Задачи и упражнения по теме ВМС 2 страница

6. Что произойдет, если к водному раствору аммиака добавить хлорид аммония?

6.1. увеличится С_ОН^-;

6.2. уменьшится С_ОН^-;

6.3. рН не изменится;

6.4. рН увеличится.

7. Сравните рН 0,1М растворов азотной и азотистой кислот:

7.1.

7.2.

7.3.

8. Сравните концентрацию протонов в растворах HF и НС1. рН растворов равен 2:

8.1. С_H⁺_(HF) = C_H⁺_(HCl);

8.2. С_H⁺_(HF) > C_H⁺_(HCl);

8.3. С_H⁺_(HF) < C_H⁺_(HCl).

9. При разведении 1 М раствора NaOH в 100 раз

9.1. водородный показатель уменьшится на 2 единицы;

9.2. водородный показатель уменьшится на 1 единицу;

9.3. водородный показатель возрастет на 2 единицы;

9.4. гидроксильный показатель уменьшится на 2 единицы.

10. Водородный показатель водного раствора слабой кислоты может быть рассчитан по формуле:

10.1. рН = рС_к-ты;

10.2. рН = ½ (рС_к-ты + рК_к-ты);

10.3.

11. Для приготовления 3 л раствора NaOH с рН = 10 необходима масса NaOH, равная

11.1. 0,04 г; 11.2. 0,012 г;

11.3. 4,0 г; 11.4. 12,0 г.

12. Рассчитайте ионную силу раствора, 1 л которого содержит 0,01 моль NaCl, 0,02 моль Na₂SO₄:

12.1. 0,05; 12.2. 0,06; 12.3. 0,07; 12.4. 0,08.

13. Сравните коэффициент активности Н⁺ в растворах H₂SO₄ и НСl; С^э =
0,1 моль экв/л:

13.1.

13.2.

13.3.

14. Определите знак изменения энтальпии растворения газов в жидкостях:

14.1. ∆H > 0; 14.2. ∆H < 0;

14.3. ∆H = 0; 14.4. может быть ∆H < 0 или ∆H > 0.

15. Определите знак изменения энтальпии растворения твердых веществ в жидкостях:

15.1. ∆H > 0; 15.2. ∆H < 0;

15.3. ∆H = 0; 15.4. может быть ∆H < 0 или ∆H > 0.

Задачи и упражнения

1. Вычислите концентрацию ионов Н⁺ в следующих растворах:
а) моча рН = 6,1; б) слюна рН = 6,6; в) лимонный сок рН = 2,3; г) раствор питьевой соды рН = 8,5; д) венозная кровь рН = 7,36.

2. В качестве наружного антисептического средства применяется водный раствор борной кислоты. Рассчитайте степень ионизации борной кислоты, если 12,4 мг ее находится в 2 мл раствора.

3. Объясните, почему рН 1,0∙10^-10М раствора хлоро-водородной кислоты не равен 10,0.

4. Многие не слишком большие органические молекулы, содержащие основные атомы азота, в нейтральной форме плохо растворимы в воде, но в виде кислой соли их растворимость часто гораздо выше. Считайте, что рН желудочного сока равен 2,5; укажите, находится ли каждое из указанных ниже соединений в желудке в нейтральной или же в протонированной форме: никотин, К_b = 7∙10^-7; кофеин, К_b = 4∙10^-14; стрихнин, К_b = 1,0∙10^-6; хинин, К_b = 1,1∙10^-6.

5. Морфин представляет собой слабое основание, содержащее основной атом азота. Его рК_b равен 6,1. Определите рН 1,0∙10^-3М водного раствора морфина.

6. Заменитель сахара сахарин представляет собой слабую кислоту с К_а = 11,68 при 25^оС. В водном растворе он ионизирует по уравнению: HNC₇H₄SO₃ _(водн.) ↔ H⁺_(водн.) + NC₇H₄SO₃^-_(водн.)

Вычислите рН 0,1М раствора этого вещества.

7. Сколько г аммиака необходимо для приготовления 1 л раствора с рН = 10 при температуре 37^оС, если α = 1,3%.

8. Определите концентрацию в моль/л и г/л уксусной кислоты с
рН = 4, если 1,3%.

