Растворы. Дисперсные системы 2 страница

5.6. Рассчитайте молярную массу неэлектролита массой m ₁, содержащегося в растворе объемом V или в растворителе массой m ₂, если известно осмотическое давление π этого раствора при t ^оС, или давление пара растворителя р ₀ и понижение давления пара над раствором Δ р, при температуре t ^оС, или повышение температуры кипения (Δ t _кип) или замерзания (Δ t _зам) раствора в растворителе с К _Э и К_k.

Т а б л и ц а 5.6

 

Вариант	Растворитель	V, л	m 1, г	t оC	π, Па
	Н2О	1,0	3,2		2,42·105
	Н2О	1,0	23,04		4,56·105
Окончание табл. 5.6
	Н2О	0,5			0,51·105
	Н2О	3,0			1,2·105

Т а б л и ц а 5.7

 

Вариант	Неэлектро-лит	Раствори-тель	m 1, г	m 2, г	t оC	р 0,Па	Δ р,Па
	Глюкоза	Н2О					2549,7
		Ацетон (СН3)2СО	10,5			239·104	2084,95
		Н2О				2335,42	936,02
	Анилин	Эфир

 

Т а б л и ц а 5.8

 

Вариант	Неэлектро-лит	Раствори-тель	m 1, г	m 2, г
	Сера	Бензол	0,162
	Глюкоза	Н2О
	Нафталин	Эфир
	Йод	Метиловый спирт	9,2
	Глицерин	Ацетон	3,2

 

 

Т а б л и ц а 5.9

 

Вариант	Неэлектро-лит	Раствори-тель	m 1, г	m 2, г
	-	Вода	1,05
	Камфора	Бензол	0,052
Окончание табл. 5.9
1’	Сахар	Вода
2’	Этилен-гликоль	Вода	502,8
3’	Глицерин	Вода
4’	Спирт	Вода
5’	Этилен- гликоль	Вода
6’	Нафталин	Бензол
7’	Спирт	Вода

 

Т а б л и ц а 5.10

 

Вариант	Неэлектро-лит	Раствори-тель	m 1, г	m 2, г
8’	Камфора	Эфир	0,552
9’	Нитро-бензол	Бензол

 

Т а б л и ц а 5.11

 

Вариант	Неэлектро-лит	Раствори-тель	m 1, г	m 2, г
10’	Нитро-бензол	Бензол
11’	Глицерин	Вода

 

Т а б л и ц а 5.12

 

Вариант	Неэлектро-лит	Раствори-тель	m 1, г	m 2, г
12’	Глицерин	Вода

 

Т а б л и ц а 5.13

 

Вариант	Неэлектро-лит	Раствори-тель	m 1, г	m 2, г
13’	Нафталин	Бензол	3,92

 

Т а б л и ц а 5.14

 

Вариант	Неэлектро-лит	Раствори-тель	m 1, г	m 2, г
14’	Нафталин	Бензол	3,92

 

Т а б л и ц а 5.15

 

Вариант	Неэлектро-лит	Раствори-тель	m 1, г	m 2, г
15’	Этилен-гликоль	Вода

 

5.7. Среднее содержание хлорида натрия в океанической воде составляет 2,8 %, а хлорида калия 0,08 %. Какое количество смеси KCl и NaCl можно выделить из 1 тонны воды?

5.8. Вычислите содержание нитрата серебра в процентах в 1,4 М растворе, плотность которого 1,18 кг/дм³.

5.9. Смешали 1 л 1 М раствора, 2 л 2 М раствора и 7 л 0,2 М раствора KCl. Пренебрегая изменением объема при смешении, вычислите молярную концентрацию полученной смеси.

5.10. Растворы серной кислоты используют для травления – снятия оксидной пленки с поверхности металлов. Рассчи-тайте, какой объем 70 % H₂SO₄ плотностью 1,62 кг/дм³ требу-ется для приготовления из него 3 л 2 н раствора.

