Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w Zadania do rozwiązania na wykładzie

1. Siła jonowa, współczynnik aktywności, aktywność 2. Dysocjacja kwasu wieloprotonowego (H2CO3) 3. Ogniwo elektrochemiczne

4. Związki kompleksowe

5. Roztwarzanie metali w kwasach - stechiometria Zadania do rozwią zania na wykładzie

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w Zadanie 1.

Elektrolity – aktywność, wsp. aktywności, siła jonowa Oblicz pH uwzględniając, że oblicza się je ze stężenia lub aktywności jonów H+. 1 dm3 roztworu zawiera 0,020 mola Na2SO4 i 0,020 mola HCl.

= 2 —

c

c = 2 — 0,020 = 0,040 M

+

Na

Na

2 SO 4

= 0,020 M

c

2−

SO4

c = 0,020 M

+

H

= 0,020 M

c −

Cl

1) Ι = 1/ Σ

2

2 Σ ci — zi = 1/2 (0,040 — 12 + 0,020 — 22 + 0,020 — 12 + 0,020 — 12

= 0,080 M

2) Dla H+: a — B = 3,0

A = 0,51 (patrz tabele!)

Zadania do rozwią zania na wykładzie

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w 2

I

Azi

o

− ,

0 51 ⋅ 12

0 0

, 80

− 0 1

, 442

− 1

,

0 442

c

log y + =

−

=

=

=

= − 0 0

, 780

H

I

1 + ,

3 0 0 0

, 80

1 + 0,283

,

1 283

1 + a ⋅ B co

y = 10-0,0780 = 0,836

+

H

= —

y = 0,020 — 0,836 = 0,0167 M

a +

c +

+

H

H

H

a) pH = - log 0,020 = 1,70 na podstawie stężeń b) pH = - log 0,0167 = 1,78 na podstawie aktywności Zadania do rozwią zania na wykładzie

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w Zadanie 2.

Elektrolity – kwasy wieloprotonowe

Oblicz stężenia molowe jonów znajdujących się w 0,010 M

roztworze H2CO3. Oblicz pH tego roztworu.

pKa1 = 6,04, pKa2 = 9,75

1) Pierwszy stopień dysocjacji

H

-

2CO3 H+ + HCO3

+

−

2

[H ][HCO

]

Ka

X

3

1 = 10-6,04 =

=

[H CO ]

0,010−x

2

3

+

+

+

[H ] = [H ] + [H ]

c +

〈〈

c

1

2

+

H

H

2

1

Zadania do rozwią zania na wykładzie

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w 2

−6,04

x

10

=

dla x 〈〈 ,

0 01

,

0 010 − x

−

−

x = 10 6,04 ⋅ ,

0 010

= ,

9 55 ⋅ 10 5 M

−

c + = c

− = ,

9 6 ⋅10 5 M

H

HCO3

pH = - log 9,6 — 10-5 = 4,02

2) 2-gi stopień dysocjacji

HCO -

2-

3

H+ + CO3

+

2−

Ka

-

[H ][CO

]

2 =

3 ale [H+] = [HCO3 ]

[HCO ]

3

−

c

− = Ka

= ,

2 7 ⋅ 10 10 M

2

CO 2

3

Zadania do rozwią zania na wykładzie

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w Zadanie 3.

Elektrochemia – Ogniwa

Ogniwo

składa

się

z

elektrody

cynowej

zanurzonej

w roztworze SnCl2, o stężeniu 0,0100 mol/dm3, oraz elektrody platynowej zanurzonej w roztworze o pH = 4,00

i omywanej gazowym wodorem pod ciśnieniem 101 kPa. Ile wynosi SEM tego ogniwa?

1) 2e + Sn2+ → Sn redukcja

o

RT

,

0 0592

+

=

+

+

+ = −

+

+ = −

E

2

E

2

ln c 2

1

,

0 36

log c 2

0 1

, 95 V

Sn

/ Sn

Sn

/ Sn

F

2

Sn

2

Sn

Zadania do rozwią zania na wykładzie

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w 2) H2 → 2H+ + 2e utlenianie

c

0 0

, 592

2+

0 0

, 592

−

E +

= +

log c

H

=

log

0

,

1

(

⋅ 10 4)2 = − ,

0 237 V

H / H

o

2

2

p

/ p

2

H 2

1,00(!)

