Не посвящается никому. Ибо нефиг. Предисловие
 Скачать 1.28 Mb.
|
|
Не посвящается никому. Ибо нефиг. Предисловие. Будучи огорчен качеством преподавания химии в РНИИМУ, и тем более, способом последующего контроля качества образования – тестами, я решил оказать посильную помощь студентам в сдаче оных. Пособие представляет собой краткую, насколько возможно, инструкцию, как минимально загрузив голову таки сдать этот окаянный тест. Я исследовал большое их количество, обобщил результаты. На каждый вид вопросов я постарался дать ответ, в меру научный, чтобы все-таки не слишком уйти от своих химических корней, но и достаточно ясный, чтобы он мог быть воспринят среднестатистическим студентом. Теперь я представляю свой труд для использования широкой общественностью, надеюсь, моё творение сможет послужить к чьей-нибудь пользе. С одной стороны, тема имеет глубокие корни. В биохимии, которую предстоит изучать на втором курсе, есть флешбеки вот сюда. С другой стороны, тест недостаточно раскрывает суть теории Брёнстеда. Пожалуйста, внимательно слушайте преподавателей на паре, по возможности, читайте умные книжки. Мы же, как повелось, опишем тактику решения теста, сколь бы странными далёким от темы он ни был. Не так уж они далёк, между прочим. Конечно, многим хотелось бы иметь готовые ответы и не париться. Думаю, что за годы работы eois общественность накопила некоторый объем ответов, он постепенно совершенствуется, доля верных ответов растет, уже вона была больше 70%. Правда, обновление вопросов в 2017 добавило веселья. Однако, в отношении химии мне это кажется неудачным путем. Объясню, почему я так считаю. Во-первых, вопросов большое количество, и они, как назло, очень похожи. Это делает трудным списывание с правильных ответов, и, одновременно, делает тесты уязвимыми к методичкам вот такого плана, с разбором вопросов на группы и злой иронией поэтому поводу. Во-вторых, некоторые персонажи, как Карина, например, почему-то борются со списыванием, что делает этот процесс не самым простым трюком. А глядя на всё это глобально, по-моему, все же лучше что-то понимать и мыслить, чем списывать. Заранее благодарен за адекватные комментарии, дополнения и исправления к тексту. Текст создан исключительно из гуманных соображений и распространяется безвозмездно. Удачи, ни пуха, ни пера, дорогие любители химии. Алексей «Леша-химик» Федоров, Е, L. и А. 07.10.2017. – 06.10.2021 Тема 6. Электролиты и рН. Введение Просим обратить пристальное внимание на введение Очень важно разобраться, что здесь написано. В вопросах этой темы могут встречаться вещества 7 видов. Тип Пример Сильная кислота HCl (хлорид, HBr (бромид, HI (йодид, нитрат, H 2 SO 4 (сульфат, H 2 CrO 4 (хромат, H 2 Cr 2 O 7 (дихромат, HClO 3 хлорат, HClO 4 перхлорат) Сильные основания , щелочи NaOH, LiOH, RbOH , KOH, CsOH, Ca(OH) 2, Ba(OH) 2, Sr(OH) 2 Слабые кислоты HF (фторид, H 2 S (сульфид, H 2 SO 3 сульфит, HNO 2 нитрит, H 3 PO 4 фосфат, С карбонат, О силикат, HClO (гипохлорит, HCN цианид, органические кислоты О формиат, CH 3 COOH (ацетат, ClCH 2 COOH (это хлоруксусная кислота, ДА Такое тоже бывает. Соль — хлорацетат)…) и другие R-COOH Слабые основания NH 3 , амины (CH 3 NH 2 , C 2 H 5 NH 2 , (CH 3 ) 2 NH…), нерастворимые гидроксиды (Zn(OH) 2 , Al(OH) 3 …) Соль сильного основание и сильной кислоты KCl,NaCl, CaI 2 , Rb 2 SO 4 , Соль сильного основание и слабой кислоты С, KF, K 3 PO 4, Na 2 SO 3 Соль слабого основания и сильной кислоты NH 4 Cl, [(CH 3 ) 2 NH 2 ] 2 SO 4 , AlCl 3 , и др. Кислые соли NaHCO 3 , KHS, Соли слабых оснований и слабых кислот CuF 2 , фторид меди Обратите внимание на разницу 1) между аминами и их солями (солями слабых основания и сильных кислот CH 3 NH 2 – амин, слабое снование, CH 3 NH 3 [Cl] – это соль слабого основания и сильной кислоты, метиламмонийхлорид! Амины – это слабые основания, а соли аминов — соли слабых оснований с сильными кислотами. 