Химия. Органическая, физическая и коллоидная химия (стр. 9 )

Решение. Концентрация ионов водорода в растворе муравьиной кислоты:

С(Н+) = α ∙ С = 0,054 ∙ 0,0075 = 4,05 ∙ 10–4 моль/л.

С помощью калькулятора вычисляем рН:

рН = –lg C(H+) = –lg (4,05 ∙ 10–4) = 3,39;

рН = 3,39, что меньше 7, следовательно, среда кислая.

Задача 4. Вычислить рН раствора NаOH с молярной концентрацией 0,0056 моль/л, если степень диссоциации равна 94 %. Какова реакция среды?

Решение. Концентрация гидроксид-ионов в растворе гидроксида натрия:

С (ОН–) = α ∙ С = 0,94 ∙ 0,0056 = 5,26 ∙ 10–3 моль/л.

Вычисляем рОН и рН:

рОН = –lgC(ОH–) = –lg(5,26 ∙ 10–4)= 2,28,

рН= 14−рОН = 14−2,28 = 11,72;

рН=11,72, что больше 7, следовательно, среда щелочная.

Задача 5. Вычислить константу гидролиза (Кг), степень гидролиза (β), рН раствора цианида натрия KCN с молярной концентрацией 0,02 М.

Решение. Соль KCN образована сильным основанием и слабой кислотой, следовательно, гидролиз соли идет по аниону, среда щелочная:

CN– + НОН ↔ НCN + ОН–;

Кг = 10–14 / Ккислоты = 10–14 / 4,3 × 10–7 = 2,3 · 10–8.

Зная константу гидролиза, рассчитываем степень гидролиза β и концентрацию гидроксид-ионов С(ОН–):

Кг = β2 · Сс, отсюда β = = 1,07 ∙ 10–3;

С (ОН–) = β ∙ Сс = 1,07 ∙ 10–3 ∙ 0,02 = 2,14 ∙ 10–5 моль/л.

Вычисляем рОН и рН:

рОН = – lg C (ОH–) = – lg (2,14 ∙ 10–5) = 4,67,

рН = 14 − рОН = 14 − 4,67 = 9,33;

рН = 9,33, что больше 7, следовательно, среда щелочная.

Задача 6. Вычислить рН буферного раствора, состоящего из 80 мл 0,15 М раствора CH3COOH и 20 мл 0,1 М раствора CH3COONa. Константа электролитической диссоциации уксусной кислоты равна 1,85 × 10–5.

Решение. По уравнению буферной смеси концентрация водородных ионов в буферном растворе определяется:

[H+] = K , или С(Н+) = К ,

где Скислоты – концентрация кислоты;

Ссоли – концентрация соли в приготовленной буферной смеси.

Концентрация кислоты и соли в смеси может быть рассчитана по данным задачи:

Скислоты == 0,12; Ссоли = = 0,02 моль/л,

где 80 и 20 – объемы кислоты и соли, взятые для приготовления бу-

ферного раствора, мл;

20+80 – общий объем раствора.

Полученные величины подставляются в уравнение буферной смеси:

С(Н+) = 1,85 × 10–5 × = 1,11 × 10–4 моль/л.

Далее находим величину рН:

рН = – lg C(H+) = – lg (1,11 × 10–4) = – (lg1,11 – 4 × lg10) = 4 – 0,045 = 3,955.

задача 7. Написать формулу мицеллы гидрозоля хлорида сереб­ра, полученного при взаимодействии сильноразбавленного ра­створа хлорида калия с избытком нитрата серебра. Опреде­лить направление движения гранулы при электрофорезе.

Решение. 1. Записать уравнение реакции, приводящее к получению золя, например:

AgNO3 + KCl ® AgCl¯ + KNO3.

2. Установить состав ядра коллоидной частицы. Это веще­ство, образующее осадок – АgС1; хлористое серебро имеет ионную кристаллическую решетку, состоит из ионов Аg+ и С1–. Состав ядра – mАgС1 (m – некоторое чис­ло). В избытке – АgNО3.

3. Сравнить ионы вещества, находящиеся в растворе в избытке, с ионами, входящими в состав ядра: ядро – Аg+С1–; вещество в избытке Аg+NO3–. Одноименные или близкие по химической природе ионы мо­гут быть ионами-стабилизаторами (потенциалопределяющими ионами), ионы-стабилизаторы в данном случае Ag+.

4. Записать выделенные две части мицеллы – ядро и слой потенциалопределяющих ионов. В нашем случае это mAgCl nAg+.

5. Обратить внимание на заряд образующейся системы, в данном случае – положительный.

6. Выбрать противоионы. Это тоже ионы вещества, нахо­дящиеся в избытке. В данном случае АgNO3 дает: Аg+ (потенциалопределяющие ионы) и NO3– (противоионы).

7. Продолжить схему строения мицеллы, записав слой противоионов:

mАgС1 nАg+ (n – x) NO3-.

