Учебное пособие задания на контрольную работу с методическими указаниями для студентов 1 курса направления: 20. 03. 01 (280700. 62) «Техносферная безопасность»

Примеры решения задач Пример 1. Определить pH 0,001 н. раствора КОН. Решение: Так как КОН - сильный электролит, то [OH] = [КОН]=10-3моль/л. Тогда [Н+] = Кw /[OH]= 10-14/10-3 =10-11 моль/л и pH = - lg10-11= 11. Зная величину водородного показателя, можно определить концентрацию водородных катионов и, следовательно, концентрацию кислоты или щелочи в растворе. Пример 2. Определить концентрацию H2SO4 в растворе, pH которого= 2,5. Решение: Так как pH = -lg [Н+], то [Н+] = 10-2,5 = 10-3  10-0,5 = 3,8 10-3. При полной диссоциации молекул H2SO4 образуется два катиона Н+, поэтому концентрация кислоты в два раза меньше, чем концентрация Н+, следовательно, [H2SO4] = 3,8 10-3/ 2 = 1,9 10-3 моль/л. Пример 3: Вычислите водородный показатель рН раствора гидроксида калия, содержащегося в растворе и имеющего концентрацию 4,2  10-3 моль/л. Решение: . Концентрация гидроксильных ионов в растворе КОН равна СОН- = 4,2  10-3 моль /л. Исходя из ионного произведения воды КН2О, находим концентрацию ионов водорода СН+ = КН2О/ СОН- = 10-14/ 4,2  10-3 = 0,24  10-11 моль/л. Водородный показатель раствора КОН равен рН = - lg Cн+ = - lg 0,24  10-11 = 11,62. Пример 4 Рассчитайте концентрацию ионов ОН- в растворе, рН которого равен 3,28. Решение: По значению рН определяем концентрацию ионов Н+ в растворе: рН = - lg Cн+; lg Cн+ = - 3,28 Отсюда Cн+ = 5,25  10-4 моль/л. Концентрацию ионов ОН- определяют по значению ионного произведения воды 10-14 Сон- =  = 0,19  10-10 моль/л. 5,25  10-4 Пример 5. Найдите водородный показатель раствора НNO3, если его молярная концентрация равна 0,178 моль/л. Решение: При значительной концентрации сильного электролита его активная концентрация существенно отличается от истинной. Поэтому в таких случаях нужно вводить поправку на активность электролита. Определяем ионную силу раствора НNO3 0,356 I = 1/2(0,178  I2 + 0,178  I2) =  = 0,178. 2 Далее по вычисленной ионной силе находим коэффициент активности иона Н+:  Н+=0,838. Тогда активность ионов Н+а Н+= 0,83  0,178 = 0,148. Водородный показатель раствора НNO3 равен:рН = - lg а Н+= -lg 0,148=-(-0,8327) = 0,83. Пример 6. Определите рН 0,17 н СН3СООН, константа диссоциации которого равна 1,75  10-5. Решение: Константа и степень диссоциации слабого электролита связаны между собой соотношением:  = . Определяем концентрацию ионов Н+; СН+ = 0,17  1  10-2 = 0,17  10-2 моль/л. Отсюда находим водородный показатель раствора СН3СООН рН = -lg 0,17  10-2 = 2,77. Пример 7 .Вычислите изменение рН аммонийного буферного раствора, содержащего в 1л 0,1 моля NH4OH и 0,1 моля NH4Cl после добавления к нему 0,01 моля HCl. Константа диссоциации NH4OH равна 1,8  10-5. Решение. Вычисляем начальное значение буферного раствора: рН = 14 - рКосн + lg ([осн] / [cоли]) = 14 - 4,74 + lg (0,1/0,1)=9,26. При добавлении 0,01 моля НСl в результате реакции нейтрализации слабого основания его концентрация станет равной 0,1 - 0,01 = 0,09 моля. Одновременно концентрация соли увеличится на 0,01 моля и станет равной 0,11 моля. Величина рН в результате станет равной рН = 14 - 4,74 +lg(0,09/0,11) = 9,26 - 0,09 = 9,17. Таким образом, изменение величины рН составило всего 0,09, т.е. практически не изменилось. Контрольные вопросы 157. Вычислите концентрацию [H+] ионов, если концентрация [OH-] ионов (моль/л) равна: а) 4,8  10-11; б) 1,6  10-13; в) 5  10-6; г) 3,2  10-7. ( Ответ: а) 2,5  10-5; б) 6,25  10-2; в) 2  10-9; г) 3,12  10-8.) 