2) Обратите внимание на как бы парные кислоты, как например HNO 2 (слабая) и HNO 3 (сильная, не перепутайте. Есть полуэмипиреческое правило L, если в кислоте на 1 О больше, чем Н, то она слабая, если на 2 О больше, чем Н, то сильная. 3) В скобках после кислот написано название их солей, те. соль СН 3 СООН называется ацетат и это соль слабой кислоты. Вещества могут быть заданы и названиями, тоже храните эту информацию где-то рядом. Может встречаться дичь типа стеарата/пальмитата/пирувата — формулы неприводим, но всё это соли слабых органических кислот. Внимание В тесте более чем в половине приведенных вопросов решение начинается с того, что дано некое вещество, и нужно определить, какого оно класса сильная или слабая кислота, или основание, или соль, и т.д. 100% точно убедитесь, что Вы научились разбираться. Пожалуйста, обратите на это огромное внимание Мы не шутим. Типичные вопросы 1. Вещество и область pH. Пример изи… Как с этим бороться Сначала надо понять, какие типы веществ даны. Вспомните введение Мы не шутили, как видите. ильные и слабые кислоты, соли слабых оснований и сильных кислот — pH<7, кроме этого соли слабых оснований и сильных кислот гидролизуются по катиону. И кроме того, кислая соль сильной кислоты, NaHSO 4 – не гидролизуется, но имеет кислую среду, pH<7. Соли сильных оснований с сильными кислотами, кислые соли слабых кислот — pH≈7 Сильные и слабые основания, соли сильных оснований и слабых кислот — pH>7. Кроме того, соли слабых кислот и сильных оснований ещё и гидролизуются, но это может быть и не упомянуто. 2. Вещество, возрастание и убывание рН. Пример Пока тоже ничего особенного Как с этим бороться Сначала определяем типы веществ, снова возвращаемся к введению. Затем находим эти вещества на шкале. Для решения этих вопросов удобно воспользоваться шкалой возрастания рН: Изданных на шкале девяти веществ нам дано всегда 4, надо определить, что нам дано, и расположить в том порядке, что нам дано. Ну и расположить. ОТВЕТ H 2 SO 4 сильная двухосновная кислота, сильная одноосновная кислота, KNO 3 соль сильное о.+сильная к, LiOH (однокислотное, теперь можно говорить так, основание. Пожалуйста, не перепутайте, где нужно располагать в порядке возрастания, а где в порядке убывания, это хорошиий способна лёгком вопросе потерять балл. Мы это проверили на себе. 3. Вещество и значение рН. Пример Аналогично прошлому Как с этим бороться Вопрос решается также, как и предыдущий. Сначала определяем типы веществ (основания, соли, кислоты и тд). Снова, внимание на введение. Не ленитесь возвращеться туда, если не уверены. Самому сильной и кислой кислоте в соответствие ставим самую маленькую цифру, самой щелочному основанию – самую большую цифру. ОТВЕТ KNO 3 =7 Амин =11,4 RbOH = 12,0 Sr(OH) 2 = 12,3 4. Вещество и свойства Пример Ну так Как с этим бороться В общем виде это решается довольно сложно. Кислота – это частица способная отдать H + , основания – это частица, способная присоединить H + . (Определение Брёнстеда, между прочим. Кислотами являются (очевидно, лол) кислоты, и сильные, и слабые, но кроме того кислотами являются соли аминов и аммиака. Например, аммоний способен отдать Н, верно NH 4 + ↔ NH 3 + H + Следовательно NH 4 + – это кислота. Ещё кислотой является странная, пугающая конструкция Н 3 О + Зовут это чудо ион гидроксония, образовался он путём присоединения Н к воде, и теперь может быть оторван обратно, поэтому гидроксоний — кислота. Грубо и не всегда точно, но можно ориентироваться, что обычно кислота это или сама кислота как