5.11. Сколько нужно взять по объему воды и 96 % серной кислоты, плотностью 1,84 кг/дм³, для приготовления 3 л 35 %-го раствора плотностью 1,27 кг/дм³ для заливки кислотного аккумулятора?

5.12. Сколько мл 20 % соляной кислоты плотностью 1,098 г/см³ потребуется для приготовления 1 л 2 М раствора?

5.13. Для нейтрализации 10 мл раствора Ba(OH)₂ понадобилось 20 мл раствора соляной кислоты, содержащей 0,73 г HCl в 1 л. Определите нормальную концентрацию раствора Ba(OH)₂.

5.14. Для нейтрализации раствора, содержащего 2,25 г кислоты, потребовалось 25 мл 2 н раствора щелочи. Найдите молярную массу эквивалента кислоты.

5.15. Кислоты, содержащиеся в сточных водах машино-строительных производств, нейтрализуют известковым молоком (раствором Са(ОН)₂). Сколько литров известкового молока, содер-жащего 100 г/л СаО, требуется для нейтрализации 50 л 6 % раствора соляной кислоты плотностью 1,029 кг/дм³?

5.16. При химическом анализе сталей навеску металла растворяют, и селен выделяют из раствора экстракцией смесью циклогексанола и пентанола. Давление пара пентанола при 20 ^оС равно 665 Па. Понижение давления пара 20 % раствора циклогексанола С₆Н₁₂О в пентаноле равно 119,7 Па. Какова молярная масса пентанола (давлением пара циклогексанола пренебречь)?

5.17. Тетрахлорид кремния, получаемый хлорированием ферросилиция, загрязнен хлоридами примесных элементов. Его очищают дистилляцией (перегонкой). Какова молярная масса трихлорида железа, если раствор 1,6 г его в 150 г SiCl₄ кипит на 0,181 ^оС выше, чем чистый SiCl₄ (К_Э (SiCl₄) = 5,5 ^оС)?

5.18. Какова температура затвердевания раствора 14 г трихлорида алюминия в 55 г POCl₃, если температура плавления POCl₃ равна 1,3 ^оС, К_k (POCl₃) = 7,57 ^оС, молекула трихлорида алюминия в растворе димерна (Al₂Cl₆)?

5.19. К 0,25 М раствору NH₄OH прибавили равный объем 0,1 М NH₄OH. Вычислите концентрацию ионов NH в растворе, если константа диссоциации NH₄OH равна 1,8·10^-5 моль/л.

5.20. В 1 л 0,01 М уксусной кислоты содержится 6,26·10²¹ ее молекул и ионов. Чему равна степень диссоциации уксусной кислоты в этом растворе?

5.21. Степень диссоциации угольной кислоты по первой ступени в 0,005 М растворе равна 0,85 %. Вычислите первую константу диссоциации угольной кислоты.

5.22. Раствор азотной кислоты имеет рН = 3,4. Какое количество HNO₃ содержится в 10 л такого раствора (α = 1)?

5.23. Какой объем воды необходимо добавить к 0,2 л 5 % раствора муравьиной кислоты плотностью 1,012 г/см³ для получения раствора, рНкоторого равен 2,5, если константа диссоциации кислоты равна 1,77·10^-4?

5.24. Какую реакцию среды имеют растворы следующих солей: FeCl₃, Mg(CH₃COO)₂, KCl, Na₂CO₃, CH₃COONH₄? Ответ подтвердите, составив уравнения реакций гидролиза в ионной и молекулярной форме.

5.25. Какая из приведенных ниже пар солей будет подвергаться более сильному гидролизу? Ответ поясните.

а) CH₃COONa или CH₃COONH₄; б) Al₂(SO₄)₃ или AlCl₃;

в) Al(CH₃COO)₃ или Al₂S₃; г) MgCl₂ или ZnCl₂.

5.26. Вычислите активную концентрацию ионов Fe²⁺, Co²⁺, SO в растворе после травления металла, содержащего 0,05 моль/л FeSO₄, 0,01 моль/л CoSO₄.