158. Вычислите рН растворов, в которых концентрация [ H+ ] ионов (моль/л) равна: а) 10-5; б) 2  10-7; в) 4,8  10-11; г) 7,7  10-3. ( Ответ: а) 5; б) 6,7; в) 10,32; г) 2,12). 159. Вычислите рН растворов, в которых концентрация [OH-] ионов (моль/л) равна: а) 6,5  10-6; б) 9  10-9; в) 1,4  10-3; г) 8,7  10-8. ( Ответ: а) 8,81; б) 5,95; в) 11,14; г) 6,96.) 160. Вычислите концентрацию ионов водорода в растворе, рН которого 4,8. ( Ответ: 1,6  10-5 моль/л.) 161. Вычислите концентрацию ионов гидроксила в растворе, рН которого 5,1. ( Ответ: 1,26  10-9 моль/л.) 162. Вычислите концентрацию ионов гидроксила в растворе, рН которого 11,7. ( Ответ: 5  10-3 моль/л.) 163. Рассчитайте рН раствора, в 0,4 л которого содержится 0,39 моля NH3, если КNH4OH = 1,77  10-5. ( Ответ: 11,6.) 164. Вычислите рН формиатного буферного раствора, в 1 л которого содержится по 0,1 М НCOOH (KДис. = 1,8  10-4). (Ответ: 3,74.) 165. Вычислите рН ацетатной буферной смеси, содержащей в 1 л 0,15 М СН3COOH и 0,2 М СН3СООNa (KДис. = 1,8  10-5). ( Ответ: 4,62.) 166. Рассчитайте рН аммонийного буферного раствора, содержащего 0,3 М NH4OH и 0,15 М NH4Cl (KДис. = 1,8  10-5). (Ответ: 9,56.) 167. Рассчитайте рН ацетатного буферного раствора содержащего в 1 л 0,25 М CH3COOH и 0,12 М СH3COONa после добавления к нему 0,02 моля КОН (KДис. = 1,8  10-4). ( Ответ: 4,52.) ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ И МЕТОДЫ ЕЕ УСТРАНАНИЯ Жесткость воды обусловлена наличием в ней растворимых солей кальция и магния (хлоридов, сульфатов и гидрокарбонатов). В жесткой воде при контакте с воздухом, содержащим углекислый газ, образуются нерастворимые карбонаты кальция и магния СаСО3 и МgСО3, которые оседают в виде накипи на твердой поверхности. Количественно жесткость воды характеризуется числом мг-эквивалентов ионов кальция и магния в 1 литре воды. , где m – масса соли (г), – молярная масса эквивалента соли (г/моль), V – объем раствора (л). Различают общую, постоянную, временную, некарбонатную и карбонатную жесткость. Общей жесткостью называется суммарная концентрация ионов Са2+, Mg2+ и Fe2+ в воде, выраженная в мг*экв/л. Постоянной жесткостью называется часть общей жестко­сти, остающаяся после кипячения воды при атмосферном давлении в течение определенного времени. Временной жесткостью называется часть общей жестко­сти, удаляющаяся кипячением воды при атмосферном давлении в течение определенного времени. Карбонатной жесткостью называется часть общей жесткости, эквивалентная концентрации карбонатов и гидрокарбо­натов кальция и магния. Некарбонатная жесткость - часть общей жесткости, равная­ разности между общей и карбонатной жесткостью. Жесткость измеряется в миллиграмм-эквивалентах на литр воды. 1 мг*экв жесткости соответствует содержанию 20,04 мг/л Са2+ или 12,16 мг/л Mg2+. Карбонатная жесткость обусловлена растворенными гидрокарбонатами кальция и магния СаНСО3 и МgНСО3; некарбонатная жесткость – всеми остальными растворимыми солями. Именно гидрокарбонаты разрушаются при кипячении воды, образуя накипь карбонатов. Сумма карбонатной и некарбонатной жесткости равна общей жесткости. Процесс, приводящий к снижению жесткости воды, назы­вается ее умягчением. Умягчение сводится к уменьшению концентрации кальциевых и магниевых солей в воде. Существующие способы умягчения воды делятся на три группы; реагентные методы умягчения воды, умягчение воды методом обмена ионов и термическое умягчение воды. Одним из методов определения жесткости воды является титрование определенного объема воды раствором соляной кислоты