PROBLEMY OBLICZENIOWE i ZADANIA

Obliczyć stężenie jonów wodorowych i pcH w 0,25 M roztworze H₂SO₄. pK_a2 = 1,12

Kwas siarkowy(VI) - H₂SO₄, mocny kwas dwuzasadowy

H₂SO₄ → H⁺ + HSO₄^-, pierwszy etap

HSO₄^- ↔ H⁺ + SO₄^2-, drugi etap, K_a2 = 10^-1,12 = 0,0759

Anion HSO₄^- jest kwasem średniej mocy, dlatego w drugim etapie dysocjacji H₂SO₄ ustala się stan równowagi ze stałą dysocjacji K_a2:

Bilans stężeń w stanie równowagi:

c_k - analityczne stężenie kwasu siarkowego(VI)

[H⁺]₁ = c_k

[H⁺]₂ = [SO₄^2-]

[H⁺] = [H⁺]₁ + [H⁺]₂ = c_k + [H⁺]₂

[HSO₄^-] = c_k - [H⁺]₂

Aby obliczyć całkowite stężenie jonów wodorowych należy najpierw obliczyć z wyrażenia na K_a2 stężenie jonów wodorowych [H⁺]₂ z drugiego etapu dysocjacji:

Δ = 0,106211+4∙0,018975 = 0,182111

Δ^1/2 = 0,426745

[H⁺] = [H⁺]₁ + [H⁺]₂ = c_k + [H⁺]₂ = 0,250 + 0,0504 = 0,255 mol/dm³

pcH = - log 0,255 = 0,59

Dobrać współczynniki stechiometryczne w reakcji utleniania i redukcji:

1. Fe²⁺ + ClO^- + H⁺ → Fe³⁺ + Cl^- + H₂O

Fe²⁺ →Fe³⁺ + 1e^- /x2

Cl⁺ +2e^-→Cl^- /x1

2 Fe²⁺ + ClO^- + 2H⁺ = 2 Fe³⁺ + Cl^- + H₂O

b) HCl + KMnO₄ → Cl₂ + MnCl₂ + KCl + H₂O

Cl^- → ½ Cl₂ + 1e^- / x10

Mn⁷⁺ +5e^- → Mn²⁺ /x2

16 HCl + 2 KMnO₄ = 5 Cl₂ + 2 MnCl₂ + 2KCl + H₂O

c) Cu₂O + HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

2 Cu⁺ →2 Cu²⁺ + 2e^- /x3

N⁵⁺ + 3e^- → N²⁺ /x2

3 Cu₂O + 14 HNO₃ → 6 Cu(NO₃)₂ + 2 NO + 7 H₂O

d) Hg + NO₃^- + Cl^- + H⁺ → HgCl₄^2- + NO + H₂O

(reakcja roztwarzania Hg w wodzie królewskiej)

Hg⁰ + 4 Cl^- → HgCl₄^2- + 2e^- /x3

NO₃^- + 4 H⁺ + 3e^- → NO + 2 H₂O /x2

3Hg + 2NO₃^- + 12Cl^- + 8H⁺ = 3HgCl₄^2- + 2NO + 4H₂O

e) NO₂ + H₂O → HNO₃ + HNO₂

N⁴⁺ → N⁵⁺ + 1e^- /1x (utlenianie)

N⁴⁺ + 1e^- → N³⁺ /1x (redukcja)

2 NO₂ + H₂O = HNO₃ + HNO₂

Obliczyć masę wodorotlenku sodu potrzebną do zobojętnienia 100 cm³ 20,0% roztworu H₂SO₄

o gęstości d = 1,143 g/cm³.

V = 100 cm³ 20,0% H₂SO₄, d = 1,143 g/cm³

M_H2SO4 = 98,08 g/mol, M_NaOH = 39,997 g/mol

m_NaOH = ?

H₂SO₄ + 2 NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O

n_NaOH : n_H2SO4 = 2 : 1 → n_NaOH = 2∙n_H2SO4

m_H2SO4 = m_roztworu∙p[%]/100 = V∙d∙ p[%]/100 = 100∙1,143∙20,0/100 = 22,86 g

n_H2SO4 = m_H2SO4/ M_H2SO4 = 22,86/98,08 = 0,2331 mol

n_NaOH = 2∙0,2331 = 0,4662 mol

m_NaOH = n_NaOH∙M_NaOH = 0,4662∙39,997 = 18,6 g NaOH

Jaka objętość 0,50 M HCl jest potrzebna do całkowitego roztworzenia 2,45g cynku?

M_Zn = 65,39g/mol

c_HCl = 0,50 mol/dm³, V_HCl = ?

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

n_HCl : n_Zn = 2 : 1 → n_HCl = 2n_Zn

n_Zn = m_Zn/M_Zn = 2,45/65,39 = 0,0375 mol

n_HCl = 2∙0,0375 =0,0750 mol

n_HCl = V_HCl∙c_HCl

V_HCl = n_HCl/c_HCl = 0,0750/0,50 = 0,150 dm³ = 150 cm³

Jaka masa srebra wydzieli się na katodzie podczas elektrolizy roztworu AgNO₃ w czasie 3 minut przy natężeniu prądu 1,5 A?

M_Ag =107,9 g/mol, F = 96485 C

Na katodzie zachodzi reakcja redukcji jonów Ag⁺:

Ag⁺ + e^- = Ag⁰ (n = 1)

m_Ag = k_Ag·I·t

k_Ag = M_Ag/nF = 107,9/1·96485 = 0,0011183 g/C

m_Ag = 0,0011183·1,5·180 = 0,302g Ag

Jaka masa niklu wydzieli się na katodzie po upływie
5 minut w trakcie elektrolizy roztworu NiSO₄ prądem
o natężeniu 1,2 A?

M_Ni = 58,69 g/mol, F = 96485 C

Na katodzie zachodzi reakcja redukcji jonów Ni²⁺:

Ni²⁺ + 2e^- = Ni⁰ (n = 2)

m_Ni = k_Ni·I·t

k_Ni = M_Ni/nF = 58,69/2·96485 = 3,0414·10^-4 g/C

m_Ni = 3,0414·10^-4·1,2·300 = 0,109g Ni

---