Формула муравьиной кислоты

Определение и формула муравьиной кислоты

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Муравьиная кислота (метановая кислота) – простейшая карбоновая кислота, родоначальник класса карбоновых кислот.

Химическая формула – $HCOOH$

Молярная масса равна $46,03$ г/моль.

Физические свойства – бесцветная жидкость, обладающая резким проникающим запахом при комнатной температуре.

Она смешивается с водой и многими полярными органическими растворителями, и в некоторой степени растворяется в углеводородах.

В углеводородах в паровой фазе, она состоит из связанных водородными связями димеров.

Благодаря тенденции к образованию водородных связей, газообразная муравьиная кислота не подчиняется закону идеального газа.

Твердая муравьиная кислота состоит из бесконечной сети связанных водородными связями молекул.

Химические свойства муравьиной кислоты

Муравьиная кислота проявляет типичные кислотные свойства, например, она реагирует с щелочами:
$HCOOH + NaOH = HCOONa + H_2O$
При нагревании с сильными водоотнимающими средствами, такими как концентрированная серная кислота, разлагается на $H_2O$ и $CO$ :
$HCOOH \rightarrow CO \uparrow + H_2O$
$HCOOH$ имеет некоторые свойства альдегидов. Она может окиляться до $CO_2$ :
$2KMnO_4 + 5HCOOH + 3H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + 2MnSO_4 + 5CO_2 \uparrow + 8H_2O$

Применение

Муравьиная кислота широко используется в лабораторной практике, например, формилирование метиланилина в N-метилформанилин.

А также находит применение в медицине для обработки бородавок.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Рассчитайте равновесную концентрацию $HCOOH$ в водном растворе, если начальная концентрация кислоты равна $1$ моль/л при $pH = 3$ .

Решение

Запишем выражение для константы равновесия:

$HCOOH \rightleftharpoons HCOO^- + H^+$

Начальная концентрация муравьиной кислоты $C_0 = 1$ моль/л, $x$ — убыль кислоты.

$K = \frac{[HCOO^-] \cdot [H^+]}{[HCOOH]} = \frac{x^2}{C_0 - x}$

Запишем уравнение материального баланса:

$C_0 = [HCOOH] + [HCOO^-]$

$C_0$ — начальная концентрация муравьиной кислоты $HCOOH$

$[HCOOH]$ — текущая концентрация $HCOOH$

$[HCOO^-]$ — текущая концентрация иона $HCOO^-$ , равная убыли концентрации $HCOOH$

Выразим $[HCOO^-]$ из константы равновесия:

$[HCOO^-] = \frac{K \cdot [HCOOH]}{[H^+]}$

$C_0 = [HCOOH] + \frac{K \cdot [HCOOH]}{[H^+]} = [HCOOH] \cdot \left (1 + \frac{K}{[H^+]} \right )$

Выразим $[H^+]$ через $pH$ :

$pH = -\lg [H^+] \Rightarrow [H^+] = 10^{-pH}$

$[HCOOH] = \frac{C_0}{1 + \frac{K}{10^{-pH}}}$

$K = 1,8 \cdot 10^{-4}$

$pH = 3$

$[HCOOH] = \frac{1}{1 + \frac{1,8 \cdot 10^{-4}}{10^{-3}}}$ = $0,84746$ моль/л

Ответ

$[HCOOH] = 0,84746$ моль/л

ПРИМЕР 2

Задание

Определите изотонический коэффициент муравьиной кислоты с концентрацией ее в водном растворе $1 M$ .

Решение

Получим выражение для степени диссоциации HCOOH через константу диссоциации:

$HCOOH \rightleftharpoons HCOO^- + H^+$

Исходная концентрация $HCOOH$ равна $C_0$ , тогда текущие концентрации:

$[HCOOH] = C_0 - x$

$[HCOO^-] = [H^+] = x$

$\alpha = \frac{x}{C_0}$

$\alpha$ — степень диссоциации

$K = \frac{[HCOO^-] \cdot [H^+]}{[HCOOH]} = \frac{x^2}{C_0 - x} = \frac{\alpha ^{2} \cdot C_0^2}{C_0 - \alpha \cdot C_0} = \frac{\alpha ^{2} \cdot C_0}{1 - \alpha }$