Ерітінділер құрамының рН-қа тәуелділігі

Көп жағдайда ерітіндідегі компоненттердің белгілі рН-қа сәйкес концентрацияларын білу қажет, ол үшін әр компоненттің молдік үлесін (α) табады. Ең қарапайым қышқыл-негіздік жүйені қарастырайық:

НА + Н₂О ↔ Н₃О⁺ + А^-, (5.33)

 

;

 

Осы жүйеге байланысты материалдық балланс теңдігі:

С_НА = [HA] +[A^-], (2.33) теңдіктен [A^-] = K_A ∙ [HA]/ [H₃O⁺]

 

С_НА = [HA] + K_A ∙ [HA]/ [H₃O⁺] = [HA] (1+ K_A ∙ / [H₃O⁺])

 

α_A- табу үшін (2.33) теңдіктен [HA] =[H₃O⁺] [A^-] / K_A

 

С_НА = [H₃O⁺] [A^-] / K_A + [A^-] = [A^-] ∙ ([H₃O⁺] /K_A +1)

,

 

Егер екі негізді қышқыл мен оның аниондары бар жүйені қарастырсақ материалдық балланс бойынша:

 

С _H2А = [H₂A] +[НA^-]+[A^2-] (5.34)

 

; ;

Н₂А қышқылының сатылай протолиздену константаларынан:

 

(5.35)

 

(5.36)

 

(5.37)

 

;

[НA^-] мен [A^2-] мәндерін материалдық балланс теңдігіне қойсақ

 

(5.38)

 

Осы сияқты α_НА^- табу үшін (5.35), (5.36) теңдіктерден:

 

Табылған мәндерді материалдық балланс теңдігіне қойсақ:

(5.39)

 

α_А^2- табу үшін (5.3), (5.37) теңдіктерден:

(5.40)

 

Еске алатын бір жәй әр бөлшектің мольдік үлесіне сәйкес теңдіктердің (5.38-5.40) бөлімі бірдей және олардың мәні қышқылдың жалпы концентрациясына (С _H2А) тәуелді емес. Кез келген жүйеде α бар мәндердің қосындысы бірге тең (α _H2А +α _НА^- + α_А^2- =1).

Н2S

S2-

0,2

0,4

0,6

0,8

10 14

рН

α

НS-

Н3С2О4

С2О42-

0,2

0,4

0,6

0,8

6рН

α

Н2С2О4-

5.1-сурет. Қымыздық қышқылының ерітісіндегі бөлшектердің мольдік үлесінің ерітінді рН-на тәуелділігі

5.2-cурет. Күкіртті сутегі қышқылының ерітісіндегі бөлшектердің мольдік үлесінің ерітінді рН-на тәуелділігі

Үш және төрт негізді қышқылдар ерітінділеріндегі компоненттердің мольдік үлесін есептеу жоғарыда келтірілген мысалдарға ұқсас:

 

= [H₃A] +[Н₂A^-] + [НA^2-] +[A^3-]

 

; (5.41)

 

; (5.42)

 

; (5.43)

 

; (5.44)

 

 

= [H₄A] +[Н₃A^-] + [Н₂A^2-] +[НA^3-] +[A^4-]

 

(5.45)

 

(5.46)

 

 

(5.47)

 

(5.48)

 

Н3РО4 НРО42- РО43- 0,2 0,4 0,6 0,8 рН α Н2РО4-     5.3-сурет. Фосфор қышқылының ерітіндісіндегі бөлшектердің мольдік үлесінің ерітінді рН-на тәуелділігі.

0,2 0,4 0,6 0,8 Н4Y Y4- Н2Y2-   12рН α НY3-   H3Y- 5.4-cурет. Этилендиаминтетрасірке қышқылының ерітіндісіндегі бөлшектердің мольдік үлесінің ерітінді рН-на тәуелділігі. Ка,1=10-2; Ка,2=1,8·10-3, Ка,3=6,9·10-7, Kа,4=5,5·10-11.