есть или что-то с «+». Нужно это для того, чтобы отдать Н + Основания — NH 3 , другие амины, также- и остатки слабых кислот, например, фторид может присоединить Н, F - + H + ↔ HF Следовательно, F - – это основание. Грубо итак жене всегда точно можно ориентироваться, что амины, аммиак или что-то с «-» скорее всего, окажется основанием. Нужно это для того, чтобы присоединять Н + Если частица способна присоединять и отдавать Н, то она — и основание, и кислота. Примеры остатки кислых солей, аминокислоты в виде «+/-». Кроме того, хоть и не очевидно, но и кислотой, и основанием может быть вода. Оцените, ведь могут быть процессы ОН - ↔Н 2 О↔Н 3 О + ? Вода в одну сторону отдаёт, в другую принимает Н. Значит и кислота, и основание, на химической фене это называется амфолит. Решите больше примеров, чтобы увидеть, какую хуиту могут подлить. 5. Кислотно-основные пары. Пример Соотнесите кислоту из левой колонки с основанием из правой колонки так, чтобы они образовали сопряженную кислотно-основную пару: Каждой твари по паре Как с этим бороться Очень легкий вопрос Кислотно-основные пары – это два почти одинаковых вещества, которые отличаются на один H + , например NH 3 и NH 4 + . Нет, тут нет наёбки. Да, тут всё так просто. Важно, чтобы они отличались именно на один Например, HPO 4 2- и H 2 PO 4 - – это кислотно-основная пара. HPO 4 2- и H 3 PO 4 - – это не кислотно-основная пара. 6. Протолитические равновесия. Пример Нууууу, уже так Апгрейд Как с этим бороться Протолитическое равновесие – это реакция, в которой отдается или присоединяется H + Грубо можно сказать, что если в реакции есть кислотно-основная пара (см. пред. вопрос, то это элементарный акт реакции протолитического равновесия, как об этом написано в вопросе. Важно, чтобы отличие было именно в один Н В два и более, это уже не элементарный акт протолитического равновесия. Например, Н 3 РО 4 ↔ Н 2 РО 4 - + Н считается протолитическим. равновесием, Н 3 РО 4 ↔ РО 3- + 3 Н не считается. Внимательно осмотрите реакции. Вещество может присоединять/отдавать Низ среды, например, Н 3 РО 4 ↔ Н 2 РО 4 - + Н + , но это бывает редко. Чаще вещества передают Н друг другу. Очень часто в этом участвует вода, например, HBr + H 2 O ↔ H 3 O + + Br - . Тут кислота передаёт воде Н, вода переходит в гидроксониий. Кислотно-основная пара, как положено, налицо, значит равновесие. Кроме того, с 2021 года появился новый тип вопроса, сформулированный к какому равновесию подходит константа рКх?», где ХА, А, А, А, B, BH+. Константы подходят следующим образом. рКа – константа диссоциации слабой кислоты (отрицательный логарифм. Будет подходить к реакциям типа HA ⇄ H + + A - Или более современно HA + H 2 O ⇄ A- + H 3 O + Кислота передаёт свой Н+ воде, и образуется гидроксоний Н 3 О + Например CH 3 COOH ⇄ CH 3 COO - + H + или CH 3 COOH + H 2 O ⇄ CH 3 COO - + НО + H 2 O ⇄ NO 2 - + Н 3 О + То есть отрыву одного иона водорода. Обратите внимание на обратимое равенство, должно быть именно оно. Односторонние стрелки не принимаются. Иногда можно найти рКа1, рКа2, рКа3 – они соответствуют отрыву первого, второго и третьего водорода от кислоту которого их много (многоосновные). Например, РКа1 подходит к H 2 CO 3 ⇄ H + + HCO 3 - (угольная кислота теряет первый из двух водородов) H 2 CO 3 + H 2 O ⇄ НО+ HCO 3 - (тоже самое на современном языке H + + H 2 PO 4 - (фосфорная кислота теряет первый из трёх водородов) H 3 PO 4 + H 2 O ⇄ НО+ H 2 PO 4 - (тоже самое на современном языке) Тогда как рКа2 подходит равновесиям HCO 3 - + H 2 O ⇄ НО+ CO 3 2- (угольная кислота теряет второй из двух водородов) H 2 PO 4 - + H 2 O ⇄ НО+ HPO 4 2- (фосфорная кислота теряет второй из трёх водородов) Ну и наконец рКа3 может подходить только