9. Рассчитайте степень ионизации синильной кислоты, если К_ион._HCN = 6,2∙10^-10; концентрация кислоты – 0,01 моль/л.

10. Как изменится водородный показатель, если к 10 л воды добавили 1 моль гидроксида натрия?

11. Рассчитайте концентрацию протонов и рН раствора, содержащего 2∙10^-4 моль муравьиной кислоты в 2 л воды, если α = 0,01.

12. Определите концентрацию протонов и HSO₃^- в 0,01М растворе сернистой кислоты. 1,6∙10^-2.

13. Рассчитайте С_ОН^- в моль/л в 0,001М растворе гидрата аммиака, если К_ион. = 1,75∙10^-5.

14. Одинакова ли концентрация протонов в растворах соляной и муравьиной кислот при концентрации 3 моль/л, если α_НСООН = 0,03?

15. рН раствора азотной кислоты равен 3, рН раствора уксусной кислоты равен 3. Одинакова ли концентрация кислот в этих растворах, если 100%, а 1,3%.

16. Определите концентрации протонов, гидроксид-ионов и рН растворов 0,0001М хлороводорода и 0,0001М гидрата аммиака, если = 1%.

17. Определите концентрации протонов, гидроксид-ионов и рН раствора, полученного при добавлении к 1 л воды 0,01 моль хлороводорода.

18. Определите ра_Н⁺ в 0,1М растворе хлороводорода с добавкой
0,02 моль/л хлорида цинка.

19. Рассчитайте ра_Н⁺ в растворе, содержащем 0,1 моль/л хлороводорода и 0,02 моль/л хлорида кальция.

20. Рассчитайте ионную силу раствора с содержанием 0,15 моль хлорида бария, 0,02 моль хлорида лития и 0,01 моль нитрата кальция в 1 л.

21. Рассчитайте а_Н⁺ в растворе, содержащем 0,12 моль хлороводорода и 0,02 моль сульфата калия в 2 л раствора.

22. Рассчитайте ионную силу раствора, содержащего 0,05 моль хлорида цинка и 0,01 моль сульфата калия в 1 л.

23. Определите а_Н⁺ в растворе С^э = 0,1моль экв/л хлороводорода с добавками 0,03 моль/л хлорида кальция и 0,01 моль/л сульфата натрия.

24. Рассчитайте ионную силу раствора, содержащего 0,02 моль/л нитрата калия, 0,01 моль/л нитрата алюминия и 0,15 моль/л хлорида алюминия.

25. Рассчитайте ионную силу плазмозаменяющего раствора «хлосоль», который готовят по прописи: натрия ацетат – 0,36 г; натрия хлорид – 0,475 г; калия хлорид – 0,15 г; вода для инъекций – до 100 мл.

26. Водный раствор сульфата меди (+2) с массовой долей 1 %
(ρ = 1,009 г/мл) назначают в малых дозах для улучшения кроветворной функции. Вычислите активность ионов меди в таком растворе.

27. При отравлении цианидами внутривенно вводят 2 % раствор натрия нитрата (ρ = 1,011 г/мл). Вычислите коэффициент активности ионов в этом растворе.

28. Водные растворы цинка сульфата применяются в качестве глазных капель как антисептическое средство. Рассчитайте активность ионов цинка в растворах с массовой долей ZnSO₄ 0,1 %; 0,25 %. Плотность растворов примите равной 1 г/мл.

29. Какова активность ионов калия в плазмозаменяющем растворе следующего состава: глюкоза – 10,0 г; натрия хлорид – 0,5 г; калия хлорид – 0,3 г; магния сульфат – 0,05 г; кислота глутаминовая – 0,1 г; вода для инъекций – до 100 мл?

ТЕМА VI. ТЕОРИЯ ПРОИЗВЕДЕНИЯ РАСТВОРИМОСТИ.
ГЕТЕРОГЕННЫЕ РАВНОВЕСИЯ И ПРОЦЕССЫ

В организме человека содержится значительное количество солей, в том числе солей, обладающих низкой растворимостью. К ним относятся, в основном, соли кальция и магния: фосфаты, гидрофосфаты, сульфаты, оксалаты, карбонаты, ураты.

