Сколько молекул растворенного вещества содержится в 1 см3 раствора

1. Сколько молекул растворенного вещества содержится в
1 см3 раствора, осмотическое давление которого при температуре
54  °C составляет 6065Па?

Осмотическое давление раствора определяют согласно закону Вант-Гоффа:

где — количество растворенного вещества, моль;
V – объем раствора, м3;
R — молярная газовая постоянная, равная 8,3144 Дж/(моль-К).
T – температура, К

Из этой формулы выведем, чему равно количество вещества,

Приведем данные к нужным единицам измерения
540С переведем в Кельвины 54 + 273 = 327 К
1см3 переведем в м3 1см3 = 1*10-6м3

Подставляем в формулу:

1 моль любого вещества содержит в себе 6,02*1023 молекул,частиц,атомом и др. Это число Авогадро NA
И тогда число молекул (N) определяется по формуле:
N = * NA
N= 2,25*10-6 * 6,02 *1023 = 1,35 * 1018

ОТВЕТ: число молекул растворенного вещества составляет 1,35 * 1018

2. Вычислите ионную силу раствора, содержащего 0,085 г NaNO3 и 7,98 г CuSO4 в 200 г воды.

Ионная сила равна полусумме произведения концентраций ионов на квадраты их зарядов:I = ½ * Σ[Смi*z2]Определим молярные концентрации.
Молярная концентрация См (молярность) показывает количество растворенного вещества, содержащегося в 1 л раствора.
Молярную концентрацию (моль/л) выражают формулой:

где m – масса растворенного вещества, г; M – молярная масса растворенного вещества, г/моль; V – объем раствора, л.

M(NaNO3)= 1*23 + 1*14 + 3*16 = 85 г/моль
M(CuSO4) = 1*63,5 + 1*32 + 4*16 = 159,5 г/моль

Так как плотность воды принято считать за 1 г/см3
Значит 200 г воды, это 200 см3. Выразим в литрах. V(H2O)= 0,2 л
NaNO3 –сильный электролит . Диссоциирует полностью
NaNO3 => Na+ + NO3-
При диссоциации из 1 моль NaNO3 образуется по 1 моль ионов, значит
Концентрация ионов Na+ и NO3- будет равна См(NaNO3) = 0,005

CuSO4 –сильный электролит . Диссоциирует полностью
CuSO4 => Cu2+ + SO42-
При диссоциации из 1 моль CuSO4 образуется по 1 моль ионов, значит
Концентрация ионов Cu2+ и SO42- будет равна См(CuSO4) = 0,25 подставляем в формулу:

I = ½ (Cм(Na+) *(1+)2 + Cм(NO3-) *(1-)2 + Cм(Cu2+) *(2+)2 + Cм(SO42-) *(2-)2)
I = ½ (0,005*12 + 0,005*12 + 0,25*22 + 0,25*22) = 1.005

ОТВЕТ : I = 1,005
3. Рассчитайте рН раствора, полученного добавлением
0,1 моль NaClO к 1л 0,1М раствора HNO3.

рН раствора будет определяться содержанием ионов водорода
рН = -lg[H+]

Азотная кислота – сильная кислота. В расторе диссоциирует полностью
HNO3 => H+ + NO3-
Из уравнения диссоциации следует, что [H+] = Cм(HNO3) = 0,1 моль/л

Но мы прибавили соль, которая подвергается гидролизу
NaClO – соль, образована сильным основанием и слабой кислотой, подвергается гидролизу по аниону.
Уравнение гидролиза соли в молекулярной форме:
NaClO +HOH HClO +NaOH 
В сокращенной ионной форме:
ClO- + HOH HClO +OH- 
Образовавшиеся гидроксид ионы нейтрализуют ионы водорода и рН среды увеличивается.
Рассчитаем концентрацию гидроксид ионов Определим константу гидролиза. Кг = Kw/Kд(HClO) = 10-14/2,95*10-8 = 3,4*10-7 Определим степень гидролиза. α = (Кг/См)1/2 = (3,4*10-7/0,1)1/2 = 1,84*10-3 

Вычислим концентрацию гидроксид ионов в растворе [OН-] = α*См = 1,84*10-3*0,1 = 1,84*10-4 
значит именно на эту величину уменьшится содержание ионов водорода
[H+]новая = 0,1 – 1,84*10-4  = 9,98 * 10-2 моль/л
И тогда рН = -lg[H+] рН = -lg 9,98 * 10-2
рН = 1

4. Вычислите рН ацетатного буферного раствора, содержащего 0,5 моль/л СН3СООNa и 1 моль/л СН3СООН (рК = 4,76).

