4. Каков будет pH гидрокарбонатной буферной смеси, образованной путем смешивания 30 мл 0,1М H2CO3 и 70 мл 0,1М NaHCO3

Misticheskiy_Lord

27

Для решения первой задачи, нам необходимо использовать принцип Лево-Латтерса, который гласит: вода служит основанием в паре H2O/H3O+ и кислотой в паре H2O/HOH.

Для начала, определим, какая из пар окислением или восстановлением будет продолжаться:

H2CO3 + H2O ⇌ H3O+ + HCO3^-

NaHCO3 ⇌ Na+ + HCO3^-

Видно, что H2CO3 в данном случае является кислотой, поэтому процесс будет продолжаться окислением.

Далее, составим балансовое уравнение, учитывая данные задачи:

H2CO3 + H2O ⇌ H3O+ + HCO3^-

NaHCO3 ⇌ Na+ + HCO3^-

Теперь определим концентрации всех веществ:

V1 = 30 мл; C1 = 0.1 М (H2CO3)

V2 = 70 мл; C2 = 0.1 М (NaHCO3)

Объединяя данные, получаем:

\(V_1 \cdot C_1 = (30 \cdot 0.1) \, \text{моль}\)

\(V_2 \cdot C_2 = (70 \cdot 0.1) \, \text{моль}\)

Теперь, используя принцип Лево-Латтерса, мы можем расчитать концентрации всех веществ:

\(C_{H2CO3} = C_{HCO3^-} = C_1 + C_2 = 0.1 \, \text{М} + 0.1 \, \text{М} = 0.2 \, \text{М}\)

\(C_{H3O+} = C_{Na+} = 0 \, \text{М}\)

Так как pH = -log[H3O+], мы можем использовать концентрацию H3O+ для расчета pH:

\(pH = -\log[C_{H3O+}] = -\log[0] = \infty\)

Таким образом, pH гидрокарбонатной буферной смеси будет равно бесконечности.

Перейдем к решению второй задачи.

Для расчета потенциала кадмиевого электрода (E), мы можем использовать уравнение Нернста:

\(E = E^0 + \frac{RT}{nF}\ln(Q)\)

Где:
- E - потенциал кадмиевого электрода (искомое значение)
- E^0 - стандартный потенциал кадмия (дано)
- R - газовая постоянная (8.314 Дж/(моль·К))
- T - температура (300 К)
- n - количество электронов, участвующих в реакции (2 для Cd2+)
- F - постоянная Фарадея (96485 Кл/моль)
- Q - отношение активностей продуктов реакции к активностям реагентов

В нашем случае, концентрация ионов кадмия (Cd2+) равна 0.015 М, что соответствует их активности. Поскольку активность ионов равна их концентрации в данном случае, мы можем использовать эту концентрацию для расчета Q.

Подставим известные значения в уравнение Нернста:

\(E = E^0 + \frac{RT}{nF}\ln(Q)\)

\(E = -0.403 \, \text{В} + \frac{(8.314 \, \text{Дж/(моль·К)}) \cdot (300 \, \text{К})}{(2) \cdot (96485 \, \text{Кл/моль})} \ln(0.015)\)

\(E \approx -0.403 \, \text{В} + (-0.0131) \ln(0.015)\)

Подставляем это в калькулятор и получаем значение:

\(E \approx -0.403 \, \text{В} + (-0.0131) \cdot (-4.1997) \approx -0.403 \, \text{В} + 0.0552 \approx -0.348 \, \text{В}\)

Таким образом, потенциал кадмиевого электрода в водном растворе сульфата кадмия с активностью ионов кадмия 0.015 при температуре 300 К будет примерно равен -0.348 В (po(Cdicd2+)).