсеребряного электрода сравнения.

const = 0,350 B, = 0,222 В, t = 25° C.

4. Величина равна 3^.10^-3. Рассчитайте допустимую концентрацию натрия, при которой погрешность определения 1^.10^{-4 М не превышает 1%.}

5. Потенциал Ca-селективного электрода в 20,00 мл пробы при 30° С равен 20 мВ. После добавки 0,20 мл 0,1000 М раствора Ca²⁺ он стал равным 35 мВ. Крутизна электродной функции на 2 мВ ниже теоретической. Сколько мг кальция содержится в пробе? Мол.масса Ca 40,08.

6. Потенциал F-селективного электрода в 0,01 М NaF при 25° С равен
100 мВ, а в растворе, содержащем 0,01 М NaF и 0,01 М Na₂SiO₃, 93 мВ. Вычислите , пренебрегая ионной силой.

1. По результатам измерения потенциала Mg-селективного электрода в растворах 1, 2 и 3 и данным, приведенным в таблице, рассчитайте активность ионов магния в растворе 3. Все измерения проведены при температуре 25° C.

Раствор	c MgCl2	c KCl	E, мВ	I	g
	0,1	‑		0,3	Mg2+ 0,42
	0,01	0,1		0,16	K+ 0,805 Mg2+ 0,430
	?	0,09 (активность)		‑

 

Вольтамперометрия

1. Волна восстановления CrO₄^2– до Cr³⁺ имеет E_1/2 = –0,3 В, а волна восстановления Cr³⁺ до Cr(0) –1,4 В. На полярограмме сточной воды предельный ток при –0,7 В равен 10,5 мкА, а при –0,8 В, 42,0 мкА. Каково соотношение концентраций CrO₄^2–и Cr³⁺ в анализируемой воде (D_CrO42–= D_Cr(3+))? Нарисуйте полярограмму.

2. Предельный диффузионный ток в 2×10^‑3 М растворе Cd²⁺ равен 8,10 мкА. Из капилляра за 1 мин вытекает 15 капель ртути, а масса 25 капель равна 0,100 г. Рассчитайте коэффициент диффузии Cd²⁺ в этих условиях.

3. Предельный диффузионный ток восстановления 0,004 М TeO₃^2– на р.к.э равен 61,9 мкА. Масса 20 капель ртути, вытекающих за 63 с, равна 0,0945 г. Коэффициент диффузии TeO₃^2– 7,5×10^–6 см²с^–1. Используя эти данные, напишите уравнение электродной реакции.

4. Для определения свинца в производственных растворах использовали метод переменно-токовой полярографии. Высота пика свинца на полярогамме 75 мм. После добавки 0,5 мл стандартного раствора свинца высота пика возросла до 163 мм. Объем анализируемого раствора в ячейке 10,0 мл. На полярограмме фона (0,1 М KNO₃) наблюдается пик высотой 11 мм. Сколько мкг свинца содержится в 1 л раствора?

Мол. масса Pb 207,2.

Кулонометрия

1. На титрование 25,00 мл K₂Cr₂O₇ электрогенерированными ионами Fe²⁺ из Fe³⁺ затрачено 1800 с при силе тока 200 мА. Рассчитайте концентрацию K₂Cr₂O₇ (М). Напишите уравнения реакций титрования и генерации титранта.

2. На колбе с раствором стерлась надпись. Это мог быть раствор соли Mg²⁺ или Al³⁺ с концентрацией 30 мкг/мл. Из 5,0 мл раствора ион металла осадили 8-оксихинолином, осадок промыли, растворили в HCl и 8-оксихинолин оттитровали электрогенерированным Br₂, затратив
5 мин 22 с при I= 20 мА. Выход по току 100%. Какой это раствор?

Мол. масса: Al - 26,98; Mg - 24,32.