Получается буферный раствор — смесь слабой кислоты и ее соли (анионов слабой кислоты)
рН такой буферной системы определяется по формуле:

подставляем значения в формулу:

ОТВЕТ: рН буфера = 4,46

5. Напишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между:
а) СаСО3 + СО2 + Н2О;
б) СН3СООН + Cu(ОН)2; в) СаCl2 + Н2СO3.

а) СаСО3 + СО2 + Н2О;
молекулярное
СаСО3 + СО2 + Н2О => Ca(HCO3)2
Ионно –молекулярное
СаСО3 + СО2 + Н2О => Ca2+ + 2HCO3-

б) СН3СООН + Cu(ОН)2

молекулярное
2СН3СООН + Cu(ОН)2 => (CH3COO)2Cu + 2H2O

Полное ионное
2СН3СОО- + 2Н+ + Cu(ОН)2 => 2 CH3COO- + Cu2+ + 2H2O

Сокращенное ионное
2Н+ + Cu(ОН)2 => Cu2+ + 2H2O

в) СаCl2 + Н2СO3

молекулярное
СаCl2 + Н2СO3 => CaCO3 + 2HCl

Полное ионное
Са2+ + 2Cl- + 2Н+ + СO32- => CaCO3 + 2H+ + 2Cl-

Сокращенное ионное
Са2+ + СO32- => CaCO3

6. Напишите уравнения гидролиза и укажите реакцию среды растворов следующих солей: а) NH4NO3; б)Al(CH3COO)3; в)ZnCl2.

а) NH4NO3 – нитрат аммония. Соль, образована сильной кислотой и слабым основанием. Гидролиз по катиону.

Молекулярное уравнение
NH4NO3 + H2O => NH4OH + HNO3

Ионно-молекулярное
NH4+ + NO3- + H2O => NH4OH + H+ + NO3-
NH4+ + H2O => NH4OH + H+

В среде накапливаются ионы водорода, среда кислая, рН < 7
б)Al(CH3COO)3 ацетат алюминия. Соль, образована слабым основанием и слабой кислотой. Будет происходить совместный гидролиз по катиону и аниону.
По аниону
CH3COO – + HOH   CH3COOH + OH–

По катиону теоретически возможно написание трех ступеней
1 ступень
Al3+ + HOH   AlOH2+ + H+
Учитывая, что гидроксид алюминия очень слабое основание, гидролиз по катиону будет протекать в большей степени, чем по аниону, следовательно, в растворе будет избыток ионов водорода и среда будет кислая.
Al(CH3COO)3 + H2O   AlOH(CH3COO)2 + CH3COOH
2 ступень
AlOH2+  + H2O   Al(OH)2 (CH3COO) + CH3COOH
AlOH(CH3COO)2 + H2O   Al(OH)2 (CH3COO) + CH3COOH

3 ступень
Al(OH)2 (CH3COO) + H2O   Al(OH)3 + CH3COOH
(Al(OH)2)+ + (CH3COO)-  + H2O   Al(OH)3 + CH3COOH

в)ZnCl2 хлорид цинка. Соль, образована сильной кислотой и слабым основанием. Гидролиз протекает ступенчато, по катиону

1 ступень
ZnCl2 + H2O ZnOHCl + HCl
Zn2+ + 2Cl- + H2O ZnOH+ + Cl- + H+ + Cl –
Zn2+ + H2O ZnOH+ + H+

2 ступень
ZnOHCl+ H2O Zn(OH)2 + HCl
ZnOH+ + Cl- + H2O Zn(OH)2 + H+ + Cl –
ZnOH+ + H2O Zn(OH)2 + H+
В среде накапливаются ионы водорода, среда кислая, рН < 7

