Растворы электролитов. При растворении электролита в воде увеличивается общее число частиц, т
При растворении электролита в воде увеличивается общее число частиц, т. к. электролиты диссоциируют на ионы и наблюдается отклонение от законов Вант-Гоффа и Рауля.
Это отклонение характеризуется изотоническим коэффициентом i, который показывает, во сколько раз осмотическое давление росм , повышение температуры кипения Dtкип, понижение температуры замерзания Dt’зам электролита, найденные экспериментально, больше соответствующих значений (Pосм, Dtкип, Dt’зам )для растворов неэлектролитов при той же молярной концентрации или моляльности.
Значение изотонического коэффициента для растворов электролитов больше 1, для растворов неэлектролитов равно 1.
Осмотическое давление для растворов электролитов с учетом изотонического коэффициента
Pосм = i×n×R×T/V=i×T×R × СМ.
2-й закон Рауля для растворов сильных электролитов выражается уравнениями
Dtкип= i×m1×Кэ×1000/М×m2 и Dtзам= i×m1×Кк×1000/М×m2.
Изменение общего числа частиц в растворах электролитов характеризуется степенью электролитической диссоциации a.
Степень диссоциации и изотонический коэффициент электролита связаны между собой соотношением
a = i –1 / k-1,
где k – число ионов, образующихся при диссоциации молекулы вещества.
В зависимости от степени диссоциации различают электролиты сильные и слабые. Электролиты, диссоциированные на 30 % и больше, обычно называют сильными, диссоциированные в пределах от 30 до 3 % – электролитами средней силы, еще менее диссоциированные – слабыми электролитами.
Согласно новой электростатической теории электролитов, сильные электролиты в разбавленных растворах нацело диссоциированы на ионы, т.е. степень диссоциации a = 1. Однако степень диссоциации определяется экспериментально и оказывается, как правило, меньше единицы (a < 1). Объясняется это тем, что измеряется всегда не истинная, а кажущаяся степень диссоциации. Так, если a = 0,7, то все молекулы диссоциированы на ионы, но ионы свободны лишь на 70 %, остальные 30 % ионов «связаны» электростатическими взаимодействиями.
Слабые электролиты диссоциируют в растворах не полностью. В их растворах устанавливается равновесие между недиссоциированными молекула и продуктами их диссоциации - ионами.
Степенью диссоциации a электролита называется доля его молекул, подвергшихся диссоциации, т.е. отношение числа молекул, распавшихся на ионы, к общему числу растворенных молекул электролита:
,
где n –число молекул, распавшихся на ионы; N – общее число растворенных молекул.
В случае электролита АХ устанавливается равновесие
,
константа которого (константа диссоциации) определяется соотношением
.
Для бинарного электролита АХ константа и степень диссоциации связаны соотношением (закон разбавления Оствальда):
Кд = СМ × a2/1-a,
где См – молярная концентрация электролита, моль/л.
Так как для слабых электролитов степень диссоциации значительно меньше единицы, то для приближенных расчетов можно принять 1 - a » 1. Тогда выражение закона Оствальда упрощается:
Кд = СМ × a2, откуда
.
Если в растворе электролита АХ степень его диссоциации равна a, то концентрации ионов А+ и в растворе одинаковы и могут быть найдены по формуле [А+] = [Х-] = a × СМ .
Подставив значение a из выражения закона разбавления, находим
[А+] = [ ] = .
Задача 697
Раствор, содержащий 2,1 г гидроксида калия в 250 г воды, кристаллизуется при 0,52 °С. Определить кажущуюся степень диссоциации КОН ( = 1,86).
Решение:
Находим понижение температуры замерзания раствора без учета диссоциации электролита (∆tзам. выч.):
Dtзам. выч. = m1×Кк×1000/М×m2 = 1,86×2,1×1000/56×250 = 0,28 °С.
Вычисляем изотонический коэффициент:
.
Находим кажущуюся степень диссоциации: КОН = К + + ОН– (k = 2),
a = i-1/k-1 = 1,86-1/2-1 = 0,86 или 86 %.
Задача 711
Кажущаяся степень диссоциации карбоната натрия в растворе, содержащем 1,06 г Nа2СО3 в 200 г H2O, равна 0,70. Определить температуру замерзания этого раствора ( = 1,86°).
Решение:
Находим изотонический коэффициент i из формулы
a = i-1/k-1, i = 1+a(k-1).