В пересыщенных по трудно растворимым солям биологических жидкостях организма (моча, слюна, желчь и др.) в условиях патологии образуются осадки этих солей в виде песка и камней. Отложение их в суставах вызывает такое заболевание, как подагра. Отложение солей в тканях почек и мочевыводящих путей приводит к мочекаменной болезни. В полости рта возможно образование осадка гидроксиапатита в виде зубных камней.

С другой стороны, в организме могут протекать процессы, которые вызывают растворение твердых веществ, т.е. осадков. Например, происходит растворение эмали зубов, что приводит к кариесу. При терапевтическом применении лекарственных водных растворов комплексонов ранее образовавшиеся осадки могут раствориться, в частности, образовавшиеся в печени камни.

Теория произведения растворимости объясняет основные закономерности и условия образования осадков в жидких средах, в том числе и в организме человека, а также условия их растворения.

По теме VI студент должен знать основные понятия: труднорастворимый электролит; гетерогенное равновесие; константа растворимости; растворы насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные; уметь записывать уравнение гетерогенного равновесия для труднорастворимого электролита; оценивать растворимость труднорастворимого электролита по величине ПР; владеть навыками прогнозирования возможности образования и растворения осадков в различных средах с точки зрения смещения гетерогенного равновесия.

Вопросы для подготовки

1. Гетерогенное равновесие в системе «раствор-осадок». Факторы, влияющие на него.

2. Понятие произведения растворимости. Факторы, влияющие на величину ПР.

3. Понятие о ненасыщенных, насыщенных и пересыщенных растворах с точки зрения теории ПР.

4. Расчет растворимости электролитов типа АВ, А₂В, АВ₂, А₂В₃, A_nB_m по величине ПР и обратный расчет.

5. Сравнение осадков по растворимости.

6. Условия образования осадков.

7. Факторы, влияющие на растворение осадков:

7.1. Добавление одноименных ионов.

7.2. Изменение кислотности среды.

7.3. Влияние комплексообразования.

7.4. Превращение одних малорастворимых соединений в другие.

8. Физиологические процессы, объяснимые с точки зрения теории ПР.

Тесты

1. Какое уравнение характеризует гетерогенное равновесие труднорастворимой соли CaSO₄?

1.1. CaSO₄ → Ca²⁺ + SO₄^2-

1.2. CaSO₄_(к) ↔ Ca²⁺ + SO₄^2-

1.3. CaSO₄_(к) ↔ Ca²⁺ + SO₄^2-

насыщ. р-р

1.4. CaSO₄_(к) → Ca²⁺ + SO₄^2-

насыщ. р-р

2. По какому выражению можно рассчитать ПР соли Fe₃(PO₄)₂?

2.1. ПР = [3Fe²⁺]∙[2PO₄^3-]

2.2. ПР = [Fe²⁺]³∙[PO₄^3-]²

2.3. ПР = [3Fe²⁺]³∙[2PO₄^3-]²

2.4. ПР =

3. Укажите, чему равна величина ПР А1(ОН)₃, если известна растворимость, S моль/л этого гидроксида:

3.1. ПР = 27S⁴; 3.2. ПР = 4S⁴;

3.3. ПР = S⁴; 3.4. ПР = 4S.

4. Укажите единицу измерения растворимости вещества S:

4.1. моль/л; 4.2. % масс.; 4.3. г/моль; 4.4. моль/кг.

5. Чему равна концентрация ионов Ag⁺ (моль/л) в насыщенном водном растворе соли Ag₂S?

5.1. 3,4∙10^-15; 5.2. 1,6∙10^-17;

5.3. 2∙10^-17; 5.4. 6,8∙10^-15.

6. Рассчитайте растворимость CuS в воде в г/л. ПР_CuS = 4∙10^-38.

6.1. 2∙10^-19; 6.2. 2∙10^-38;

6.3. 1,9∙10^-17; 6.4. 6,3∙10^-11.

7. Рассчитайте ПК труднорастворимой соли, которая образуется при смешивании двух растворов: 10 мл раствора AgNO₃,

0,9 моль/л и 5 мл раствора КС1, С_КС1 = 0,3 моль/л

7.1. 0,060; 7.2. 0,270; 7.3. 0,068; 7.4. 0,030

8. Раствор, в котором ПР > ПК является:

8.1. концентрированным;

8.2. ненасыщенным;

8.3. насыщенным;

8.4. пересыщенным.

