Дитизон

1. Знать:

основные положения протолитической теории кислот и оснований;

константы, характеризующие силу кислот и оснований;

влияние растворителя на кислотно-основные свойства растворённого вещества;

протолитические равновесия в водных растворах сильных и слабых кислот и оснований.

2. Уметь:

вычислять рН водных растворов сильных и слабых кислот и оснований;

выполнять реакции обнаружения катионов V аналитической группы.

1. Важнейшие теории кислот и оснований.

2. Количественное описание силы кислот и оснований

3. Влияние кислотно-основных свойств растворителя на кислотно-основные свойства растворённого вещества. Протонные и апротонные растворители. Классификация растворителей по кислотно-основным свойствам.

4. Автопротолиз растворителя. Константа автопротолиза. Водородный показатель. Влияние полярности растворителя на кислотно-основные свойства растворённого вещества.

5. Нивелирующее и дифференцирующее действие растворителя. Сильные и слабые кислоты и основания.

6. Расчёт рН водных растворов сильных кислот и оснований.

7. Расчёт рН водных растворов слабых кислот и слабых оснований.

1. Можно ли привести однозначные определения для понятий «кислота» и «основание»? Какие теории кислот и оснований Вам известны?

2. Водный раствор NH₄Cl (концентрация растворённого вещества 0,1 моль/л) имеет слабокислую среду, а раствор с такой же концентрацией Na₂CO₃ - щелочную. Как можно объяснить данные факты с точки зрения теории Аррениуса и протолитической теории?

3. Почему для характеристики силы основания удобнее использовать не константу основности, а константу кислотности сопряжённой с данным основанием кислоты? Напишите выражение для термодинамической константы кислотности кислоты, сопряжённой с ионом метиламина и концентрационной константы основности основания, сопряжённого с молекулой фенола.

4. Напишите уравнение автопротолиза для метанола и выражения для термодинамической и концентрационной констант равновесия данного процесса. Укажите ионы лиония и лиата. Рассчитайте величину рН, соответствующую нейтральной среде. К каким растворителям (в зависимости от наличия протонизированных атомов водорода, кислотно-основных свойств, полярности) относится метанол?

5. Почему уксусная кислота имеет значительно меньшую константу автопротолиза, чем муравьиная? Какой из данных растворителей имеет больший полезный интервал кислотности?

6. Дайте определение понятию «сильная кислота» («сильное основание») с точки зрения протолитической теории. Почему HCl в воде является сильной кислотой, а в уксусной кислоте – слабой (pK_a = 5,3).

7. Приведите примеры трёх кислот и трёх оснований, на которые вода оказывает нивелирующее действие.

8. Что такое водородный показатель? Почему значения рН, определённые экспериментально (потенциометрически), нельзя в точности отнести ни к концентрации, ни к активности ионов H₃O⁺?

9. Почему шкалу рН не используют для концентрированных растворов кислот (или щелочей)?

10. Для расчёта рН уксусной кислоты можно использовать формулу pH = 1/2(pK_a – lgC), в то время как расчёт рН раствора трихлоруксусной кислоты по этой формуле проводить нельзя. Объясните, какое допущение, использованное при выводе данной формулы, правильно для уксусной кислоты, но неправильно для трихлоруксусной?

1. Сопряжённое с какой из перечисленных ниже кислот основание обладает в водном растворе самыми слабыми основными свойствами?

1) HClO; 2) HClO₄; 3) HF; 4) HNO₂; 5) HCN.

2. Какие из перечисленных растворителей относятся к протофильным?

1) 1,2-дихлорэтан; 2) уксусная кислота; 3) пиридин

4) диметилформамид; 5) н-гексан.

3. Какой из перечисленных растворителей имеет самый большой полезный интервал кислотности?

1) C₂H₅OH; 2) H₂O; 3) HCOOH; 4) CH₃OH; 5) H₂SO₄.

4. Показатель константы кислотности уксусной кислоты в этаноле равен 10,4. Чему равен показатель константы основности ацетат-иона в данном растворителе?

1) 3,6; 2) 7,0; 3) 8,7; 4) 10,4; 5) 14,7.

5. Величина рH = -lg[C₂H₅OH₂⁺], соответствующая нейтральной среде в этаноле, равна:

1) 7; 2) 19,1; 3) 5,55; 4) 9,55; 5) 14.

6. Как будет изменяться рН раствора в процессе разбавления 0,1 М HCl водой?

7. Сколько NaOH необходимо взять для того, чтобы получить 1 л раствора гидроксида натрия, имеющего рН 12?

1) 40 мг; 2) 400 мг; 3) 4000 мкг; 4) 4 г; 5) 40 г.

8. Имеются 0,1 М водные растворы перечисленных ниже веществ. У какого раствора рН будет наибольшим?

1) NaF; 2) NaNO₂; 3) NaClO; 4) NaCl; 5) Na₃PO₄.

9. В каком ряду содержится больше всего представителей 5 аналитической группы катионов?

1) Fe²⁺, Co²⁺, Na⁺, Ba²⁺, Hg²⁺; 2) Al³⁺, Mg²⁺, Hg₂²⁺, Cr³⁺, K⁺;

3) Fe³⁺, Cd²⁺, Ni²⁺, Sr²⁺, Ag⁺; 4) Mn²⁺, Bi³⁺, Li⁺, Fe³⁺_, Sb³⁺;

5) Na⁺, Zn²⁺, Cu²⁺, Al³⁺, NH₄⁺.