Келтірілген мәліметтерден Н₂А протолизденгенде пайда болатын бөлшектердің үлесі ерітінді рН-на және сатылай протолиздену константасының мәндеріне байланысты. Мысалы, қымыздық қышқылы (К_а,1=5,6∙10^-2; К_а,2=5,4∙10^-5) мен күкіртті сутегі қышқылының (К_а,1=8,9∙10^-6; К_а,2=1,3∙10^-13) тепе-теңдік диаграммаларынан оксалат-ионының (С₂О₄^2-) үлесі рН 7,0-де бірдің шамасында, ал осы рН-та сульфид-ионының (S^2-) үлесі 5∙10^-7, тек рН 12 кеткенде α(S^2-) = 0,1, ал рН = 13-те 0,5 сәйкес.

 

Бақылау сұрақтары мен жаттығулар:

1. Бренстед-Лоури теориясы тұрғысында қышқылдардың, негіздердің және амфолиттердің анықтамасын беріңдер.

2. Қосарласқан қышқыл мен негіз жұбының протолиздену константалары қалай байланысқан? Сәйкес формуланы қорытып шығарыңдар.

3. Судың, сұйық аммиактың, сусыз сірке қышқылының автопротолиздену теңдіктерін жазыңыз.

4. Бренстед-Лоури теориясы тұрғысынан гидролиз құбылысын сипаттаңыз.

5. Буферлі қоспалардың мысалдарын келтіріңдер. Буферлі қоспаның рН-ы оған қышқыл не негіз қосқанда өзгермейді десе болады, неге?

 

Тест тапсырмалары

1. HNO₂ ерітіндісіндегі H⁺- иондары концентрациясын есептеуде қандай теңдеуді пайдалануға болады?

1) ; 2) ; 3) ;

4) ; 5) .

2. Мына негіздердің қйсысы ең әлсіз болып табылады?

С2О42-; NH3; CH3NH2; PO43-; Ac-

1) C2O42-(pKв= 9,73); 2) NH3(pKв = 4,75);

3) CH3NH2(pKв= 3,28); 4) PO43-(pKв = 12,38);

5) Ac-(pKв= 9,25).

3. Жалпы НА формуласымен көрсетілген әлсіз қышқыл ерітіндісінің рН-ы қайсы теңдікпен анықталады?

1) pH = pK_a + lgC_HA; 2) pH = pK_a – lgC_HA;

3) pH = lgK_a; 4) pH = pK – lgC_HA;

5) pH = K_a – lgC_HA.

4. Мына қосылыстардың қайсысы сулы ерітіндіде амфолит болады?

1) C2O42-; 2) H2S; 3) H2PO4-; 4) PO43-; 5) HCN.

5. Ацетатты буфер (CH3COOH+CH3COONa) ерітіндісінде H+-иондарының концентрациясы қандай теңдеумен есептеледі?

1) ;

2) ;

3) ;

4) [H⁺] = K_W/[OH^-];

5) [H⁺] = C_HAс.

6. MeOH сияқты суда еритін әлсіз негіздердің қасиетін қандай жауап дұрыс сипаттайды?

1) ; 2) ;

3) pH = 14 + (1/2)pK – (1/2)lgC; 4) pOH = pK + lgC;

5) дұрыс жауап берілмеген.

7. Күкіртті қышқыл ерітіндісінде сутек иондарының концентрациясын қандай теңдеумен анықтауға болады:

(K1= 1,7 х 10-2; K2= 6,2 х 10-8)

1) ; 2) ; 3) ;

4) ; 5) .

8. CH3COONa тұзы ерітіндісінде OH--иондарының концентрациясы қандай теңдеумен есептелінеді:

1) ; 2) [OH-] = Kв.C_Т; 3) ;

4) [OH-] = K a. C_T; 5) .

9. Аммиактың сулы ерітіндісіндегі H+-иондарының концентрациясын қандай теңдеумен есептеуге болады? ()

1) ; 2). ;

3) ; 4) ;

5) дұрыс жауап берілмеген.

10. 100 мл 0,1М CH3COONa және 100 мл 0,1M CH3COOH ерітінділері араластырылған. Түзілген ерітіндінің рН нешеге тең? ()

1)5,0; 2) 1,0; 3) 3,0; 4) 7,0; 5) 8,0.