9. При каком условии в жидкой фазе происходит образование осадка?

9.1. ПР ≥ ПК; 9.2. ПР < ПК;

9.3. ПР = ПК; 9.4. ПР > ПК.

10. По какому уравнению следует рассчитывать ПК соли Ag₂S?

10.1. ПК = [2Ag⁺]∙[S^2-];

10.2. ПК = [Ag⁺]²∙[S^2-];

10.3. ПК = ;

10.4. ПК = .

11. Какое воздействие нужно оказать на гетерогенное равновесие BaSO_4к ↔ Ва²⁺ + SO₄^2-_{насыщ.р-р}, чтобы осадок растворился?

11.1. уменьшить концентрацию ионов Ва²⁺, SO₄^2-;

11.2. увеличить концентрацию ионов SO₄^2-;

11.3. увеличить концентрацию ионов Ва²⁺;

11.4. увеличить количество BaSO₄_к.

12. Связывание ионов труднорастворимого электролита в его насыщенном растворе не произойдет (осадок, следовательно, не растворится), если продуктом реакции с добавленным к осадку электролитом будут:

12.1. газ; 12.2. вода;

12.3. комплексный ион; 12.4. сильный электролит.

13. Осадок PbCl₂ растворяется при добавлении к нему раствора NaBr, так продуктом реакции их взаимодействия является:

13.1. газ С1₂;

13.2. сильный электролит NaCL;

13.3. новый осадок PbBr₂;

13.4. комплексный ион [PbCl₄]^2-.

Задачи и упражнения

1. Каким будет раствор иодида свинца, если С_Pb²⁺ = 1,5∙10^-3, С_I^- = 3∙10^-3 моль ион/л, ПР = 8,7∙10^-9?

2. Каким будет раствор фосфата свинца, если С_Pb²⁺ = 10^-7 моль ион/л, 10^-9 моль ион/л? ПР = 10^-32?

3. Каким будет раствор сульфида кадмия, если С_Cd²⁺ = 10^-10, С_S^2- =
10^-8 моль ион/л, ПР = 7,9∙10^-27?

4. Каким будет раствор роданида ртути (II), если С_Hg²⁺ = 10^-6, С_SCN^- = 10^-5 моль ион/л, = 3∙10^-20?

5. При какой концентрации CaCl₂ 0,001 М раствор Na₂C₂O₄ станет насыщенным по CaC₂O₄? 2,6∙10^-9.

6. Какой осадок выпадет, если к раствору, в котором С_Pb²⁺ = 10^-4 моль ион/л, добавить: а) 10^-3 моль ион/л CrO₄^2- (хромат-анионов); б) 10^-3 моль ион/л I^- (иодид-анионов).

1,8·10^-14, 8,7·10^-9?

7. Смешаны равные объемы 0,002 М раствора хлорида железа(П) FeCl₂ и 0,002 М раствора сульфида аммония. Будет ли выпадать осадок? Произведение растворимости сульфида железа(П) 4,0∙10^-19.

8. В растворе находятся ионы Ва²⁺, Pb²⁺. Какой из них выпадет первым в виде хромата, если к раствору по каплям добавлять K₂CrO₄? 1,2∙10^-10, 1,8∙10^-14.

9. Выпадет ли осадок при смешивании 10 мл 0,02 М раствора нитрата серебра с 5 мл 0,1 М раствора хлорида калия? ПР_AgCl = 1,6∙10^-10.

10. Выпадет ли осадок сульфата бария (ПР=1,1∙10^-10), если к 1 л раствора ВаС1₂ с концентрацией 0,002082 г/л добавить 1 л раствора Na₂SO₄, имеющего концентрацию 0,00568 г/л?

11. При какой концентрации MgCl₂ начнется выпадение Mg(OH)₂ из раствора, содержащего 0,1 моль/л NaOH? 6,0∙10^-10.

12. В 12 л воды растворено 0,01 г КС1 и 1 мл 0,1 моль/л раствора AgNO₃. Будет ли образовываться осадок? ПР_AgCl = 1,6∙10^-10.

13. Смесь 100 мл 0,1 М раствора NaCl и 1 мл 0,01 М раствора KBr доведена водой до 10 л. Будет ли выпадать осадок, если к полученному объему прибавили 1 мл 0,01 М раствора AgNO₃?

