6.12: Проблеми

1. Запишіть константні вирази рівноваги для наступних реакцій. Яке значення константи рівноваги кожної реакції?

(а)$\mathrm{NH}_{3}(a q)+\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}(a q) \rightleftharpoons \mathrm{N} \mathrm{H}_{4}^{+}(a q)$

(б)$\operatorname{PbI}_{2}(s)+\mathrm{S}^{2-}(a q) \rightleftharpoons \operatorname{PbS}(s)+2 \mathrm{I}^{-}(a q)$

(c)$\operatorname{CdY}^{2-}(a q)+4 \mathrm{CN}^{-}(a q) \rightleftharpoons \mathrm{Cd}(\mathrm{CN})_{4}^{2-}(a q)+\mathrm{Y}^{4-}(a q)$; примітка: Y є скороченим символом для ЕДТА

(г)$\mathrm{AgCl}(s)+2 \mathrm{NH}_{3}(a q)\rightleftharpoons\mathrm{Ag}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{2}^{+}(a q)+\mathrm{Cl}^{-}(a q)$

(е)$\mathrm{BaCO}_{3}(s)+2 \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}(a q)\rightleftharpoons \mathrm{Ba}^{2+}(a q)+\mathrm{H}_{2} \mathrm{CO}_{3}(a q)+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(l)$

2. Скористайтеся сходовою діаграмою, щоб пояснити, чому перша реакція сприятлива і чому друга реакція несприятлива.

$$\mathrm{H}_{3} \mathrm{PO}_{4}(a q)+\mathrm{F}^{-}(a q)\rightleftharpoons\mathrm{HF}(a q)+\mathrm{H}_{2} \mathrm{PO}_{4}^{-}(a q) \nonumber$$

$$\mathrm{H}_{3} \mathrm{PO}_{4}(a q)+2 \mathrm{F}^{-}(a q)\rightleftharpoons2 \mathrm{HF}(a q)+\mathrm{HPO}_{4}^{2-}(a q) \nonumber$$

Визначте постійну рівноваги для цих реакцій і переконайтеся, що вони відповідають вашій діаграмі сходів.

3. Обчисліть потенціал наступної окисно-відновної реакції для розчину, в якому [Fe ^{3 +}] = 0,050 М, [Fe ^{2 +}] = 0,030 М, [Sn ^{2 +}] = 0,015 М і [Sn ^{4 +}] = 0,020 М.

$$2 \mathrm{Fe}^{3+}(a q)+\mathrm{Sn}^{2+}(a q)\rightleftharpoons\mathrm{Sn}^{4+}(a q)+2 \mathrm{Fe}^{2+}(a q) \nonumber$$

4. Обчисліть стандартний потенціал стану і постійну рівноваги для кожної з наступних окислювально-відновних реакцій. Припустимо, що [H ₃ O ⁺] становить 1,0 М для кислотного розчину і що [ОН ^-] становить 1,0 М для основного розчину. Зверніть увагу, що ці реакції не збалансовані. Реакції (а) і (b) знаходяться в кислому розчині; реакція (с) - в основному розчині.

(а)$\mathrm{MnO}_{4}^{-}(a q)+\mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{3}(a q)\rightleftharpoons \mathrm{Mn}^{2+}(a q)+\mathrm{SO}_{4}^{2-}(a q)$

(б)$\mathrm{IO}_{3}^{-}(a q)+\mathrm{I}^{-}(a q) \rightleftharpoons \mathrm{I}_{2}(a q)$

(c)$\mathrm{ClO}^{-}(a q)+\mathrm{I}^{-}(a q) \rightleftharpoons \mathrm{IO}_{3}^{-}(a q)+\mathrm{Cl}^{-}(a q)$

5. Одним з аналітичних методів визначення концентрації сірки є її окислення до$\text{SO}_4^{2-}$ осадження у вигляді BaSO ₄ шляхом додавання BaCl ₂. Маса отриманого осаду пропорційна кількості сірки в вихідному зразку. Точність цього методу залежить від розчинності BasO ₄, реакція на яку показана тут.

$$\mathrm{BaSO}_{4}(s) \rightleftharpoons \mathrm{Ba}^{2+}(a q)+\mathrm{SO}_{4}^{2-}(a q) \nonumber$$

Для кожного з наступних прогнозуйте вплив на розчинність BaSO ₄: (а) зменшення рН розчину; (б) додавання більше BaCl ₂; і (c) збільшення об'єму розчину шляхом додавання H ₂ O.

