Здравствуйте, уважаемые читатели!
В третьей статье, посвященной ретроспективному обзору заданий ДВИ МГУ, будут рассмотрены задания на гомогенные и гетерогенные равновесия в водных растворах. Задачи - достаточно простые. Для их решения необходимо знать базовую информацию о сильных и слабых электролитах (кислотах и основаниях) и количественных характеристиках их диссоциации
Итак, :
Задача - 2022
Решение
1. Найдем рН рра.
СН3СООН- слабая кислота. Уравнение ее диссоциации:
СН3СООН↔СН3СОО- +Н+
Пусть равновесные концентрации СН3СОО- и Н+=х моль/л, тогда равновесная концентрация СН3СООН= 0,05-х≈0,05 моль/л
Составим выражение для Кд СН3СООН, подставив в него равновесные концентрации соответствующих частиц:
Кд СН3СООН=х*х/0,05=х^2/0,05=1,7*10^(-5), откуда х= 9,22*10^(-4) моль/л
рН=-lgx=3,04
2. Найдем степень диссоциации кислоты:
α=х/0,05=100*9,22*10^(-4)/0,05=1,8%
Пояснения к задаче: типовая задача на нахождение рН. В вузовском варианте в равновесной концентрации кислоты учитывают ее уменьшение в процессе диссоциации и решение задачи сводится к решению квадратного уравнения. В формате ДВИ равновесную концентрацию слабого электролита (в данном случае- кты) приравнивают к исходной концентрации (сб. О.Н.Рыжовой с соавт. "Химия: олимпиады и вступительные экзамены по химии в МГУ", М. : Лаборатория знаний, 2024.-642 с.)
Задача -2020
Решение
1. Общее выражение для рН рра: рН=-lg[Н+], (1)
где [Н+]- равновесная концентрация ионов водорода в растворе.
[Н+]=10^(-рН) (2)
2. Найдем молярную концентрацию азотной кислоты:
HNO3- сильный электролит, диссоциирует полностью согласно уравнению:
HNO3→ HNO3→ Н++ NO3- (3)
Сисх(HNO3)= С(H+)=10^(-рН)=10^(-2)=0,01 моль/л
3. Найдем молярную концентрацию азотистой кислоты:
HNO2- слабый электролит, диссоциирует согласно уравнению:
HNO2 ↔NO2- +Н+
[Н+]=[NO2-]=10^(-рН)=10^(-2)=0,01 моль/л
Кд HNO2=[Н+]*[NO2-]/[HNO2 ], (4)
где [Н+], [NO2-], [HNO2 ]- равновесные концентрации соответствующих частиц, моль/л
[HNO2 ]=Сисх (HNO2)-[Н+]=Сисх (HNO2)-0,01
Подставим значения Кд и равновесных концентраций в выражение (4):
6,2*10^(-4)=0,01*0,01/(Сисх (HNO2)-0,01), откуда Сисх (HNO2)=0,171 моль/л
4. Найдем соотношение молярных концентраций кислот:
Сисх (HNO2)/Сисх(HNO3)=0,171/0,01=17,1
Концентрация HNO2 больше концентрации HNO3 в 17,1 раз.
Пояснения к задаче : типовая задача, "усиленная " сопоставлением количественных характеристик диссоциации как сильного, так и слабого электролитов.
Задача -2019.
Решение.
1. Найдем n(HCl)=0,168/22,4=0,0075 моль
2. Найдем молярную концентрацию полученного рра HCl:
С(HCl)=n(HCl)/V рра,л=0,0075/0,75=0,01 моль/л
3. При растворении HCl в воде получается раствор сильной кислоты, диссоциирующей полностью согласно уравнению
HCl=Н++Cl-
C(H+)=С(HCl)=0,01 моль/л
pH=-lg0,01=2
Пояснения к задаче : простая задача на нахождение рН приготовленного рра электролита.
Задача - 2018.
Решение.
1. Найдем растворимость BaF2 в моль/л
а) уравнение диссоциации BaF2:
BaF2↔Ba2+ + 2 F- (1)
б) выражение для ПР BaF2:
ПР BaF2=[Ba2+]*([F-]^2),(2)
где [Ba2+] и [F-] - равновесные концентрации соответствующих частиц, моль/л
г)Пусть Р BaF2=х моль/л, тогда, согласно стехиометрии уравнения (2) [Ba2+]=х, [F-]=2х
Подставим значения в выражение (2):
1,1*10^(-6)=х*((2х)^2)=4x^3, откуда х= 6,5*10^(-3) моль/л= Р BaF2
2. Найдем растворимость BaF2 в г/л
Р BaF2=6,5*10^(-3)*175=1,138 г/л
Пояснения к задаче : единственная задача на гетерогенные равновесия за последние 10 лет (2012-2022). Не пользуются популярностью задачи на ПР...