7. Закончите уравнение реакций и расставьте коэффициенты, используя метод ионно-электронного баланса:
а)KBr + MnO2 + H2SO4 → Br2 + MnSO4 +…
б)FeS + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + H2SO4 +…

а)KBr + MnO2 + H2SO4 → Br2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
составим полуреакции

MnO2 + 4H+ + 2e => Mn2+ + 2H2O  2 1 окислитель, восстановление 2Br− – 2e => Br20   2 1 восстановитель, окисление

Суммируем полуреакции MnO2 + 4H+ +2Br− => Mn2+ + 2H2O  + Br20  

Дописываем недостающие ионы и составляем молекулярное уравнение

2KBr + MnO2 + 2H2SO4 => Br2 + MnSO4 + K2SO4 + 2H2O

б)FeS + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + H2SO4 + …

составим полуреакции
FeS + 4H2O – 9e => Fe3+ + SO42- + 8H+  9 1 восстановитель, окисление
NO3− + 2H+ + 1e => NO2 + H2O   1 9 окислитель, восстановление

Суммируем полуреакции
FeS + 4H2O + 9NO3− + 18H+ => Fe3+ + SO42- + 8H+  + 9NO2 + 9H2O  

Сокращаем подобные ионы
FeS + 9NO3− + 10H+ => Fe3+ + SO42- + 9NO2 + 5H2O  

Дописываем недостающие ионы и составляем молекулярное уравнение
FeS + 12HNO3 => Fe(NO3)3 + 9NO2 + H2SO4 +5H2O
8. Во сколько раз надо изменить (увеличить или уменьшить) активность собственных ионов, чтобы потенциал серебряного электрода в насыщенном растворе Ag2CrO4 стал равен нулю?
ПР(Ag2CrO4)=1,2.10-12.

Для начала определим концентрацию ионов серебра
В насыщенном растворе труднорастворимого вещества устанавливается химическое равновесие:
Ag2CrO4 2Ag+ + CrO42-
Которое можно охарактеризовать величиной, называемой произведением растворимости ПР
ПР = [Ag+]2 [CrO42-] Обозначим искомую концентрацию ионов серебра, через X (моль/л). Тогда в насыщенном растворе Ag2CrO4 содержится 2X моль/л ионов Ag+ и X моль/л ионов CrO42- Отсюда:
ПР = [Ag+]2 [CrO42-] = (2X)2X = 4X3 и отсюда концентрация ионов серебра будет равна:
X3= ПР(Ag2CrO4)4
X= 3ПР(Ag2CrO4)4
Подставляем известные значения:
[Ag+]= 31,2*10-124 = 6,7·10-5 моль/л
Теперь рассчитаем какая концентрация ионов серебра должна быть в растворе, что электродный потенциал был равен нулю.

Стандартный электродный потенциал серебра:
0Ag+/Ag = 0,80 В
Электродный потенциал серебряного электрода рассчитывается , используя уравнение Нернста

Рассчитаем, какая ДОЛЖНА быть активность, концентрация ионов серебра, чтоб потенциал серебряного электрода стал равен нулю.

Таким образом, у нас концентрация ионов серебра в насыщенном растворе [Ag+]1 = 6,7·10-5 моль/л , а должна быть [Ag+]2 = 1·10-13,56 моль/л
Значит, нам надо уменьшить активность (концентрацию) ионов
[Ag+]1[Ag+]2=6,7*10-51*10-13,56=2,4*109 раз

9. Никелевые электроды погружены в 1М раствор NiSO4. В результате электролиза через 1 ч масса одного из электролитов уменьшилась на 1,00 г. Чему равна сила тока? Напишите уравнение реакций.