6. Напишіть рівняння балансу заряду та одне або кілька рівнянь балансу маси для наступних розв'язків.

(а) 0,10 М NaCl

(б) 0,10 М НСл

(c) 0,10 М ВЧ

(г) 0,10 М нАг ₂ РО ₄

(е) MgCo ₃ (насичений розчин)

(f) 0,10 М$\text{Ag(CN)}_2^-$ (підготовлений з використанням AgNO ₃ і KCN)

(г) 0,10 М НСЛ і 0,050 М нано ₂

7. Використовувати системний підхід до задач рівноваги для розрахунку рН наступних рішень. Обов'язково викладіть і обґрунтуйте будь-які припущення, які ви робите при вирішенні поставлених завдань.

(а) 0,050 М НХЛО ₄

(б)$1.00 \times 10^{-7}$ HCl

(c) 0,025 М НХЛ

(г) 0,010 М ХОХОН

(е) 0,050 М бар (ОН) ₂

(ф) 0,010 М С ₅ Н ₅ Н

8. Побудувати сходові діаграми для наступних діпротових слабких кислот (H ₂ A) і оцінити рН 0,10 М розчинів H ₂ A, NaHa і Na ₂ A.

(а) малеїнова кислота

(б) малонова кислота

(c) бурштинова кислота

9. Використовуйте системний підхід до вирішення задач рівноваги для розрахунку рН (а) малонової кислоти, Н ₂ А; (б) гідрогенмалонату натрію, NaHA; і (в) малонату натрію, Na ₂ А. обов'язково викладати і обґрунтувати будь-які припущення, які ви робите при вирішенні поставлених завдань.

10. Ігноруючи ефекти активності, розраховують молярну розчинність Hg ₂ Br ₂ в наступних розчині. Обов'язково викладіть і обґрунтуйте будь-яке припущення, яке ви робите при вирішенні проблем.

(а) насичений розчин Hg ₂ Br ₂

(б) 0,025 М рт. Ст ₂ (NO ₃) ₂, насичений Hg ₂ Br ₂

(c) 0,050 М NaBr насичений Hg ₂ Br ₂

11. Розчинність CaF ₂ контролюється наступними двома реакціями

$$\mathrm{CaF}_{2}(s) \rightleftharpoons \mathrm{Ca}^{2+}(a q)+2 \mathrm{F}^{-}(a q) \nonumber$$

$$\mathrm{HF}(a q)+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(l)\rightleftharpoons\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}(a q)+\mathrm{F}^{-}(a q) \nonumber$$

Обчисліть молярну розчинність CaF ₂ в розчині, буферизованном до рН 7,00. Скористайтеся сходовою схемою, яка допоможе спростити розрахунки. Як би змінився ваш підхід до цієї проблеми, якщо рН буферизований до 2,00? Яка розчинність CaF ₂ при цьому рН? Обов'язково викладіть і обґрунтуйте будь-які припущення, які ви робите при вирішенні поставлених завдань.

12. Розрахуйте молярну розчинність Mg (OH) ₂ в розчині, буферному до рН 7,00. Як це порівнюється з його розчинністю в небуферизованій деіонізованій воді з початковим рН 7,00? Обов'язково викладіть і обґрунтуйте будь-які припущення, які ви робите при вирішенні проблеми.

13. Розрахуйте розчинність Ag ₃ PO ₄ в розчині, буферному до рН 9,00. Обов'язково викладіть і обґрунтуйте будь-які припущення, які ви робите при вирішенні проблеми.