Задача 2016
Решение
1.Найдем концентрацию раствора аммиака С исхNH3:
а) Найдем С(ОН-)
р(ОН-)=14-рН=14-11,7=2,3
С(ОН-)=10^(-2,3)=0,005 моль/л
б)раствор NH3 - слабое основание, составим уравнение его диссоциации:
NH3+H2O↔NH4++ OH- (1)
и выражение для константы диссоциации:
Кд =[NH4+]*[OH-]/[NH3 ], (2)
Согласно стехиометрии реакции (1) [NH4+]=[OH-]=0,005 моль/л,
[NH3 ]=С исхNH3-0,005. Подставим соответствующие значения в выражение (2):
1,8*10^(-5)=(0,005)^2/ (С исхNH3-0,005), откуда С исхNH3=1,4 моль/л
2. Найдем рН раствора NaOH c С исх =1,4 моль/л :
а) NaOH- сильный электролит, диссоциирует в растворах полностью:
NaOH=Na+ + OH- (3)
Согласно стехиометрии реакции С(ОН-)=С исх NaOH=1,4 моль/л
б) р(ОН-) =-lg 1,4=-0,15.
в) рН=14-рОН=14,15.
3. Найдем рН раствора, полученного путем смешивания:
а)рН раствора будет определяться только сильным электролитом NaOH
б) Сполуч NaOH = С исх NaOH/2 (поскольку произошло разбавление исходного рра в 2 раза)
Сполуч NaOH=1,4/2=0,7 моль/л
в)р(ОН)=-lg0,7=0,15
рН=14-р(ОН)=14-0,15=13,85.
Пояснения к задаче : задача перекликается с 2020 годом. Также имеет место сопоставление растворов сильного и слабого электролитов. Отличие - необходимо найти еще и рН раствора, полученного их смешением.
Задача 2015
Решение
1. Найдем состав полученного рра:
а) nHCl=100*1,01*0,02/36,5=0,0553 моль
nNaOH=50*1,05*0,04/40=0,0525 моль (в недостатке)
б) HCl+NaOH=NaCl+H2O (1)
В полученном растворе будут находиться негидролизующаяся соль NaCl и избыточная HCl . рН рра будет определяться только сильным электролитом HCl
n изб HCl=0,0553-0,0525=0,0028 моль
в) V получ. рра= 100+ 50=150 мл= 0,15 л
г)С изб HCl= n изб HCl/V получ. рра=0,0028/0,15=0,0187 моль/л
2. Найдем рН полученного рра:
HCl=H+ +Cl-
C(H+)=С изб HCl=0,0187 моль/л
рН=-lgС (H+)=-lg0,0187=1,73
Пояснения к задаче : И также, как и в предыдущий год, рассматривается смешивание растворов, но - уже сильных электролитов.
Задача 2012
Решение
1.Найдем концентрацию Sr(OH)2, так как рН рра определяется только этим сильным электролитом.
а)n(Cl-)=1,505*10^19/(6,02*10^23)=2,5*10^(-5) моль
n(Sr2+)=1,505*10^19/(6,02*10^23)=2,5*10^(-5) моль
б)Пусть n Sr(OH)2=x, n SrCl2=y, тогда:
х+у=2,5*10^(-5)
2у=2,5*10^(-5), откуда х=у= 1,25*10^(-5) моль
б) С Sr(OH)2= n Sr(OH)2/V рра= (1,25*10^(-5))/0,05=2,5*10^(-4) моль/л
2. Найдем рН рра:
а) Sr(OH)2- сильный электролит, диссоциирует полностью:
Sr(OH)2=Sr2+ +2OH-
C(OH-)=2С Sr(OH)2=5*10^(-4) моль/л
б) рОН= -lgC(OH-)=3,6
рН=14-рОН=14-3,6=10,4
Пояснения к задаче : здесь просматриваются аналогии с атомистикой, которая "придет" в ЕГЭ только через 8 лет. От задач остальных лет отличает то, что сильный электролит - двухкислотное основание, что необходимо учитывать при нахождении концентрации гидроксил-ионов.
В целом, хотелось бы отметить, что задачи на равновесия в водных растворах очень часто встречаются в формате ДВИ. Если сопоставить их с задачами другой тематики, не входящей в формат ЕГЭ (задачи на закон Гесса, уравнение Аррениуса, закон Вант-Гоффа, ЗДМ), задачи на рН - лидеры ДВИ.
Заранее благодарна за конструктивные замечания и пожелания.
Всего доброго!