11. C6H5COOH қышқылына мына қосылыстардың қайсысы қосарланған негіз болады?

1) NH3 сұйық; 2) C6H5NH2; 3) C6H5COO-;

4) C5H5N; 5) (C2H5)2NH.

12. Мына қышқылдармен: 1) NH4+; 2) H2CO3; 3) H2C2O4; 4) H2PO4-; 5) H2S қосарланған ең әлсіз негізді көрсетіңіз:

1) NH3 (pKв= 4,75); 2) HCO3-(pKв= 7,75);

3) HC2O4-(pKв = 12,75); 4) HPO42-(pKв= 6,88);

5) HS-(pKв= 7,08).

13. Буферлік қасиетке құрамы төмендегідей жүйе ие:

1) HCl және NaCl; 2) NaOH және Na2SO4;

3) CH3COOH және CH3COONa; 4) CH3COOH және HCOOH;

5) NH4NO3және NH4Cl.

14. Бренстед-Лоуридің протолиттік ілімі тұрғысынан келтірілген қосылыстар қатарының қайсысы сулы ерітіндіде қышқыл болады?

1) HF, F-, CO32-, Fe(H2O)63+;

2) NH3, H2S, H2O, NH4+;

3) HNO2, J-, Br-, Cl-;

4) HPO42-, H2PO4-, H3PO4, OH-;

5) HSO4-, NH4+, Al(H2O)63+, H2SO4.

15. Бренстед-Лоуридің протолиттік ілімі тұрғысынан келтірілген қосылыстар қатарының қайсысы сулы ерітіндіде негіз болады?

1) F-, Cl-, Br-, J-;

2) H2SO4, HSO4-, SO42-, S2-;

3) Al(H2O)63+, Al(H2O)53+, HNO3, NH3;

4) O2-, OH-, H2O, HClO4;

5) J-, HJ, Cl-, HCl.

16. Келтірілген реакциялардың қайсысы автопротолиз реакциясы болып табылады?

1) CH3COO-+ H2O ↔ CH3COOH + OH-;

2) NH3+ H2O ↔ NH4++ OH-;

3) NH4++ H2O ↔ NH3+ H3O+;

4) CH3COOH + CH3COOH ↔ CH3COO-+ CH3COOH2+;

5) NH4++ CH3COOH ↔ NH3+ CH3COOH2+.

17. Бренстед-Лоуридің протолиттік ілімі бойынша қосарланған қышқылдар мен негіздер арасындағы сәйкестік келтірілген теңдеулердің қайсысында дұрыс көрсетілген?

1) NH3+ CH3COOH ↔ NH4++ CH3COO-;

қ-л.1 нег.2 қ-л.2 нег.1

2) H3O++ NH3↔ NH4++ H2O;

нег.2 қ-л.1 нег.1 қ-л.2

3) CH3COOH + OH-↔ H2O + CH2COO-;

қ-л.1 нег.2 қ-л.2 нег.1

4) HCO3-+ OH-↔ H2O + CO32-;

қ-л.1 нег.2 нег.1 қ-л.2

5) HCl + NH3↔ Cl-+ NH4+.

қ-л.1 нег.2 қ-л.2 нег.1

18. Қышқылдық сулы ерітінді үшін дұрыс теңдеу:

1) [H+] > 10-7> [OH-]; 2) [OH-] > 10-7 > [H+];

3) [H+] = 10-7= [OH-]; 4) [H+] > 10-14< [OH-];

5) [H+] = 10-14= [OH-]

19. Әр қайсысы амфолит бола алатын қосылыстар қатарын көрсетіңіз:

1) HCO3-, H2PO4-, H2O; 2) CO32-, HPO42-, NH3;

3) HSO4-, PO43-, NH4+; 4) HSO3-, S2-, H2BO3-;

5) PO43-, HPO42-, H2PO4-

20. Судың автопротолиз процесін қайсы сызбанұсқа мейлінше дәл бейнелейді?

1) H3O+ ↔ H+ + H2O;

2) OH-+ H2O ↔ H3O++ O2-;

3) 2H2O ↔ H3O+ + OH-;

4) су автопротолиздену реакциясына түспейді;

5) 2H++ O2-↔ H2O.

Тарау