14. При какой концентрации PbCl₂ начнется выпадение осадка PbCO₃ из раствора, содержащего 0,1 моль/л Na₂CO₃ и 0,1 моль/л К₂СО₃? 3,3∙10^-14.

15. Могут ли возникать в плазме крови условия для образования труднорастворимого осадка оксалата кальция (ПР = 2,57∙10^-9 при 25^оС). Обычно в плазме находится ~ 0,0025 моль ион/л Са²⁺ и ~ 0,000022 моль ион/л оксалат-ионов.

16. Какая соль лучше растворима в воде: AgCl, AgBr, AgI? Почему? Как будет изменяться растворимость солей при нагревании растворов? Дайте пояснения.

17. Для каких из следующих веществ можно записать выражение ПР: MgSiO₃, CrCl₃, Fe₂(CO₃)₃, CH₃COOH, CaS, H₂CO₃, Mn(OH)₂? Запишите уравнения гетерогенного равновесия и выражения ПР.

18. Для каких из следующих веществ можно записать выражение ПР: CaC₂O₄, H₃PO₄, Ag₂S, CuS, Fe(OH)₃, PbI₂, MgCO₃, CH₃COONa, Ca₅(PO₄)₃OH? Запишите уравнения гетерогенного равновесия и выражение для расчета ПР.

19. Будет ли гидроксид хрома(Ш) растворяться в H₂SO₄? Ответ поясните с точки зрения теории ПР.

20. Будет ли осадок карбоната бария растворяться в уксусной кислоте? Дайте пояснения.

21. Объясните с точки зрения теории ПР, почему фосфат бария, растворяясь в азотной кислоте, не растворяется в уксусной. Запишите математическое выражение ПР для этой соли.

22. Будет ли растворяться осадок фосфата кальция в уксусной и минеральных кислотах? Ответ поясните с точки зрения теории ПР.

23. Будет ли растворяться осадок PbI₂ при действии на него раствора карбоната натрия? Ответ поясните с точки зрения теории ПР.

24. Будет ли хлорид серебра растворяться в азотной кислоте? Дайте пояснения.

25. Объясните причину растворения гидроксида магния в хлориде аммония.

26. Будет ли растворяться осадок гидроксида хрома(Ш) в минеральных кислотах и щелочах? Дайте пояснения.

27. Будут ли осадки гидроксида Mn(П) и Cr(Ш) растворяться в щелочи? Ответ пояснить с точки зрения теории ПР.

28. Будет ли растворяться осадок гидроксида алюминия в уксусной кислоте и избытке фторида натрия?

29. Будет ли растворяться AgCl в избытке гидроксида аммония? Ответ поясните с точки зрения теории ПР.

30. Предложите метод растворения труднорастворимых осадков кальция в организме человека. Ответ поясните с точки зрения теории ПР.

31. Концентрация ионов Cr²⁺ в насыщенном растворе равна 5,9∙10^-3 моль ион/л. Вычислите ПР.

32. Рассчитайте растворимость карбоната бария в моль/л и г/л, если ПР = 8,1∙10^-9.

33. В 1 л воды при 35^оС растворяется 6,9∙10^-5 моль карбоната кальция. Вычислите ПР этой соли.

34. В 500 мл воды при 18^оС растворяется 0,0166 г хромата серебра. Чему равно произведение растворимости этой соли?

35. При 25^оС в 1 л воды растворяется 1,05∙10^-2 моль бромида свинца. Вычислите произведение растворимости этой соли при данной температуре.

36. Рассчитайте растворимость карбоната стронция в моль/л и г/л, если ПР при 25^оС равно 9,42∙10^-10.

37. Растворимость сульфида серебра в воде 1,08∙10^-17 моль/л. Вычислите ПР.

38. Рассчитайте растворимость хромата серебра в моль/л и г/л, если ПР = 1,29∙10^-12.

39. Токсичность ионов бария проявляется при концентрации выше 4 мг/л. Докажите, что сульфат бария можно использовать как рентгеноконтрастное средство при исследовании ЖКТ. Ответ подтвердите расчетом.

40. Рассчитайте, достигается ли бактерицидное действие иона серебра Ag⁺ (C_Ag⁺= 10^-9 г/л) в насыщенном растворе AgCl.