Na2CO3 = 2 Na++ СО32– (k = 3, a = 0,70 в долях единицы, = 106 г/моль),
i=1 + 0,7× (3-1) = 2,4
Вычисляем понижение температуры замерзания раствора
,
Dtзам р-ра= Dtзам воды - Dtзам=0-0,22=-0,22°С.
Задача 722
Раствор, содержащий 10 г хлорида натрия в 100 г воды, кипит при температуре 101,6 oC. Определить кажущуюся степень диссоциации NaCl ( = 0,516°).
Решение:
Находим повышение температуры кипения раствора без учета диссоциации электролита (∆tкип. выч.):
oC,
tкип. р-ра = tкип. р-теля + ∆tкип; ∆tкип. эксп = 101,6o – 100o = 1,6o.
Вычисляем изотонический коэффициент:
.
Находим кажущуюся степень диссоциации: NaCl = Na+ + Cl– (k = 2)
или 82 %.
Задача 738
Найти степень диссоциации и концентрацию ионов Н+ сероводородной кислоты по первой ступени в 0,1М растворе, если константа диссоциации для этой ступени равна 1,1×10-7.
Решение:
Сероводородная кислота очень слабая, диссоциирует по уравнению
H2S = Н+ + HS–.
Используя упрощенное выражение закона разбавления Оствальда, вычисляем степень диссоциации:
;
a = 1,05×10-3×100 = 0,105 %.
Концентрация ионов [Н+] = См × a = 0,1×1,05×10–3 = 1,05×10–4 моль/л.
В задачах 694–709 определить кажущуюся степень диссоциации электролитов по температуре замерзания раствора
№ задачи | Электролит | Содержание воды, г | Температура замерзания раствора,оС | |
Формула | Содержание | |||
МgС12 ZnCI2 Nа2СО3 КОН KCI NaCI MgCl2 СаC12 А12(SO4)3 АgNO3 KNO3 НCI NaCI СаC12 СН3СООН NaCI | 3 г 0,85 г 0,53 г 2,1 г 4,47 г 14,62 г 0,1 моль 0,745 г 8 г 6,8 1моль 1,246 г 3г 0,117 моль 0,66 г 0,3668 г | 1л | -1,23 -0,23 -0,13 -0,52 -2,0 -1,67 -0,461 -0,36 -4,46 -0,337 -3,01 -1,18 -1,8 -0,6 -0,21 -0,22 |
В задачах 710–721 вычислить температуру замерзания водных растворов электролитов
№ задачи | Растворенное вещество | Содержание растворителя, г | Кажущаяся степень диссоциации, (%, долей единиц) | |
Формула | Содержание | |||
СаС12 Na2CO3 AgNO3 KCI Na2SO4 СаС12 NaCI NaОН МgС12 MgSO4 NaNO3 KCI | 0,666 г 1,06 г 1 г 2,33 г 3,55 г 8 г 2 моль 100 г 0,1 н 0,01 н 0,1 моль 0,1 н | 500 мл - - - | 0,75 0,7 0,59 0,8 70 % 70 % 70 % 60 % 0,75 66 % 80 % 0,8 |
В задачах 722–736 определить кажущуюся степень диссоциации водных растворов электролитов по их температурам кипения
№ задачи | Электролит | Содержание, г/100 Н2O | Температура кипения, °С |
NaCI NaNO3 KCI КNO3 MgCI2 MgSO4 NH4CI NH4CO3 СаCI2 Ba(NO3)2 SrCI2 ZnSO4 KNO3 NаOH NаOH | 4,11 2,05 | 101,6 101,1 101,1 101,7 102,2 101,6 101,5 102,5 105,0 101,0 102,5 101,0 100,4 100,184 100,5 |
В задачах 737–753 вычислить степень диссоциации и концентрацию ионов водорода в растворах слабых электролитов по величине их констант диссоциации. Данные констант диссоциации взять из табл. 7 приложения
№ задачи | Электролит | Концентрация р-ра, моль/л | № задачи | Электролит | Концентрация р-ра, моль/л |
HF H2S HCN СН3СООН HNO2 Н3РO4 HCN H2О2 НСООН | 0,5 0,1 0,1 0,5 0,01 0,5 1,00 0,01 | Н3ВO3 Н2SO3 Н2С2O4 Н2CO3 H2S СН3СООН Н3РO4 NН4ОН | 0,05 0,01 0,05 0,1 0,2 0,05 0,01 0,02 |
Дата добавления: 2016-08-07; просмотров: 2110;