ядро потенциалопределяющие противоионы

ионы

Противоионы взаимодействуют со слоем потенциалопределя­ющих ионов кулоновскими силами. Поэтому число этих ионов (n – х) неско-лько меньше количества потенциалопределяю­щих ионов (n).

8. Зафиксировать знак заряда записанной вами системы – коллоидной частицы:

mАgСl nAg+ (n – х) NO3-.

ядро не заряжено положительно отрицательно

заряженный слой заряженный слой

Поскольку n > (n – х), то вся система заряжена положитель­но.

9. Завершить запись мицеллы, указав диффузный слой, который состоит из остальных противоионов.

адсорбционный слой диффузный слой

 

{m[АgС1] nАg+ (n–х) NO3–}+х xNO3-

ядро потенциал - противоионы

определя­ющие ионы

коллоидная частица (гранула)

мицелла

Гранула заряжена положительно, поэтому при электрофорезе будет двигаться к катоду.

Задача 8. Золь иодида серебра получен смешиванием 25 мл 0,008 н. раствора KI и 18 мл 0,01 н. раствора AgNO3. Написать строение мицеллы, определить знак заряда гранулы. Какой электролит, Ca(NO2)2 или Na2SO4, имеет меньшее значение порога коагуляции?

Решение. Уравнение взаимодействия растворов электролитов имеет следующий вид:

KI + AgNO3 = AgI↓ + KNO3.

В осадок выпадает вещество AgI, следовательно, оно является ядром коллоидной частицы и заключается в квадратные скобки. Ядро адсорбирует на своей поверхности те ионы электролита, находящегося в избытке, которые способны достраивать кристаллическую решетку ядра. Эти ионы называют потенциалопределяющими, их записывают сразу после ядра, и они входят в адсорбционный слой. В нашем случае в избытке находится иодид калия КI, что следует из сравнения химического количества взятых электролитов:

n (KI) = 25 ∙ 0,008 = 0,2 моль > n (AgNO3) = 18 ∙ 0,01 = 0,18 моль.

При диссоциации KI образуются ионы К+ и I–, но достраивать кристаллическую решетку AgI могут только ионы I–, значит иодид-ионы будут потенциалопределяющими ионами. Ионы К+, имеющие противоположный знак, являются противоионами. Часть противоионов (n – х) располагается в адсорбционном слое, а оставшаяся часть (х) – в диффузном слое. Ядро и адсорбционный слой образуют заряженную коллоидную частицу, которую также называют гранулой. Гранула заключается в фигурные скобки. Гранула будет заряжена отрицательно. Мицелла состоит из гранулы и диффузного слоя. Мицелла электронейтральна. Строение мицеллы будет записано следующим образом:

{ m [ AgI ] n I - (n – x) K+ }x- ∙ K+.

Так как гранула заряжена отрицательно, по правилу Щульце-Гарди коагуляция будет вызвана положительно заряженными ионами Ca2+ и Na+, а большей коагулирующей способностью обладает Ca2+, следовательно, наименьший порог коагуляции имеет Ca(NO2)2.

Задача 9. Определить знак заряда белка с изоэлектрической точкой (ИЭТ) = 7,8, если белок помещен в раствор с концентрацией ионов водорода 10 –5 моль/л.

Решение. Для определения знака заряда белка необходимо сравнить рН раствора с рН в изоэлектрической точке. Если рН раствора меньше рН (ИЭТ), то белок заряжен положительно. Если рН раствора больше рН (ИЭТ), то белок заряжен отрицательно.

Так как в растворе концентрация ионов водорода равна 10–5 моль/л, раствор имеет рН = 5, что меньше рН (ИЭТ) = 7,8, следовательно, в нашем случае белок заряжен положительно и при электрофорезе бу­дет двигаться к катоду.

ПРИЛОЖЕНИЯ

П р и л о ж е н и е 1

Названия важнейших радикалов

Радикал	Название	Радикал	Название
1	2	3	4
CH3–	метил	CH2=C– | CH3	изопропенил
СH3–CH2–	этил
СH3CH2CH2–	пропил	Ch3CH2CH=CH–	1-бутенил
СH3CHCH3	изопропил	CH2=C– CH2– | CH3	метилаллил (металлил)
CH3CH2CH2CH2–	бутил	––	фенил
CH3CH2CHCH3 |	втор-бутил
CH3CHCH2– | CH3	изобутил	CH3–	Толил (п-изомер)
СH3 | CH3–C– | CH3	трет-бутил	– СH2–	бензил
СH3 | CH3–C– CH2– | CH3	неопентил	–СH=	бензилиден
СH3 | CH3–CH2– C – | CH3	трет-пентил	СH=CH–	стирил
CH2=	метилен	(С6H5)2CH–	бензгидрил (дифенилметил)
CHº	метилидин (метин)
СH3CHº	этилиден	(С6Н5)3С–	тритил
–СH2CH2–	этилен	С6Н5–– –	бифенил (п-изомер)
–CH2CH2CH2–	триметилен
CH2=CH–	винил
HCºC–	Этинил	––	1-нафтил

П р о д о л ж е н и е