известной концентрации. Применяются и весовые методы определения жесткости. Устранение жесткости сводится к удалению из воды ионов кальция и магния обычно путем перевода их в осадок в виде нерастворимых солей. Методы умягчения: кипячение; 2)известково-содовый метод, основанный на осаждении ионов кальция и магния карбонатом натрия (содой) в щелочной среде (при добавлении извести): CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + 2NaCl; 3)фосфатный метод, основанный на осаждении ионов кальция и магния фосфатом натрия: 3CaCl2 + 2Na3РO4 → Ca3 (РO4)2↓ + 6NaCl. Фосфатный метод обеспечивает более высокую степень умягчения, известко-содовый метод более дешевый. Фосфатный метод чаще всего используют для доочистки воды. Наиболее современным методом умягчения воды является метод ионного обмена. Вода пропускается через слой ионообменной смолы, которая может обмениваться ионами с водой. Различают два вида ионообменных смол – катиониты и аниониты. Катиониты обмениваются с водой катионами: Н-катиониты в обмен на катионы, находящиеся в воде (например, ионы кальция и магния) отдают ионы водорода, Na-катиониты – ионы натрия. В первом случае вода приобретает кислый характер благодаря накоплению Н+, во втором – щелочной, благодаря протекающему гидролизу образующегося карбоната натрия. Для получения умягченной воды с нейтральной реакцией среды используют комбинированные методы Н- и Na-катионитной очистки. При насыщении ионита катионами кальция и магния происходит проскок ионов. Тогда проводят регенерацию ионита, пропуская через него раствор кислоты и хлорида натрия. Аниониты обмениваются с водой анионами, при этом в воде накапливаются ионы гидроксильной группы ОН-. Сочетая Н-катионитную и анионитную очистку проводят обессоливание воды, т.е. освобождение ее от всех катионов и анионов. Примеры решения задач Пример 1. На титрование 100 мл воды, содержащей гидрокарбонат кальция, израсходовано 2,5 миллилитра 0,12 н. раствора соляной кислоты. Рассчитать жесткость воды. Решение. Исходя из данных задачи, определяем нормальность водного раствора гидрокарбоната. Обозначив нормальность раствора, т.е. число грамм-эквивалентов гидрокарбоната в литре воды, через х, составляем пропорцию: 100 : 2,5 = 0,12 : х или 100х = 2,2*0,12 откуда  г-экв. Следовательно, 1 л воды содержит 3 мг-экв гидрокарбоната кальция или 3 мг-экв ионов кальция. Жесткость воды равна 3 мг-экв. Пример 2. Сколько граммов соды Na2CO3 надо прибавить к 10 л воды, чтобы устранить ее общую жесткость, равную 4,64 мг-экв? Решение. Из уравнений реакций Ca(HCO3)2 + Na2CO3 = ↓CaCO3 + 2NaHCO3 CaSO4 + Na2CO3 = ↓CaCO3 + Na2SO4 следует, что одна грамм-молекула соды взаимодействует с одной грамм-молекулой гидрокарбоната кальция или с одной грамм-молекулой сернокислого кальция. Переходя отсюда к миллиграмм-эквивалентам, находим, что 1 мг-экв соды взаимодействует с 1 мг-экв Ca(HCO3)2 или CaSO4, т.е. с мг-экв ионов кальция. Так как молекулярный вес соды 106, а эквивалент ее равен половине молеулярного веса, то 1 мг-экв соды равняется 53 мг. В 10 л воды содержится 4,64*10 = 46,4 мг-экв ионов кальция. Количество соды (х), которое потребуется для устранения жесткости, находим из пропорции х : 53 = 46,4 : 1 откуда х = 53*46,4 = 2459,2 мг, или 2,46 г. Пример 3. Вычислить постоянную жесткость воды, зная, что для удаления ионов кальция, содержащихся в 50 л этой воды, потребовалось прибавить к воде 10,8 г безводной буры Na2B4O7. Решение. При действии буры на воду, содержащую сернокислый кальций, ионы кальция переходят в осадок вследствие реакции: CaSO4 + Na2B4O7 = ↓Ca B4O7 + Na2SO4 Из уравнения реакции следует, что для осаждения ионов кальция в виде Ca B4O7 на 1 г-экв сернокислого кальция, т.