5.27. Вычислите концентрацию ионов Zn²⁺ в промывных водах цинкового производства, содержащих 1,2 г/л цинка.

5.28. Вычислите молярные концентрации ионов Pb²⁺ и I в насыщенном растворе йодида свинца.

5.29. Рассчитайте молярную концентрацию насыщенного раствора AgCl.

5.30. Насыщенный раствор MgCO₃ содержит 3,16·10^-3 моль/л ионов Mg²⁺. Чему равно произведение растворимости карбоната магния?

5.31. В каком объеме воды растворится при комнатной температуре 1 г углекислого бария?

5.32. Метод определения цинка в сплавах основан на осаждении цинка в составе нерастворимого комплексного соединения K₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂. Напишите реакцию сульфата цинка с гексацианоферратом (II) калия в молекулярном и ионном виде.

5.33. Кадмий – постоянный спутник цинка в рудах – можно отделить от цинка в щелочной среде. Гидроксид цинка, будучи амфотерным, образует растворимые гидроксоцинкаты, а гидроксид кадмия остается в осадке. Напишите реакцию получения гидроксоцинката из сернокислого цинка.

5.34. При определении содержания никеля в чугунах и сталях титриметрическим методом происходит растворение никелевой соли в избытке гидроксида аммония с образованием аммиачного комплекса никеля, который затем титруют раствором цианида калия. Напишите реакции:

а) растворения хлорида никеля в избытке NH₄OH;

б) взаимодействия полученного комплексного соединения с цианидом калия, учитывая, что в реакции принимает участие вода, образуются комплексный цианид никеля и гидроксид аммония.

5.35. Какая масса нитрата серебра необходима для осаждения хлора, содержащегося в 0,3 л 0,01 н раствора комплексной соли состава CrCl₃·5H₂O. Координационное число хрома равно 6.

5.36. Имеется комплексная соль состава Ba(CN)₂·Cu(SCN)₂. При действии раствора H₂SO₄ весь барий осаждается в виде BaSO₄. Напишите координационную формулу этой соли. Какая масса комплексной соли содержалась в растворе, если во взаимодействие вступило 0,125 л 0,25 н H₂SO₄?

5.37. На осаждение ионов Br из раствора комплексной соли [Cr(H₂O)₆]Br₃ израсходовано 0,025 л раствора нитрата серебра с массовой долей AgNO₃ 10 % (плотность раствора ρ = 1088 кг/м³). Какая масса комплексной соли содержалась в растворе?

5.38. Составьте молекулярное и сокращенное ионное уравнения реакций при смешивании растворов солей: Fe(NO₃)₃ и Na₂CO₃ с учетом их полного гидролиза.

 

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОХИМИИ

Решение типовых задач

Пример 6.1. Для данного окислительно-восстановительного процесса: а) составьте реакции окисления и восстановления; б) ука-жите окислитель и восстановитель; в) составьте сокращенное ионное и полное молекулярное уравнения ионно-электронным методом; г) покажите переход электронов; д) рассчитайте E и D G ; е) укажите возможное направление протекания реакции; ж) составьте гальванический элемент на основе данной реакции.

Дана схема окислительно-восстановительного процесса

KMnO₄ + K₂SO₃ + KOH K₂MnO₄ + K₂SO₄ + H₂O.

 

Р е ш е н и е

По приведенной схеме делаем вывод, что процесс протекает в щелочной среде (присутствует КОН, рН > 7). Находим степени окисления всех элементов данной схемы:

.

Составляем возможные уравнения реакций окисления и восстановления, находим значения их стандартных электродных потенциалов:

 

	SO + 2OH = SO +H2O+2	окисле-ние	восста- новитель	φ = = –0,93 В
		восста- новление	окисли- тель	φ = = 0,564 В

 

Составляем сокращенное ионное уравнение процесса и показываем переход электронов:

.

2

Переходим к полному молекулярному уравнению, показываем переход электронов:

.

2

Рассчитываем и данной реакции:

Е = φ - φ = φ - φ =

= 0,564 – (–0,93) = 1,494 В.