У нас электролиз раствора NiSO4 с никелевым ( растворимым) анодом, поэтому при электролизе нейтрального раствора NiSO4 на катоде в основном происходит разряд ионов Ni2+ и выделение металла. На аноде происходит противоположный процесс—окисление металла, так как потенциал никеля намного меньше потенциала окисления воды, а тем более—потенциала окисления иона SO42- . Таким образом, в данном случае электролиз сводится к растворению металла анода и выделению его на катоде.Схема электролиза раствора сульфата никеля:NiSO4 => Ni2+ + SO42-Катод ←  Ni2+, H2O   H2O , Ni0,  SO42- →   Анод                            КАТОД (-) : Ni2+ + 2e-  => Ni0  2 1 окислитель, восстановление
 АНОД (+) : Ni0 -2e- => Ni2+  2 1 восстановитель, окисление Этот процесс применяется для электрохимической очистки никеля.                   
Таким образом, масса анода будет уменьшаться, так как происходит растворение анода никеля, и соответственно масса катода будет увеличиваться, так как на нем будет восстанавливаться никель.

Для расчета силы тока, воспользуемся законом Фарадея:

=>

где M- молярная масса, г/моль
I -сила тока, А
z -число электронов в уравнении электродного процесса
t -время проведения электролиза, секунды
F -постоянная величина (число Фарадея),
равная 96500 Кл/моль

M(Ni)= 58,7 г/моль
Время у нас 1 час переведем в секунды:
1 час = 60 минут = 3600 секунд
Подставляем :
ОТВЕТ: сила тока равна 0,91 А

10. В раствор соляной кислоты погружены две одинаковые цинковые пластинки, одна из которых частично покрыта никелем. В каком случае процесс коррозии цинка протекает интенсивнее? Ответ мотивируйте, составив уравнения соответствующих процессов.

У той, которая покрыта никелем, процесс коррозии пойдет быстрее, т. к. образуется гальваническая пара с менее активным металлом.
Запишем стандартные электродные потенциалы металлов

0Ni2+/Ni = -0,25 В
0Zn2+/Zn = -0,76 В

Так как никель имеет больший электродный потенциал, будет катодом, а цинк –анодом
Пойдет окисление цинка и восстановление водорода: 
Анодный процесс: Zn0 -2e => Zn+2 восстановитель, окисление 
Катодный процесс. Так как среда кислая, будет происходить водородная деполяризация:2H+ +2e- => H20 окислитель, восстановление

Суммарное уравнение:
Zn0 + 2H+ => Zn+2 + H20
Молекулярное
Zn + 2HCl => ZnCl2 + H2↑

1. Некарбонатная жесткость воды составляет 5,18 ммоль/л. Какую массу фосфата натрия (г) необходимо добавить, чтобы умягчить 1 м3 воды?

Некарбонатная жесткость воды – наличие солей кальция и магния. И это является постоянной жесткостью Жпост
Жесткость показывает, какое количество вещества эквивалента солей кальция и магния (ммоль/л) содержится в 1 л воды.

ПО закону эквивалентов определим массу фосфата натрия ,который потребуется на умягчения воды объемом 1м3 = 1000л

экв (Na3PO4) = экв ( Ca2+ + Mg2+)
Так как
экв (Na3PO4) = m Na3PO4Mэкв Na3PO4
экв ( Ca2+ + Mg2+) = Жпост
Mэкв (Na3PO4) = f*M
f- фактор эквивалентности, для фосфата натрия он равен 1/3
M- молярная масса фосфата натрия ,г/моль
M(Na3PO4) = 3*23 + 1*31 + 4*16 = 164 г/моль
Mэкв (Na3PO4) = 1/3 * 164 = 54,67 г-экв/моль

И тогда для умягчения нужного объема воды потребуется

m Na3PO4Mэкв Na3PO4 = Ж пост*V(воды)103

Отсюда
m(Na3PO4) = MэквNa3PO4* Жпос*V(воды)1000

m(Na3PO4) = 54.67* 5,18*10001000 = 283.17 г
ОТВЕТ: для устранения жесткости необходимо прибавить 283,17 г фосфата натрия

rosov 4.6

Кандидат технических наук, доцент ВАК. Стаж преподавательской деятельности в должности доцента – 12 лет. Специальности: технические - «Материаловедение в машиностроении»; экономические - «Менеджмент организации», «Экономика и управление"

Нанять автора