1. Объясните уменьшение концентрации ионов OH- в кислотных растворах с помощью принципа Ле Шателье.
Уменьшение концентрации ионов OH⁻ в кислотных растворах объясняется тем, что кислоты увеличивают концентрацию ионов H⁺. По принципу Ле Шателье, если в растворе растет концентрация H⁺, равновесие реакции диссоциации воды H₂O ↔ H⁺ + OH⁻ смещается влево, что приводит к снижению концентрации OH⁻.
2. Рассчитайте pH следующих водных растворов: а) 0,01 M HCL; б) 1 M NaOH.
Рассчитаем pH растворов: а) Для 0,01 M HCl: концентрация H⁺ равна концентрации кислоты, то есть 0,01 M. pH = -log(0,01) = 2. б) Для 1 M NaOH: концентрация OH⁻ равна концентрации основания, то есть 1 M. pOH = -log(1) = 0, а pH = 14 - pOH = 14 - 0 = 14.
3. Вычислите молярные концентрации ионов H+и OH- в растворах с pH, равным: а) 1,0; б) 5,5; в) 7,2; г) 13,0.
Рассчитаем концентрации: а) Для pH = 1,0: [H⁺] = 10^(-1) = 0,1 M, [OH⁻] = 10^(-14) / 0,1 = 10^(-13) M. б) Для pH = 5,5: [H⁺] = 10^(-5,5) ≈ 3,16 * 10^(-6) M, [OH⁻] = 10^(-14) / 3,16 * 10^(-6) ≈ 3,16 * 10^(-9) M. в) Для pH = 7,2: [H⁺] = 10^(-7,2) ≈ 6,31 * 10^(-8) M, [OH⁻] = 10^(-14) / 6,31 * 10^(-8) ≈ 1,58 * 10^(-7) M. г) Для pH = 13,0: [H⁺] = 10^(-13) = 10^(-13) M, [OH⁻] = 10^(-14) / 10^(-13) = 0,1 M.
4. Рассчитайте pH растворов с концентрацией ионов водорода: а) 0,1 M; б) 2,5 * 10^5 M; в) 3,0 *10^-9 M; г) 1,5 M. Какие из растворов имеют кислотную среду, а какие — щелочную?
Рассчитаем pH: а) Для [H⁺] = 0,1 M: pH = -log(0,1) = 1. Среда кислотная. б) Для [H⁺] = 2,5 * 10^(-5) M: pH = -log(2,5 * 10^(-5)) ≈ 4,6. Среда кислотная. в) Для [H⁺] = 3,0 * 10^(-9) M: pH = -log(3,0 * 10^(-9)) ≈ 8,5. Среда щелочная. г) Для [H⁺] = 1,5 M: pH = -log(1,5) ≈ 0,18. Среда кислотная.
5. Раствор сильной кислоты разбавили водой в 10 раз. Как изменилось значение pH раствора?
При разбавлении раствора в 10 раз концентрация ионов H+ уменьшается в 10 раз. Значение pH определяется формулой pH = -log[H+]. Если изначально pH раствора был pH₀, то после разбавления на 10 раз концентрация H+ уменьшается в 10 раз, что увеличивает pH на 1 единицу: pH_new = pH₀ + 1.
6. Определите pH 0,1%-го раствора NaOH(плотность 1 г/мл).
0,1% раствор NaOH означает 0,1 г NaOH в 100 мл раствора. Молярная масса NaOH равна 40 г/моль.
Концентрация NaOH: C(NaOH) = (0,1 г / 40 г/моль) / 0,1 л = 0,025 моль/л.
Концентрация ионов OH⁻ равна концентрации NaOH, т.е. 0,025 моль/л. pOH = -log[OH⁻] = -log(0,025) ≈ 1,6.
pH = 14 - pOH = 14 - 1,6 = 12,4.
7. К 200 мл 0,15 M раствора HCl прилили 100 мл раствора NaOH с концентрацией 0,1 моль. Определите pH полученного раствора. Какой объём раствора NaOH нужно было прилить для того, чтобы значение pH составило 12?
Количество моль HCl: n(HCl) = 0,15 моль/л * 0,2 л = 0,03 моль.
Количество моль NaOH: n(NaOH) = 0,1 моль/л * 0,1 л = 0,01 моль.
Реакция нейтрализации: HCl + NaOH → NaCl + H₂O.
Остаток HCl: n(HCl остаток) = 0,03 моль - 0,01 моль = 0,02 моль.
Общий объем раствора: V_общий = 200 мл + 100 мл = 300 мл = 0,3 л.
Концентрация ионов H+: [H+] = 0,02 моль / 0,3 л ≈ 0,067 моль/л.
pH = -log[H+] ≈ -log(0,067) ≈ 1,17.
Для того чтобы pH = 12, нужно, чтобы концентрация OH⁻ соответствовала: [OH⁻] = 10^-(14 - 12) = 10^-2 моль/л.
Для добавления NaOH с такой концентрацией нужно вычислить количество моль NaOH, достаточное для достижения такого pH.
8. К 500 мл 2* 10^-3 M раствора NaOH добавили 1,2 * 10^-2 г неизвестной щёлочи. pH полученного раствора равен 11.48. Считая, что процесс смещения происходит без изменения объёма, установите формулу щёлочи.
Концентрация OH⁻ в исходном растворе: C(OH⁻ нач) = 2 * 10^-3 моль/л.
Объем раствора: 0,5 л.
Количество моль OH⁻: n(OH⁻ нач) = 2 * 10^-3 моль/л * 0,5 л = 10^-3 моль.
Концентрация OH⁻ после добавления щёлочи: pOH = 14 - 11,48 ≈ 2,52.
[OH⁻ итог] = 10^-2,52 ≈ 3,02 * 10^-3 моль/л.
Общее количество OH⁻: n(OH⁻ итог) = 3,02 * 10^-3 моль/л * 0,5 л ≈ 1,51 * 10^-3 моль.
Разность OH⁻: Δn(OH⁻) = 1,51 * 10^-3 моль - 10^-3 моль ≈ 0,51 * 10^-3 моль.
Молярная масса неизвестной щёлочи: m = 1,2 * 10^-2 г, Δn = 0,51 * 10^-3 моль.
M(щелочи) = 1,2 * 10^-2 г / 0,51 * 10^-3 моль ≈ 23,5 г/моль.
Формула предполагаемой щёлочи: NaOH (молярная масса NaOH = 40 г/моль).