Равновесия в растворах электролитов
Электролитами называют вещества, расплавы и растворы которых проводят электрический ток. Неэлектролиты электрический ток не проводят. Электролиты делят на две большие группы: cильные и слабые. Сильные электролиты в растворах ионизированы полностью
КА 
К 
+ А 
; HNO 
H 
+ NO 
,
а слабые – частично
KA 
К + А ; CH 
COOH 
H 
+ CH 
COO 
.
Количественными характеристиками процесса диссоциации слабого электролита являются степень диссоциации 
и константа диссоциации К 
= 
, (0≤ 
≤1); К = 
.
Cвязь между степенью диссоциации и константой диссоциации описывается уравнением Оствальда: К = 
,
где С – молярная концентрация электролита, моль/л.
Для очень слабых электролитов уравнение преобразуется в более простое К = 
С, откуда 
.
В растворах электролитов существует взаимное влияние ионов: одноименные по заряду ионы отталкиваются, а разноименные – притягиваются. В результате часть ионов оказывается в связанном состоянии. Это приводит к изменению свойств растворов, уменьшению концентрации кинетически самостоятельных частиц, как бы к снижению диссоциации электролита. Для количественного определения этого влияния используют величину ионной силы раствора (I):
I = 
(C 
z 
+ C 
z 
+ … + C 
z 
), 
где С 
,C 
, …, C 
- молярные концентрации ионов в растворе, моль/л; z 
,z 
,…,z 
- заряды ионов, соответственно.
Ионная сила является аддитивной величиной, т.е. каждый электролит вносит свой вклад в величину I независимо от других.
|
|
|
Для каждого иона определенному значению ионной силы соответствует свой коэффициент активности f, который показывает, какая часть ионов от их общего числа находится в активном, т. е. несвязанном состоянии.
Состав растворов электролитов часто характеризуют эффективной концентрацией, называемой активностью (а). Активность связана с молярной концентрацией соотношением: a = f C. При уменьшении концентрации коэффициент активности f стремится к единице и, следовательно, активность практически равна молярной концентрации.
В растворах слабых электролитов, где значение ионной силы низкое, и для разбавленных растворов сильных электролитов, можно принять а = С.
Пример 1. Рассчитать, как изменится рН раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией 0,05 моль/л при введении в него 0,05 моль/л хлорида натрия.
Решение:
а) Находим рН раствора чистой щелочи. Согласно уравнению диссоциации NaOH 
Na 
+ OH 
C 
= C 
= 0,05 моль/л.
Ионная сила данного раствора:
I = 
.
По таблице находим коэффициент активности для однозарядных ионов
f = 0,85. Тогда, а 
= f C = 0,85∙0,05 = 0,0425 моль/л и
рОН = - lg a = - lg 0,0425 = 1,37, pH = 14 – pOH = 14 – 1,37 = 12,63.
|
|
|
б) Рассчитаем рН после добавления в раствор щелочи соли хлорида натрия. Хлорид натрия диссоциирует полностью NaCl 
Na 
+ Cl 
,
давая в раствор 0,05 моль/л ионов Na 
и 0,05 моль/л ионов Cl 
. Следовательно, ионная сила такого раствора станет равной 0,1.
I = 
При такой ионной силе f 
= 0,8 (см. таблицу).
рOН = - lg a 
= - lg 0,8∙0,05 = - lg 0,04 =1,4; pH = 14 – pOH = 14 – 1,4 = 12,6
Таким образом, рН уменьшится с 12,63 до 12,6.
Ответ: рН уменьшится с 12,63 до 12,6
Пример 2. Вычислить концентрацию ионов водорода Н 
и степень диссоциации уксусной кислоты в растворе с молярной концентрацией эквивалента кислоты 0,001 моль/л.
Решение: Уксусная кислота - слабый электролит
СH 
COOH 
H + CH COO .
C 
= 
C 
, 
= 
, K 
= 1,8∙10 
,
= 
= 0,134, C = 0,134∙0,001 = 1,34∙10 
моль/л.
Ответ: C = 1,34∙10 моль/л.; 
= 0,134
Пример 3. Выпадет ли осадок при смешивании равных объемов сульфата марганца с С(MnSO 
) = 0,01 моль/л и раствора сульфида аммония с С((NH 
) 
S) = 0,02 моль/л?
Решение : MnSO 
+ (NH 
) 
S = MnS 
+ (NH 
) 
SO 
Осадок будет образовываться только в том случае, если [Mn 
]∙[S 
] > ПР 
.
При сливании равных объемов растворов концентрации уменьшились вдвое, т.е. концентрация сульфата марганца стала 0,005 моль/л, а концентрация сульфида аммония – 0, 01 моль/л.
|
|
|
MnSO 
Mn 
+SO 
, (NH ) S 
2NH 
+ S ,
[Mn ] = [MnSO ] = 0,005 моль/л, [S ] = [(NH ) S] = 0,01 моль/л,
[Mn ]∙[S ] = 0,005∙0,01 = 5∙10 
, ПР = 1,1∙10 
(cправочная величина ),
[Mn ]∙[S ] > ПР , осадок будет выпадать.
Ответ: осадок будет выпадать
Пример 4. Можно ли приготовить раствор гидроксида кальция с молярной концентрацией 0,002 моль/л?
Решение: Определим молярную концентрацию ионов в заданном растворе из уравнения диссоциации Ca(OH) 
Ca 
+ 2OH 
,
[Ca+2] = C 
= 2∙10 
моль/л, [OH-1] = 2С 
= 2∙2∙10 
= 4∙10 
моль/л,
[Ca+2][OH-1]2 = 2∙10-3(4∙10-3)2 =32∙10-9 =3,2∙10-8
Полученная величина произведения концентраций меньше справочного значения константы растворимости ( K 
= 6 ∙10-6) следовательно, вещество растворится полностью и раствор с концентрацией (Са(ОН) 
) равной 0,002 моль/л приготовить можно.
Ответ: можно
Ответ: среда кислая, рН = 3,57
Задания для самостоятельного решения:
Написать уравнение гидролиза соли, по всем возможным ступеням и выражение для констант гидролиза по этим ступеням. Рассчитать рН раствора соли, учитывая только первую ступень гидролиза (концентрация соли указана в столбце 4а). Указать реакцию среды раствора. Определить, как будет изменяться рН раствора при нагревании и почему?
|
|
|
|
| формула вещества | Концентрация соли, моль/л | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| ||
| 1 | NaOH | H2SO3 | AgCl | MnI2 | 0,06 | |
| 2 | HCl | NH4OH | PbSO4 | Zn(NO3)2 | 0,01 | |
| 3 | LiOH | H2CO3 | CdS | FeCl3 | 0,04 | |
| 4 | HNO3 | HNO2 | CaF2 | КCN | 0,007 | |
| 5 | HBr | H3BO3 | Ag2S | NaHCO3 | 0,05 | |
| 6 | KOH | H2Se | BaSO4 | CuBr2 | 0,001 | |
| 7 | H2SO4 | NH4OH | PbCl2 | (NH4)2SO4 | 0,005 | |
| 8 | HClO4 | HClO | ZnS | Na2S | 0,03 | |
| 9 | Ba(OH)2 | H3PO4 | PbI2 | Ni(NO3)2 | 0,004 | |
| 10 | RbOH | H2S | Ag3PO4 | K2SiO3 | 0,7 | |
| 11 | HNO3 | HCOOH | Fe2S3 | NH4Cl | 0,002 | |
| 12 | HI | H2SiO3 | Cu2S | Na3PO4 | 0,06 | |
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 326; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!