Растворимость газа с кислотными функциями в зависимости от рН

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Воронежский государственный университет"

Химический факультет

Курсовая работа

Растворимость газа с кислотными функциями в зависимости от рН

Выполнила Пузина А.П.

Руководитель Наумов А.В.

Воронеж 2011

Оглавление

Введение

1. Цель работы

2. Выполнение работы

Вывод

• Список литературы
• Введение

Закон Генри показывает взаимосвязь между концентрацией газа в растворе и давлением его над поверхностью растворителя. Приводим формулу:

,

где C - концентрация газа, К^г - константа Генри, p - парциальное давление газа над растворителем. В случае, если парциальное давление газа равно 1 атмосфере, концентрация газа в растворе равна константе Генри. Если мы используем в качестве растворителя водные растворы кислот и щелочей, очевидно, что для газов, обладающих кислотно-основными свойствами: СО ₂, SO₂, NH₃, NO₂, PH₃, Cl₂ и т.д., константа Генри будет зависеть от значения рН раствора, в котором растворяется газ.

1. Цель работы

Исследовать теоретически зависимость константы Генри от рН раствора, в котором растворяется газ, обладающий кислотными свойствами.

2. Выполнение работы

В качестве газа, обладающего кислотными свойствами, выберем СО ₂. Как было показано выше, константа Генри равняется концентрации СО ₂, при условии р=1атмосфера. Принимаем, что суммарная концентрация газа в растворе определяется концентрациями следующих частиц: [H₂CО ₃], [HC0₃^-], [CО ₃^2-]. Присутствие таких частиц в растворе обусловлено следующими процессами:

Первый процесс характеризуется константой равновесия равной константе диссоциации угольной кислоты по первой ступени:

Второй процесс характеризуется константой равновесия численно равный константе диссоциации угольной кислоты по второй ступени:

Таким образом,

,

где [H₂CO₃] - равновесная концентрация молекул угольной кислоты,

[HCO₃^-] -равновесная концентрация в растворе частиц бикарбоната HCO₃^-, газ растворитель кислотный

[CO₃^2-] - равновесная концентрация в растворе частиц карбоната CO₃^2- .

Выразим концентрацию частиц [HCO₃^-] и [CO₃^2-] через равновесную концентрацию молекул угольной кислоты.

где К ₁ и К ₂ константа диссоциации угольной кислоты по первой и второй ступени соответственно.

Следовательно,

Преобразуем уравнение в следующий вид:

Выразим концентрацию [Н⁺] через рН.

Очевидно, что при рН стремящимся к нулю последнее произведение стремится к единице поскольку порядок значения К ₁ составляет 10^-7, следовательно при pH=0 константа Генри равна концентрации Н ₂СО ₃, обозначим её через К^г ₀. (константа Генри при нулевом значении рН). Поскольку для данной системы это постоянная величина, мы переносим её в левую часть в виде:

Данное уравнение отражает зависимость константы генри от рН при очевидном условии, что К^г ₀ есть постоянная величина для данной системы.

Зависимость К^г/ К^г ₀ от рН

Рис. 3.1. Зависимость рН от ln (К^г/ К^г ₀)

Как видим, на графике присутствуют 2 точки перелома, т.е. на графике присутствуют 3 участка.

Такой ход графика объясняется тем, что первый участок ограничивается интервалом рН [0,6], т.е. при этих значениях рН растворенный СО ₂ присутствует в форме не диссоциируемых молекул уксусной кислоты.

На втором участке, т.е. в интервале рН [6,10], весь растворенный СO₂ в растворе содержится в виде бикарбонат-иона HCO₃^-, а концентрация карбонат-ионов CO₃^2- практически равна нулю.

На третьем участке, т.е. в интервале значений рН [10,14], весь растворенный СО ₂ в растворе присутствует в виде карбонат-иона CO₃^2-, а концентрация бикарбонат-ионов HCO₃^- практически равна нулю.

Для исследования графической зависимости логарифмируем уравнение.

Учитывая всё выше сказанное, мы можем записать для первого участка:

Для второго участка:

Для третьего участка:

Как видно, последние уравнения представляют уравнения прямой. Из найденных трех уравнений функции вычислим первые производные. Для первого случая производная равна нулю, для второго - 1, для третьего - 2.

Вывод