е. на 1 г-экв ионов кальция, надо взять 1 г-экв буры или на 1 мг-экв ионов кальция – 1 мг-экв буры. Молекулярный вес буры 202; следовательно, 1 мг-экв ее равен 101 мг. На осаждение ионов кальция, содержащихся в 50 л воды, израсходовано 108 г, или 10 800 мг буры. Количество миллиграмм-эквивалентов ионов кальция в 50 л воды находим из пропорции х : 1 = 10 800 : 101 откуда  мг-экв. Найденное количество миллиграмм-эквивалентов ионов кальция содержится в 50 л воды. Отсюда жесткость воды равняется  мг-экв. Пример 4. Рассчитайте общую жесткость воды (в мг-экв/л), если в 0,25 л воды содержится 16,20 мг гидрокарбоната кальция, 2,92 мг гидрокарбоната магния, 11,10 мг хлорида кальция и 9,50 мг хлорида магния. Решение. Жесткость воды Ж выражается в миллиграмм-эквивалентах двухзарядных катионов металлов Ca2+, Mg2+, Fe2+ и других или соответствующих им солей, содержащихся в 1 л воды: Ж = m1/(Э1V) + m2/(Э2V) + m3/(Э3V) + … , где m1, m2, m3 – содержание в воде двухзарядных катионов металлов (или соответствующих им солей), мг; Э1, Э2, Э3 – эквиваленты катионов металлов (или соответствующих им солей); V – объем воды, л. Определяем эквивалентные массы солей, обусловливающих жесткость воды: для Са(НСО3)2 Э = М/2 = 162,11/2 = 81,05 г/моль; для Mg(HCO3)2 Э = М/2 = 146,34/2 = 73,17 г/моль; для CaCl2 Э = М/2 = 110,99/2 = 55,49 г/моль; для MgCl2 Э = М/2 = 95,21/2 = 47,60 г/моль. Общая жесткость данного образца воды равна сумме временной и постоянной жесткости и обусловливается содержанием в ней солей, придающих ей жесткость; она равна: Жобщ = 16,20/(81,050,25) + 2,92/(73,170,25) + 11,10/(55,490,25) + 9,50/(47,600,25) = 0,80 + 0,16 + 0,80 + 0,80 = 2,56 мг-экв/л.

Похожие:

	Программа вступительных испытаний в форме междисциплинарного экзамена... ...		Учебное пособие с методическими указаниями и тестами для текущего... Учебное пособие предназначено для студентов заочного отделения, обучающихся по направлению подготовки 43. 03. 03 Гостиничное дело....
	Учебное пособие Санкт-Петербург Издательство Политехнического университета... Ефремов С. В., Струйков г в. Оформление учебных документов для направления подготовки высшего образования «Техносферная безопасность»....		Экономика безопасности труда Учебное пособие предназначено для студентов специальности 280102. 65 «Безопасность технологических процессов и производств» очной...
	Учебное пособие по английскому языку для студентов 4 курса факультета экономики Разработано учебное пособие в соответствии с требованиями Программы дисциплины английский язык для направления 080 100. 62 «Экономика»...		Учебное пособие по английскому языку часть I для I курса Данное учебное пособие прнедназначено для студентов 1 курса миу и является первой частью пособия по общему языку
	Программа итогового государственного экзамена по направлению 280700.... Специальные дисциплины по магистерской программе «Экологический менеджмент в горном производстве»		Безопасность Учебное пособие предназначено для студентов педагогических вузов, изучающих дисциплину «Безопасность жизнедеятельности»
	Основная образовательная программа высшего профессионального образования... Требования к уровню подготовки, необходимому для освоения программы подготовки бакалавра 5		Учреждение высшего профессионального образования Программа разработана в соответствии с фгос впо по направлению 280700 «Техносферная безопасность» и примерной учебной программы представленной...