3. На титрование 8,10 мг I^‑ электрогенерированными ионами MnO₄^‑ затрачено 5 мин при силе тока 25 мА. Рассчитайте выход по току. Мол. масса I - 126,9.

4. Растворили 1,06 г руды, содержащей кадмий и при –0,95 В выделили его на ртутном катоде. За время электролиза в водородно-кислородном кулонометре выделилось 44,6 мл газа при 21,0°С и 773 мм рт.ст. Рассчитайте содержание (%) металла в руде.

 

Хроматографические методы анализа

1. На хроматограмме получены пики при 0,84 мин (неудерживаемый компонент A), при 10,60 мин (компонент B) и 11,08 мин (компонент C). Ширина пиков B и C соответствует 0,56 и 0,59 мин соответственно. Длина колонки - 28,3 см, объем стационарной фазы -12,3 мл, подвижной фазы - 17,6 мл. Рассчитайте: а) число теоретических тарелок колонки; б) высоту, эквивалентную теоретической тарелке, и укажите, что характеризует эта величина; в) коэффициент удерживания для компонентов B и C; г) коэффициенты распределения компонентов B и C; д) коэффициент селективности и разрешение пиков компонентов B и C. Нарисуйте хроматограмму.

2. При разделении на хроматографической колонке с объемом неподвижной фазы 1,5 мл и объемом удерживания неудерживаемого компонента 2,5 мл, соединения А и В имеют коэффициенты распределения 5,0 и 15,0 соответственно. Эффективность колонки - 20 теоретических тарелок. Рассчитайте, будет ли полным разделение веществ А и В. Какова должна быть эффективность колонки, чтобы получить 6s-разделение компонентов А и В?

3. Стандартные отклонения хроматографического пика, связанные с некоторыми факторами размывания, составляют 0,0041; 0,0011; 0,0091 и 0,0470 см. Вычислите: а) стандартное отклонение ширины пика;
б) эффективность колонки (Н, мкм) длиной 15 см; в) число теоретических тарелок, необходимое для 4s-разделения двух веществ, если коэффициент селективности равен 1,03.

4. Определите удерживаемый объем н-пентанола, если при 77°С и скорости потока газа-носителя 90 мл/мин на сорбенте Chromaton N AW DMCS, покрытом Carbowax 1500, получены следующие времена удерживания спиртов: метанол - 72,3 с; этанол - 126 с; бутанол - 509 с. Пик неудерживаемого компонента появляется на хроматограмме через
30 с.

5. Рассчитайте содержание (% масс.) гексана, гептана, октана и нонана в смеси по следующим данным:

Углеводород	гексан	гептан	октан	нонан
S, см2
Ki	0,70	0,72	0,75	0,80

2. Проведен газохроматографический анализ очищенного продукта на содержание толуола. В качестве внутреннего стандарта использовали трет-бутилбензол (трет-ББ). Вначале провели анализ стандартной смеси, содержащей по 0,050 % масс. толуола и трет-ББ, и получили хроматографические пики высотой 4,70 и 4.20 см соответственно. При анализе продукта ввели 0,045% масс. стандарта и получили хроматограмму, на которой высоты пиков толуола и трет-ББ составили 5.21 и 4.11 см соответственно. Каково содержание толуола (% масс.) в пробе?

 

Типовые задачи

Химическое равновесие

1. Рассчитайте активности ионов калия и сульфата в 0,0200 М растворе сульфата калия.

2. Термодинамическая константа диссоциации азотистой кислоты равна 6,2^.10^-4. Рассчитайте реальную константу диссоциации кислоты в растворе с ионной силой 0,10.

3. Рассчитайте равновесную концентрацию сульфит-иона в 0,0500 М растворе сульфита калия при pH 7,00.

Для H₂SO₃: = 1,4^.10^-2, = 6,2^.10^-8

4. При каком pH равновесная концентрация карбонат-иона в 0,0100 М растворе карбоната натрия равна 0,0080 М?