= - zF = –2 · 96500 · 1,494 · 10^-3 = –288,31

Поскольку φ > φ , или 0,564 > –0,93, или то реакция протекает слева направо. Это подтверждает и последующий расчет, по которому Поэтому схему, приведенную в условии задачи, следует переписать, поменяв между собой правую и левую части, получив уже составленное нами уравнение.

Переход электронов от восстановителя к окислителю можно осуществить как при сливании вместе растворов KMnO₄, K₂SO₃ в щелочной среде (растворе КОН), так и через внешнюю цепь. В данном случае надо составить гальванический элемент с инертными, например, графитовыми электродами:

(–) С | K₂SO₃, KOH, H₂O || KMnO₄, KOH, H₂O | C (+).

 

При наличии внешней цепи начнется составленная выше окислительно-восстановительная реакция. Ее отличие от процесса в растворе: переход электронов от восстановителя к окислителю осуществляется через внешнюю цепь, а не непосредственно; окисление и восстановление протекают в разных сосудах, разделенных друг от друга диафрагмой.

 

Пример 6.2. Расчет электродвижущей силы гальванического элемента в стандартных условиях по известной реакции в элементе. В гальваническом элементе протекает следующая реакция

Zn (т) + 2Сu(OH)₂ (т) = ZnO (т) + Cu₂O (т) + 2H₂O (ж).

Необходимо рассчитать Е по данным , составить схему элемента, написать реакции, проходящие на электродах.

 

Р е ш е н и е

Находим табличные значения участников реакции:

Zn (т) + 2Сu(OH)₂ (т) = ZnO (т) + Cu₂O (т) + 2H₂O (ж)

, кДж/моль 0 –356,9 –318,2 –146,4 –237,3

Рассчитываем для реакции в целом:

 

= ( ZnO (т) + Cu₂O (т) + 2 Н₂О (ж)) – – ( Zn (т) + 2 Cu(OH)₂ (т)) = (–318,2–146,4–2·(–237,3))– – (0 + 2· (–356,9)) = – 225,6 кДж/моль.

 

Полученное значение < 0 указывает, что реакция может протекать самопроизвольно в прямом направлении.

Величину Е рассчитаем по формуле Томсона

.

Определим степени окисления всех элементов в уравнении реакции

 

.

 

Поскольку большая часть веществ находится в твердой фазе, реакции на электродах вначале укажем схематически

 

	Zn0 = Zn+2 + 2	окисление	восста- новитель	Анод
	Cu2+ + 1 = Cu+	восста- новление	окисли- тель	Катод

 

Суммарная реакция Zn⁰ + 2Cu²⁺ = Zn²⁺ + 2Cu⁺.

2

Более полно реакции на электродах описываются с участием ОН , Н⁺, Н₂О

 

Zn⁰ (т) + 2OH (p) = ZnO (т) + H₂O (ж) + 2 ;

2Cu(OH)₂ (т) + 2H⁺ (p) + 2 = Cu₂O (т) + 3H₂O (ж).

 

Cхема элемента имеет следующий вид

 

(–) Zn | ZnO(т), H₂O(ж) || Cu(OH)₂(т), Cu₂O(т), H₂O(p) | C (+).

Пример 6.3. Составьте схему работы гальванического элемента, образованного двумя данными металлами, погруженными в растворы солей с известными активностями ионов, рассчитайте ЭДС этого элемента и .

Дано: Zn; Pb; растворы ZnSO₄ и Pb(NO₃)₂;

 

Р е ш е н и е

Равновесие для первого электрода Zn | ZnSO₄ (0,01 M).

Токообразующая реакция Zn²⁺ + 2 = Zn⁰.

φ = φ + lg = –0,763 + lg0,01 =

= – 0,822 B.

 

Аналогично, для второго электрода Pb | Pb(NO₃)₂ (0,001 M).

Токообразующая реакция Pb²⁺ + 2 = Pb⁰.

 

φ = φ + lg = –0,126 + lg 0,001 =