3) Ogniwo → po prawej stronie elektroda o potencjale wyższym → czyli cynowa!

Pt, H 

2 H+  Sn2+  Sn

SEM = Eprawe – Elewe = -0,195 – (-0,237) = + 0,042 V

Reakcja sumaryczna w ogniwie: Sn2+ + H2 = Sn + 2H+

Zadania do rozwią zania na wykładzie

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w Zadanie 4.

Związki kompleksowe

Obliczyć stężenie wolnych jonów Sn2+, jeżeli w 1,0 dm3 1,0 M

NaCl rozpuszczono 0,65 g SnCl2. pH tego roztworu wynosiło 4,0.

Stałe twardości kompleksów Sn(II) + Cl- wynoszą: log β1 = 1,51

log β2 = 2,24

log β3 = 2,03

log β4 = 1,48

Masa molowa SnCl2 = 189,6 g/mol

Zadania do rozwią zania na wykładzie

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w Stężenie początkowe Sn(II) wynosi:

,

0 65

cpocz =

= 3 4

, 5 ⋅ 10−3 M

= cM

Sn(II )

189 6

, ⋅ 0

,

1 0

Skoro c

〈〈

c − to możemy przyjąć, że: [L]

Sn(II )

≈ cNaCl = 1,0 M

Cl

Obliczamy :

x αo

1

x

=

=

αo

2

3

4

1 + β L + β L + β L + β L

1

2

3

4

1

1

−3

=

=

= ,

2 90 ⋅ 10

1,51

2,24

2,03

1,48

1 + 10

+ 10

+ 10

+ 10

344 5

,

2

S

[ n + ]

Ale: x

=

αo

c

M

[Sn2+] =

x — cM = 2,90 — 10-3 — 3,45 — 10-3 = 1,00 — 10-5 M

αo

Zadania do rozwią zania na wykładzie

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w Sprawdzenie założeń

1) Gdyby się tworzył kompleks SnCl 2-4

to zostałoby zużyte:

pocz

3

−

4 ⋅ c

= 4 × 4

,

3 5 ⋅ 10

= 0

,

0 17 M

Sn(II )

Jest to ok. 1% liganda (Cl-).

2) Pomijamy ew. wytrącanie Sn(OH)2, gdyż roztwór jest kwaśny (pH = 4,0).

Zadania do rozwią zania na wykładzie

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w Zadanie 5.

Roztwarzanie metali w kwasach – stechiometria Do 200 cm3 10,00% roztworu HCl o gęstości 1,050 kg/dm3

dodano

13,076 g

metalicznego

cynku.

Obliczyć

pH

otrzymanego roztworu. Założyć, ze cynk uległ całkowitemu roztworzeniu.

Rozwiązanie

MZn = 65,38

MHCl = 36,46

Zadania do rozwią zania na wykładzie

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w 1) Obliczamy początkową liczność HCl i Zn: 200 ⋅ 1 ,

0 00 ⋅ ,

1 050

npocz =

= 5

,

0 760 mola

HCl

100 ⋅ 36 4

, 6

13 0

, 76

npocz =

= ,

0 2000 mola

Zn

6 ,

5 38

Nadmiar HCl!

2) Obliczamy liczność przereagowanego HCl: Zn

+

2H+

= Zn2+ +

H2

1

2

0,2000

x

x = 0,4000 mola

Zadania do rozwią zania na wykładzie

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w 3) Obliczamy liczność, stężenie H+ i pH:

n kon = 0 ,5760 − 0 ,4000 = 0 ,1760 mola HCl

1

,

0 760

3

c + =

= ,

0 880 m

0 ol / dm

H

0,200

pH = − log ,

0 8798 = ,

0 0556

Zadania do rozwią zania na wykładzie