фосфорной кислоте, потому что она – единственная известная нам трёхосновная. HPO 4 2- + H 2 O ⇄ НО+ PO 4 3- (фосфорная кислота теряет третий из трёх водородов) Константа рК B подходит к уравнениям, в которых слабые основания отбирают водороду воды, в общем виде так B + H 2 O ⇄ BH + + Например NH 3 + H 2 O ⇄ NH 4 + + OH - CH 3 NH 2 + H 2 O ⇄ CH 3 NH 3 + + OH - Итак далее. Константа рК BH+ - константа диссоциации кислоты, сопряженной слабому основанию. В общем виде BH+ + H2O ⇄ B + НО+ Например, NH 4 + + H 2 O ⇄ NH 3 + НО. Подбор формул. Пример 2016, выбор из одного варианта 2021, выбор множественный Как с этим бороться Для подбора формул используем таблицу из методички стр. 33. Хотя это итак у всех есть, для краткости поисков приведём её тут. Сильная кислота 𝑝𝐻 = − log кислота) Сильное основание 𝑝𝐻 = 14 + log 𝑐 (основание) Слабая кислота 𝑝𝐻 = 1/2(𝑝𝐾 𝑎 − log 𝑐) Слабое основание 𝑝𝐻 = 1/2(14 + 𝑝𝐾 𝐵𝐻+ + log 𝑐) Соль сильного основания и сильной кислоты 𝑝𝐻 = 7 (да, тут нет расчетов) Соль сильного основания и слабой кислоты 𝑝𝐻 = 1/2(14 + 𝑝𝐾 𝑎 + log 𝑐) Соль слабого основания и сильной кислоты 𝑝𝐻 = 1/2(𝑝𝐾 𝐵𝐻+ − log 𝑐) Кислая соль 𝑝𝐻 = 𝑝𝐾 𝑎1 + 𝑝𝐾 𝑎2 Заметим, что есть несколько подводных граблей. 1) Сильные кислоты и основания бывают двухосновными, например H 2 SO 4 или Ba(OH) 2 . Для них в формуле концентрация умножается на 2, то есть 𝑝𝐻 = − log 2𝑐(𝐻 2 𝑆𝑂 4 ) Связано стем, что при диссоциации на 1 молекулу кислоты образуется 2 Нс основанием аналогично. Кстати, в примере как раз об этом. 2) Слабые двухосновные кислоты, может быть дано две константы диссоциации рК а1 и рК а2 Спраедливо может возникнуть вопрос какого хуя тут творится какую константу следует использовать. Ответ — только первую, вторая нахуй ненужна для этого вопроса. Объяснение, если оно кому-то интересно слабые кислоты диссоциируют по первой ступени, выделяющийся ион Н смещает равновесие по второй ступени практически полностью в сторону подавления диссоциации. Если ты любопытный, ноне понял, то смотри H 2 CO 3 ⇄ H + + HCO 3 - рКа1 HCO 3 - ⇄ H + + CO 3 2- рКа2 В первой реакции выделяется Него концентрация растёт. Это влияет на вторую реакцию, нас так учили две темы назад, если увеличить концентрацию продукта, (Н, равновесие сместится влево. Это значит, что вторая реакция практически не происходит, а рКа2 нам тут нахуй ненужен) Соли слабых двухосновных кислот с сильными основаниями, та же херня, тоже две константы. Тут нужна вторая, только рКа2. Для фосфорной кислоты брать рКа3. Короче, берётся большая константа. Объяснение похожее, только всё наоборот. Расписывать не будем. 4) Поскольку в 2021 добавился множественный выбор, то имеет смысл помнить для любых кислот всегда верна формула рН = −log Откуда берётся концентрация водорода, лучше не думать. Также и для любых оснований верна формула 𝑝𝐻 = 14 − 𝑝𝑂𝐻 = 14 + log [𝑂𝐻 − ] Опять-таки лучше не думать, как посчитать рОН и концентрацию ОН 5) Гидрофосфаты и дигидрофосфаты, кислые соли фосфорной кислоты. Т.к. фосфорная кислота трёхосновная, то дано будет три (АААА!!!! Что творится, б твою мать) константы диссоциации рКа1, рКа2, рКа3. Для солей (Na 2 )НРО 4 2- рН считается по ой и ей константам, а для (Na)Н 2 РО 4 - по ой и ой 𝑝𝐻(𝐻𝑃𝑂 4 2− ) = 𝑝𝐾𝑎2 + 𝑝𝐾𝑎3 2 𝑝𝐻(𝐻 2 𝑃𝑂 4 − ) = 𝑝𝐾𝑎1 + 𝑝𝐾𝑎2 а вот объяснений неприводим. Задачи. Пример Приведём решение сразу, многим жене терпится, и многие уже почти догадались, как это делать. Амин – это слабое основание. Следовательно, формула из расчёта как у слабых оснований 𝑝𝐻 = 1/2(14 + 𝑝𝐾 ВН+ + В дано все есть, ёпта! Подставляем и считаем. Ответ Оставим для самостоятельного решения. Как с этим бороться Обязательно научитесь решать задачи данного вида, их четыре штуки на тест. Без них даже порог не получается. 