Для H₂CO₃: = 4,5×10^-7, = 4,8×10^-11

5. Рассчитайте общую концентрацию оксалата натрия, обеспечивающую равновесную концентрацию оксалат-иона 2.10^{-3 М при} pH 3,00.

Для H₂C₂O₄: = 5,6×10^-2, = 5,4×10^-5

6. Рассчитайте долю хрома в виде Cr₂O₇^2-, если в водном растворе бихромата калия сосуществуют следующие формы:

[CrO₄^2-] = 2,0×10^-2M, [HCrO₄^-] = 5,0×10^-2M, [H₂CrO₄] = 5,0×10^-2M,

[Cr₂O₇^2-] = 3,6×10^-1M, [HCr₂O₇^-] = 8,0×10^-2M.

 

Кислотно-основное равновесие и кислотно-основное титрование

1. Рассчитайте pH раствора, полученного смешением 20,0 мл 0,0500 М HCl и 20,0 мл раствора, в котором [HCO₃^-] = 0,1000 моль/л.

Для H₂CO₃: = 4,5×10^-7, = 4,8×10^-11.

2. Каков состав карбонатного буфера, способного обеспечить постоянство pH = 10,00±0,05 при добавлении к 200,0 мл его 0,0050 моль сильного основания или кислоты?

Для H₂CO₃: = 4,5×10^-7, = 4,8×10^-11.

3. Сколько граммов твердого формиата натрия следует добавить к 0,200 л безводной муравьиной кислоты (pK_SH = 6,7), чтобы pH полученного раствора составил 5,0? Ионную силу не учитывать.

4. Вычислить интервал изменения pH буферного раствора 0,4000 М по NaHCO₃ и 0,5000 М по Na₂CO₃, если к 100,0 мл его добавить:

а) 10,00 ммоль HCl; б) 40,00 ммоль NaOH.

Для H₂CO₃: = 4,5×10^-7, = 4,8×10^-11.

5. Напишите уравнение кислотно-основного равновесия для пиридина C₅H₅N в ледяной уксусной кислоте. Рассчитайте рН 0,0100 М раствора, приняв g =1. Для C₅H₅N: = 7,9×10^-7, для CH₃COOH: K_SH = 3,5×10^-15.

6. Рассчитайте pH 1,000 М раствора мочевины. = 1,5×10^-14

7. Навеску 0,1285 г Na₂CO₃ растворили в воде, добавив 25,00 мл 0,2034 М раствора HCl, избыток кислоты оттитровали 23,42 мл 0,1256 М раствора NaOH. Найти массовую долю примесей в соде. Мол.масса Na₂CO₃ - 106,0.

8. На титрование раствора NaOH, содержащего 4% Na₂CO₃, в присутствии метилового оранжевого (рТ=4,0) израсходовали 25,00 мл стандартного раствора HCl. Какой объем титранта пойдет на титрование этого же раствора NaOH в присутствии фенолфталеина (рТ=9,0)?

Для H₂CO₃: = 4,5×10^-7, = 4,8×10^-11.

9. При титровании 0,0100 М раствора HCl 0,0100 М NaOH использовали индикаторы фенолфталеин (рТ=9,0) и метиловый оранжевый (рТ=4,0). Покажите расчетами, какой из индикаторов использовать целесообразнее.

10. Какой индикатор даст возможность оттитровать 0,1000 М раствор NH₃ 0,1000 М раствором HCl с меньшей погрешностью: метиловый оранжевый (рТ=4,0) или метиловый красный (рТ=5,0)? Подтвердите расчетами индикаторных погрешностей. Для NH₃: = 1,76×10^-5

11. Титруют 0,1000 М раствор Na₂B₄O₇ 0,2000 М раствором HCl. Рассчитайте: а) величину скачка титрования, если относительная погрешность измерения объема составляет ±0,1%; б) индикаторную погрешность с бромтимоловым синим (рТ=7,3).

Для : = 7,1×10^-10.