Номер 694, страница 117 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

694. Укажите верные утверждения:

а) если в водном растворе на $2,0 \text{ дм}^3$ воды приходится $0,60 \text{ моль}$ кислоты, то её молярная концентрация равна $0,30 \text{ моль/дм}^3$;

б) величину $\text{pH}$ раствора можно определить с помощью фенолфталеина;

в) в любом водном растворе увеличение концентрации ионов $\text{H}^+$ приводит к уменьшению концентрации $\text{OH}^-$;

г) при постоянной температуре произведение молярных концентраций ионов $\text{H}^+$ и $\text{OH}^-$ есть величина постоянная, не зависящая от того, какие вещества присутствуют в растворе;

д) добавление кислоты в водный раствор с $\text{pH} = 10$ приводит к уменьшению величины водородного показателя;

е) величина водородного показателя в растворах фтороводородной и бромоводородной кислот с одинаковой молярной концентрацией будет одинакова;

ж) при сливании одинаковых объёмов водных растворов серной кислоты и гидроксида калия с одинаковой молярной концентрацией получается раствор с $\text{pH} < 7$;

з) при добавлении воды к водному раствору серной кислоты с $\text{pH} = 2$ величина водородного показателя уменьшается.

а)Дано:

Количество вещества кислоты, $n = 0,60$ моль

Объем воды, $V(H_2O) = 2,0$ дм³

Найти:

Молярную концентрацию кислоты, $C_M$.

Решение:

Молярная концентрация ($C_M$) определяется как отношение количества растворенного вещества ($n$) к объему всего раствора ($V_{раствора}$), а не растворителя. Формула для расчета: $C_M = \frac{n}{V_{раствора}}$. В задаче указан объем растворителя (воды), а не раствора. Объем раствора — это сумма объемов растворителя и растворенного вещества. Так как объем кислоты, как правило, не равен нулю, то объем раствора будет больше объема воды: $V_{раствора} > V(H_2O)$, то есть $V_{раствора} > 2,0$ дм³. Следовательно, реальная молярная концентрация будет меньше, чем рассчитанная с использованием объема воды: $C_M = \frac{0,60 \text{ моль}}{V_{раствора}} < \frac{0,60 \text{ моль}}{2,0 \text{ дм}^3} = 0,30 \text{ моль/дм}^3$. Таким образом, утверждение неверно.

Ответ: Неверно.

б) Фенолфталеин является кислотно-основным индикатором, который меняет свою окраску в узком интервале рН. Он бесцветен в кислой и нейтральной среде (при рН < 8,2) и приобретает малиновую окраску в щелочной среде (при рН > 8,2). С его помощью можно лишь установить, является ли среда щелочной, но нельзя определить точное значение рН в широком диапазоне (например, отличить раствор с рН=3 от раствора с рН=6, или рН=9 от рН=12).

Ответ: Неверно.

в) В любом водном растворе существует равновесие автодиссоциации воды: $H_2O \rightleftharpoons H^+ + OH^-$. Константа этого равновесия, называемая ионным произведением воды ($K_w$), при постоянной температуре является величиной постоянной: $K_w = [H^+][OH^-] = \text{const}$. Из этого соотношения следует, что концентрации ионов $H^+$ и $OH^-$ обратно пропорциональны. Если концентрация ионов $H^+$ увеличивается, то для сохранения постоянства произведения $K_w$ концентрация ионов $OH^-$ должна уменьшиться.

Ответ: Верно.

г) Это утверждение является определением ионного произведения воды ($K_w$). При постоянной температуре (например, при 25 °C, $K_w \approx 1,0 \cdot 10^{-14}$) произведение молярных концентраций ионов водорода и гидроксид-ионов в любом водном растворе есть величина постоянная. Наличие в растворе других веществ (кислот, оснований, солей) изменяет концентрации $[H^+]$ и $[OH^-]$, но их произведение остается неизменным.

Ответ: Верно.

д) Водородный показатель (рН) определяется по формуле $pH = -\lg[H^+]$. Раствор с рН = 10 является щелочным, в нем низкая концентрация ионов $H^+$. При добавлении кислоты в раствор концентрация ионов $H^+$ увеличивается. Так как логарифмическая функция возрастающая, увеличение $[H^+]$ приводит к увеличению $\lg[H^+]$. Следовательно, значение $pH = -\lg[H^+]$ уменьшается. Таким образом, добавление кислоты всегда приводит к уменьшению рН.

Ответ: Верно.

е) Бромоводородная кислота ($HBr$) является сильной кислотой и в водном растворе диссоциирует практически полностью: $HBr \rightarrow H^+ + Br^-$. Фтороводородная (плавиковая) кислота ($HF$) является слабой кислотой и диссоциирует лишь частично: $HF \rightleftharpoons H^+ + F^-$. Поэтому при одинаковой молярной концентрации исходных кислот концентрация ионов $H^+$ в растворе $HBr$ будет значительно выше, чем в растворе $HF$. Так как $pH = -\lg[H^+]$, чем выше концентрация $[H^+]$, тем ниже значение рН. Следовательно, рН раствора $HBr$ будет меньше рН раствора $HF$.

Ответ: Неверно.

ж)Дано:

Одинаковые объемы: $V(H_2SO_4) = V(KOH) = V$

Одинаковые молярные концентрации: $C(H_2SO_4) = C(KOH) = C$

Найти:

Среду итогового раствора (сравнить рН с 7).

Решение:

Запишем уравнение реакции нейтрализации:

$H_2SO_4 + 2KOH \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$

Найдем количество вещества кислоты и щелочи, вступающих в реакцию:

$n(H_2SO_4) = C \cdot V$

$n(KOH) = C \cdot V$

Из уравнения реакции видно, что для полной нейтрализации 1 моль серной кислоты требуется 2 моль гидроксида калия. В нашем случае количество моль кислоты и щелочи одинаково ($C \cdot V$). Это означает, что гидроксида калия недостаточно для полной нейтрализации всей кислоты (требовалось бы $2 \cdot C \cdot V$ моль КОН). Следовательно, после реакции в растворе останется избыток серной кислоты. Раствор будет иметь кислую среду, а рН кислой среды меньше 7.

Ответ: Верно.

з) Исходный раствор серной кислоты имеет рН = 2, что соответствует кислой среде. При добавлении воды (разбавлении) концентрация кислоты, а следовательно, и концентрация ионов $H^+$, уменьшается. Водородный показатель связан с концентрацией ионов $H^+$ формулой $pH = -\lg[H^+]$. При уменьшении $[H^+]$, значение $\lg[H^+]$ также уменьшается (становится более отрицательным). Соответственно, значение $pH = -\lg[H^+]$ увеличивается, стремясь к значению рН чистой воды (рН = 7). Таким образом, при разбавлении кислоты ее рН растет.

Ответ: Неверно.