1) Определяем тип вещества. Это делается также, как описано во введении. Не поленитесь, если не уверены, ещё развернуться туда. В соответствии подбираем формулу, как в 9 вопросе. Косвенно может помочь дано. Если там рКа — то вещество в задаче либо слабая кислота, либо её соль, если рКвн+ — то слабое основание или его соль. 2) Хернем в формулу данные издано) Рассчитаем и получим ответ. Сначала считаем логарифм, потом всё остальное. Решение из примера про CLCH 2 COOH: Слабая кислота, значит формула 𝑝𝐻 = 1 2 ∙ (𝑝𝐾 𝑎 − log 𝐶) С подстановкой цифр 𝑝𝐻 = 1 2 ∙ (2,87 − log 0,01) Считаем логарифм 𝑝𝐻 = 1 2 ∙ (3,17 − (−2)) Логарифм всегда должен быть отрицательным, это важно. Если нет — пересчитывайте. Для элиты от математики напоминаем, что минус на минус даёт плюс, но плюс на минус — таки минус. 𝑝𝐻 = 1 2 ∙ (2,87 + 2) = 1 2 ∗ 4,87 = 2,435 ≈ 2,4 Обратите внимание на подводные грабли, описанные в прошлом вопросе. Если кислота двух- или трёхосновная, то для расчётов берём рКа1, остальные не учитываем совсем. Если соль слабой многоосновной кислоты, то рКа-последнюю, 2 или 3. При расчётах всё это нужно учитывать. При работе с подопытными обнаружены следующие особенности 1) Тупо неправильные расчёты. Пересчиитывайте несколько раза топотом опять начнётся, хули у меня тут неправильно и а посмотрите где тут две ошибки. Делать надо всё внимательно и аккуратно. Пожалуйста. Номы вам конечно поможем, и ошибки постараемся найти. 2) Обратите внимание на интервалы. У кислот рН меньше 7, у оснований больше 7. У солей, в зависимости от происхождения, тоже есть определённость, у некоторых больше, у некоторых меньше 7. Если, например, у HCN (слабая кислота) получилось рН=10,7, то вы что-то делаете явно неправильно. 3) Округление. Обращайте внимание, до какого знака просят округлять. Вроде бы всегда до десятых. Это значит, что рН=12 неправильно, рН=12,0 правильно. Даже такая мелочь приводит к потере баллов. Напоминаем, что по правилами дальше округляется до большего. Например, 5,55 округляется до 5,6. Но 5,54 округляется до 5,5. Кроме того, найдена пара действительно сложных примеров. KHSO 4 . Формально кислая соль, но констант рКа не дадут, и применить формулу из таблицы нельзя. Да и ненужно. Считать по формуле как для сильной одноосновной кислоты, рН= - lg C. До причин, почему так, лучше не докапываться. (NH 4 ) 2 SO 4 . Соль слабого основания и сильной кислоты. Формула как в таблице. Нюанс в том, что слабых оснований как бы х, поэтому концентрацию в той формуле надо умножить на 2. В остальном расчёт обычный. Хрен там плавал. Правильный ответ на момент написания этой статьи вычисляется из предположения, что с) = с, с чем мы категорически несогласны и зарепортили Карине, постараемся держать в курсе. Ебучий H 2 S сероводород не хочет считаться по формуле слабых кислот через рКа1, в чём подвох нам пока неизвестно. Ждём новых сюрпризов 9. Гидролиз. Пример Идут года, тут изменений нет почти Как с этим бороться Точно как в ЕГЭ, надеемся, Вы ещё помните. Соли сильных оснований и сильных кислот – гидролиза нет. Соли сильных оснований и слабых кислот – гидролиз по аниону. Соли слабых оснований и сильных кислот – по катиону. Соли слабых оснований и слабых кислот — по катиону и аниону. Нигде больше в тесте такой тип солей не встречался, поэтому толком не описан. Кислые соли – описываются хитрой формулировкой гидролиз есть, среда не зависит от концентрации Приложение. Таблица стр. 33, методичка с САРС-ами. Настоятельно рекомендуется к подробному изучению, 100% годнота. Как обычно, мы проверяем нашу теорию на себе. Честно заметим, что на этот раз десятка далась нам нес первой попытки — расчёты действительно отравляют жизнь. Спасибо за внимание |