14. Визначити рівноважний склад насиченого розчину AgCl. Припустимо, що на розчинність AgCl впливають такі реакції:

$$\mathrm{AgCl}(s) \rightleftharpoons \mathrm{Ag}^{+}(a q)+\mathrm{Cl}^{-}(a q) \nonumber$$

$$\operatorname{Ag}^{+}(a q)+\mathrm{Cl}^{-}(a q) \rightleftharpoons \operatorname{AgCl}(a q) \nonumber$$

$$\operatorname{AgCl}(a q)+\mathrm{Cl}^{-}(a q) \rightleftharpoons \operatorname{AgCl}_{2}^-(a q) \nonumber$$

Обов'язково викладіть і обґрунтуйте будь-які припущення, які ви робите при вирішенні проблеми.

15. Обчисліть іонну силу наступних розчинів

(а) 0,050 М NaCl

(б) 0,025 М КуСл ₂

(с) 0,10 М Na ₂ СО ₄

16. Повторіть розрахунки в задачі 10, на цей раз виправляючи вплив іонної сили. Обов'язково викладіть і обґрунтуйте будь-які припущення, які ви робите при вирішенні поставлених завдань.

17. За яким діапазоном рН ви очікуєте, що Ca ₃ (PO ₄) ₂ матиме мінімальну розчинність?

18. Побудувати сходові схеми для наступних систем, кожна з яких складається з двох або трьох реакцій рівноваги. Використовуючи свої діаграми сходів, визначити всі реакції, які, ймовірно, будуть виникати в кожній системі?

(а) ВЧ і Н ₃ РО ₄

(б)$\text{Ag(CN)}_2^-$$\text{Ni(CN)}_4^{2-}$, і$\text{Fe(CN)}_6^{3-}$

(с)$\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}/\text{Cr}^{3+}$ і Fe ^{3 +/Fe 2+}

19. Обчисліть рН наступних кислотно-базових буферів. Обов'язково викладіть і обґрунтуйте будь-які припущення, які ви робите при вирішенні поставлених завдань.

(а) 100,0 мл 0,025 М мурашиної кислоти та 0,015 М форміату натрію

(б) 50,00 мл 0,12 М NH ₃ і 3,50 мл 1,0 М HCl

(c) 5,00 г Na ₂ CO ₃ і 5,00 г NaHCO ₃, розведеного до 0,100 л

20. Обчисліть рН буферів у задачі 19 після додавання 5,0 мл 0,10 М HCl. Обов'язково викладіть і обґрунтуйте будь-які припущення, які ви робите при вирішенні поставлених завдань.

21. Обчисліть рН буферів у задачі 19 після додавання 5,0 мл 0,10 М NaOH. Обов'язково викладіть і обґрунтуйте будь-які припущення, які ви робите при вирішенні поставлених завдань.

22. Розглянемо наступну гіпотетичну реакцію комплексоутворення між металом, M та лігандом, L

$$\mathrm{M}(a q)+\mathrm{L}(a q) \rightleftharpoons \mathrm{ML}(a q) \nonumber$$

для яких константа формування є$1.5 \times 10^8$. (а) Вивести рівняння, подібне рівнянню Гендерсона-Хассельбальха, яке пов'язує pM з концентраціями L та ML. (б) Що таке pM для розчину, який містить 0,010 моль М і 0,020 моль L? (c) Що таке pM, якщо додати 0,002 моль М до цього розчину? Обов'язково викладіть і обґрунтуйте будь-які припущення, які ви робите при вирішенні проблеми.

23. Окислювально-відновний буфер містить окислювач та його кон'югатний відновник. Обчисліть потенціал розчину, який містить 0,010 моль Fe ^{3 +} і 0,015 моль Fe ^{2 +}. Який потенціал, якщо додати достатню кількість окислювача для перетворення 0,002 моль Fe ^{2 +} в Fe ^{3 +}? Обов'язково викладіть і обґрунтуйте будь-які припущення, які ви робите при вирішенні проблеми.

24. Використовуйте Excel або R для вирішення наступних проблем. Для цих проблем не робіть спрощуючих припущень.

(а) розчинність CaF ₂ в деіонізованій воді

(б) розчинність AgCl в деіонізованій воді

(c) рН 0,10 М фумарової кислоти

25. Вивести рівняння 6.10.1 для суворого розв'язку рН 0,1 М HF.