10. Какая из перечисленных ниже формул соответствует бриллиантовому зелёному?

Рассчитайте рН а) 0,10 М NaOH; б) раствора с массовой долей муравьиной кислоты 0,46%. Какое значение рН будет иметь раствор, полученный при смешивании равных объёмов данных растворов?

Гидроксид натрия является сильным основанием:

pH = pK_W + lgC(NaOH) = 14,0 + lg 0,10 = 13,0

Для того чтобы рассчитать значение рН раствора муравьиной кислоты, вначале определим молярную концентрацию данного вещества в растворе. Поскольку раствор достаточно разбавленный, то его плотность можно считать равной примерно 1,0 г/мл. Масса растворённого вещества, содержащегося в 100 мл раствора, равна 0,46 г.

= 0,10 моль/л

Муравьиная кислота является слабой кислотой (pK_a = 3,75). В водном растворе этого вещества имеет место равновесие

HCOOH + H₂O › HCOO^- + H₃O⁺

Данное равновесие описывается константой равновесия, представляющей собой константу кислотности муравьиной кислоты

Концентрация протонов, образующихся при взаимодействии муравьиной кислоты с водой, значительно больше, чем образующихся в результате автопротолиза воды, поэтому

[HCOO^-] = [H₃O⁺]

Степень протолиза муравьиной кислоты в 0,10 М растворе не превышает 5%, поэтому можно считать, что [HCOOH] » C_HCOOH.

Оценить величину степени протолиза слабой кислоты можно следующим образом

Таким образом

рH = = = 2,38

Молярные концентрации растворённого вещества в исходных растворах NaOH и HCOOH равны, поэтому при смешивании равных объёмов данных растворов вещества прореагируют полностью с образованием HCOONa. Его молярная концентрация в растворе равна

= 5,0×10^-2 моль/л

Величина рН раствора формиата натрия определяется слабым основанием (HCOO^-)

HCOO^- + H₂O › HCOOH + OH^-

Для того чтобы рассчитать рН раствора данного вещества, воспользуемся константой кислотности муравьиной кислоты

Степень протолиза формиат-иона не превышает 5%, поэтому можно считать, что [HCOO^-] » C_HCOO^-.

Оценить величину степени протолиза слабого основания можно следующим образом

Так как [HCOOH] = [OH^-] = , то

= 8,22

1. Пробу 1,0×10^-2 М KOH объёмом 10,0 мл разбавили водой до 1,00 л. Рассчитайте рН полученного раствора. Каким станет значение рН, если 1,00 мл полученного раствора также разбавить водой до 1,00 л?Ответ: 10,0; 7,21 (теоретически).

2. В 1,00 л воды растворили 1,12 л (н.у.) хлороводорода. Рассчитайте рН полученного раствора с учётом и без учёта его ионной силы. Ответ: 1,37; 1,30.

3. Водный раствор бензойной кислоты имеет рН 3,10. Чему равна массовая концентрация (г/л) бензойной кислоты в данном растворе? Ответ: 1,3 г/л.

4. Рассчитайте рН раствора, полученного при смешивании равных объёмов раствора с концентрацией фенола 4,70 г/л и 5,0×10^-2 М KOH. Ответ: 11,1.

5. Сколько граммов ацетата натрия содержится в 100 мл раствора данного вещества, если рН этого раствора равен 8,50? Ответ: 1,5×10^-1 г.

1. Какой объём раствора HCl с массовой концентрацией растворённого вещества 83,0 г/л следует взять, чтобы при разбавлении его водой до 500,0 мл был получен раствор, рН которого равен 2,50?

2. В 0,50 л воды растворили 0,14 г KOH. Чему равен рН полученного раствора? Сколько граммов KOH необходимо добавить к этому раствору, чтобы его рН стал равен 12,5.

3. Какое значение K_a должна иметь кислота, чтобы рН её водного раствора с концентрацией 0,10 моль/л был равен 1,30?

4. Лекарственное вещество димедрол (М » 292 г/моль)имеет pK_a = 9,0. Рассчитайте рН водного раствора с концентрацией димедрола 10,0 г/л.

5. В 100 мл воды растворили 4,10 г трихлоруксусной кислоты. Раствор разбавили водой до 1,00 л. Какое значение рН будет иметь полученный при этом раствор?

6. Водный раствор гидросульфата натрия имеет рН 2,00. Рассчитайте массу NaHSO₄, содержащегося в 100,0 мл такого раствора.

7. Водный раствор вещества B, являющегося однокислотным основанием, имеет рН 11,5. Концентрация растворённого вещества в данном растворе равна 1,50×10^-1 моль/л. Рассчитайте величину рК_a кислоты, сопряжённой с веществом В.

8. Рассчитайте рН раствора натриевой соли 5,5-диэтил­барбитуро­вой кислоты (pK_a = 7,98) /лекарственное средство барбитал-натрий/c концентрацией растворённого вещества 50,0 г/л. Молярная масса барбитал-натрия равна 206,2 г/моль.

9. Сколько граммов бензоата натрия, содержится в 100 мл раствора данного вещества, рН которого равен 9,00.

10. Раствор с неизвестной концентрацией NH₃ объёмом 0,100 л разбавили водой до 1,00 л. При измерении рН полученного раствора оказалось, что он равен 11,5. Чему была равна молярная концентрация NH₃ в исходном растворе?