41. ПДК ионов Pb²⁺ в промышленных сточных водах равна 0,1 мг/л. Установите, обеспечивается ли необходимая степень очистки сточных вод от свинца осаждением его в виде а) сульфата; б) карбоната. Ответ подтвердите расчетом.

42. При приеме препаратов йода йодид-ионы выделяются слезными железами. Для лечения острого конъюктивита используется 2%-ый раствор нитрата серебра (ρ = 1 г/мл). Вычислите концентрацию йодид-ионов, при которой возникает опасность образования кристаллов йодида серебра (прижигающее действие).

43. Рассчитайте растворимость зубной эмали моль/л и г/л (гидро-ксиапатита кальция) Са₅(РО₄)₃ОН при 25^оС, если ПР = 1,6∙10^-58.

44. Приведите пример совмещения протолитического и гетерогенного равновесий, в котором объектом конкуренции является ион СО₃^2-. Укажите конкурирующие частицы. Рассчитайте константу такого совмещенного равновесия.

45. Приведите пример совмещения лигандообменного и гетерогенного равновесий, в котором объектом конкуренции является ион Сu²⁺. Укажите конкурирующие частицы. Рассчитайте константу такого совмещенного равновесия.

ТЕМА VII. ПРОТОЛИТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ КИСЛОТ И
ОСНОВАНИЙ. ПРОТОЛИТИЧЕСКИЕ РАВНОВЕСИЯ И ПРОЦЕССЫ

Протолитическая теория позволяет рассматривать с единой позиции не только ионизацию кислот и оснований, но и многие другие химические процессы, протекающие в водных системах живых организмов и окружающей среде. Прежде всего это относится к реакциям гидролиза и нейтрализации. Протолитические процессы играют важную роль в обмене веществ. С ними связано поддержание на определенном уровне кислотности крови и других физиологических жидкостей, т.е. поддержание кислотно-основного или протолитического гомеостаза. Знание протолитической теории позволяет понять механизм буферного действия биологических буферных систем, которые совместно с дыхательной и выделительной системами организма и обеспечивают этот гомеостаз.

По теме VII студент должен знать теорию Аррениуса, теорию Льюиса, теорию кислот и оснований Бренстеда и Лоури; понятия: протолитическая кислота, протолитическое основание, амфолит, сопряженная протолитическая пара; константу автопротолиза воды, константы кислотности и основности; их взаимосвязь;

уметь оценивать кислотно-основные свойства соединений;оценивать полноту протекания протолитического процесса; владеть навыками расчета константы протолиза и прогнозирования вероятности протекания протолитического процесса.

Вопросы для подготовки

1. Свойства кислот и оснований в свете теории электролитической диссоциации Аррениуса. Ее ограниченность в оценке кислотно-основных свойств органических соединений.

2. Протонная (протолитическая) теория кислот и оснований. Суть теории.

3. Понятия кислоты и основания в свете протолитической теории. Примеры протолитических кислот и оснований.

4. Амфолиты. Примеры амфолитов.

5. Сопряженные кислотно-основные пары.

6. Влияние растворителя на кислотно-основные свойства растворенного вещества. Типы растворителей: протогенные, протофильные, амфипротонные, апротонные. Примеры.

7. Типы протолитических реакций.

8. Протолитическое равновесие. Константа протолиза.

9. Значение протолитической теории для понимания химических процессов, протекающих в водных системах живых организмов и окружающей среде.

Тесты

1. Какая частица не может выполнять роль протолитической кислоты?

1.1. Н₂О; 1.2. NH₃;

1.3. HS^-; 1.4. СН₃СООН.

2. Какая частица может выполнять только роль протолитического основания?

2.1. ; 2.2.НСО₃^-;

2.3. Н₂О; 2.4. СН₃СОО^-.

3. Какая частица является амфолитом?

3.1. (CH₃)₂NH; 3.2. Н₂РО₄^-;

3.3. Н₃О⁺; 3.4. Н₃РО₄.

4. К какому типу растворителей относится пропанол?

4.1. протогенный;

4.2. протофильный;

4.3. амфипротонный;

4.4. протонный.

5. Укажите сопряженную кислоту для основания НРО₄^2-:

5.1. Н₂О; 5.2. РО₄^3-;