IChO 2015, Подборен кръг — Задача 2

МОМН, XLVII НАЦИОНАЛНА ОЛИМПИАДА ПО ХИМИЯ И ОПАЗВАНЕ НА ОКОЛНАТА СРЕДА. Подборно контролно (29-30 май, 2014 г.). ТЕОРИЯ

Условие

Активни компоненти в домакински почистващ препарат са тринатриев фосфат и натриев карбонат. Проба от препарата с маса 0.964 g е разтворена и долята с вода точно до 100 mL. Аликвотни проби от по 25.00 mL от този разтвор са титрувани с разтвор на солна киселина, с концентрация 0.115 mol/L, като след всеки добавен обем от титранта е измервано pH на титрувания разтвор. В таблицата са показани значенията на pH на титрувания разтвор, до които се достига при добавяне на съответните обеми от киселината:

Да се определи:

1 За всеки етап от титруването (до всяко от петте значения на pH)

– изразете с химични уравнения процесите, които са протекли (които показват с какво взаимодейства титранта солна киселина);

– и запишете на какво е равно количеството вещество на добавения титрант.

2 Колко е масовата част на всяка от двете соли (в препарата за почистване).

3 Колко е pH на приготвения разтвор за титруване.

Решение

Необходими справочни данни

Универсална газова константа: $R = 8.314\ \mathrm{J\ mol^{-1}\cdot K^{-1}}$

$0\ {}^{\circ}\mathrm{C} = 273\ \mathrm{K}$

Термодинамични данни:

	$\mathrm{CH_4(g)}$	$\mathrm{H_2O(g)}$	$\mathrm{H_2(g)}$	$\mathrm{CO(g)}$
$\Delta_\mathrm{f}H^0_{298}$, kJ mol$^{-1}$	-74.4	-241.8	-	-110.5
$S^0_{298}$, J mol$^{-1}$ K$^{-1}$	186.3	188.8	130.7	197.7

Молни маси $M$ (g/mol):

$M$ (g/mol): C – 12.011, Na – 22.990; O – 15.999, P – 30.974

$K_{\mathrm{a}.i}$ за $\mathrm{H_3PO_4}$: $7.6\times10^{-3}$ ($10^{-2.12}$), $6.2\times10^{-8}$ ($10^{-7.21}$), $1.26\times10^{-12}$ ($10^{-11.90}$)

$K_{\mathrm{a}.i}$ за $\mathrm{H_2CO_3}$: $4.45\times10^{-7}$ ($10^{-4.37}$), $4.69\times10^{-11}$ ($10^{-10.33}$)

За воден разтвор на натриева сол на несилна киселина $\mathrm{H}_m\mathrm{A}$: $\left(K_{\mathrm{b},1} = \dfrac{K_\mathrm{w}}{K_{\mathrm{a},m}}\right)$

$$[\mathrm{OH^-}] = \frac{-K_{\mathrm{b},1} + \sqrt{K_{\mathrm{b},1}^{\,2} + 4\times K_{\mathrm{b},1}\times c(\mathrm{Na}_m\mathrm{A})}}{2}$$

За разтвор на кисела сол $\mathrm{Na}_i\mathrm{H}_{m-i}\mathrm{A}$: $[\mathrm{H_3O^+}] = \sqrt{K_{\mathrm{a},i}\,K_{\mathrm{a},(i+1)}}$

---

Оригинал в Архива: Problems.pdf