- •Общие методические указания
- •Концентрация растворов
- •Растворимость веществ
- •Давление пара разбавленных растворов неэлектролитов. Первый закон рауля
- •Электролитическая диссоциация
- •Закон разбавления Оствальда, связывающий три величины: Кд, с и α, выражается уравнением .
- •Активная концентрация ионов сильных электролитов
- •Молекулярно-ионные уравнения реакций между растворами электролитов
- •Ионное произведение воды. Водородный показатель
- •Гидролиз солей
- •Жесткость воды и методы ее устранения
- •Строение коллоидных частиц
- •Коагуляция золей. Порог коагуляции электролитов
- •Микробиология
- •Приложение
- •Константы диссоциации некоторых слабых электролитов
- •Коэффициенты активности ионов
- •Литература
- •Рабочая программа химия воды и микробиология
- •6. Содержание:
- •6.1. Календарный план
- •Вид занятий – лекции
- •Вид занятий – лабораторный практикум
- •Самостоятельная работа студентов Проработка лекционного материала
- •Подготовка к лабораторным занятиям, контрольной работе и экзамену
- •6.4. Формы контроля экзаменационные вопросы
- •Примерные экзаменационные задачи
- •Список рекомендуемых документов основная литература
- •Дополнительная литература
- •Перечень методических пособий и указаний для студентов
Электролитическая диссоциация
Растворы электролитов, в отличие от неэлектролитов, проводят электрический ток. Необходимым условием, определяющим возможность процесса электролитической диссоциации, является наличие в растворяемом веществе ионных или полярных связей, а также достаточная полярность самого растворителя.
Количественная оценка процесса электролитической диссоциации дается двумя величинами: степенью диссоциации α и константой диссоциации Кд.
Степенью диссоциации называют долю диссоциированных на ионы молекул, т. е. α = . Степень электролитической диссоциации зависит как от природы растворенного вещества (характер связей, поляризующее действие катиона и пр.), так и от концентрации раствора, увеличиваясь с его разбавлением. По значению α для растворов молярной концентрации эквивалента электролиты условно делят на три группы: сильные (α≥30%), средней силы (α=3-30%) и слабые (α≤3%). Степень диссоциации слабого электролита уменьшается, если в раствор вводят один из ионов, образующихся при его диссоциации,— так называемый одноименный ион. К сильным электролитам, полностью диссоциированным в растворах на ионы, относят соли, имеющие ионную кристаллическую решетку. Отдельные представители кислот и оснований могут относиться к любой из трех групп электролитов. Сила кислот, образованных одним и тем же элементом, увеличивается с повышением степени его окисления, что связано с увеличением ионности связи Н-О за счет большего смещения электронных пар связи в направлении центрального атома. Примером могут быть почти слабая азотистая и сильная азотная кислота, в которых степень окисления азота соответственно равна +3 и +5.
Более удобной характеристикой электролита является константа диссоциации, не зависящая от концентрации раствора. Так, для системы
HCN↔H+ + CN-
Поскольку [H+]=[CN-l, то , откуда
Закон разбавления Оствальда, связывающий три величины: Кд, с и α, выражается уравнением .
При малых значениях α разность 1- α можно принять за единицу, тогда и .
Пример 1. Определите концентрации всех частиц в водном растворе HF (c(HF) =0,01 моль/л). Степень электролитической диссоциации плавиковой кислоты в данном растворе α =25%.
Решение. Запишем уравнение электролитической диссоциации: HF↔H++F-
От исходного количества HF — 0,01 моль, содержащегося в 1 л раствора, подверглось электролитической диссоциации 25%, или ν (HF)=0,01 моль∙ 0,25 = 0,0025 моль = 2,5∙ 10-3 моль. Концентрация непродиссоциировавших молекул HF составит: [HF] =0,01 моль/л—0,0025 моль/л =0,0075 моль/л = 7,5 ∙ 10-3 моль/л.
Так как каждая молекула HF дает при диссоциации один катион H+ и один F--анион, их концентрации будут соответственно [Н+] =2,5∙ 10-3 моль/л;
[F-] =2,5∙ 10-3 моль/л.
Пример 2. Чему равна степень электролитической диссоциации уксусной кислоты в водном растворе с концентрацией кислоты 0,01 моль/л? Константа диссоциации уксусной кислоты КД=1,86∙ 10-5.
Решение. Запишем уравнение диссоциации уксусной кислоты в водном растворе
СНзСООН↔Н+ +СНзСОО-
с — сα сα сα
и константу электролитической диссоциации
Как и видно из предыдущей задачи, концентрации всех частиц, образующихся при диссоциации, могут быть определены через исходную концентрацию вещества (с) и степень электролитической диссоциации (α):
;
;
(Равновесные концентрации записаны под соответствующими частицами в уравнении диссоциации.)
Выражение константы диссоциации примет вид:
Если электролит слабый (α <1), выражение упрощается и .
Подставляя данные, получим или 4,5%.
Задачи
61. Степень электролитической диссоциации α (HNО2)=20% в растворе, содержащем 0,01 моль/л кислоты. Рассчитайте концентрации всех образующихся частиц.
62. В растворе хлороводородной кислоты (с (НС1) =0,01 моль/л) ионы водорода проявляют себя так, как будто бы их концентрация не 0,01 моль/л, а 0,008 моль/л. Какое возможно объяснение?
63. Определите значение коэффициента активности ионов в растворе, содержащем 0,05 моль/л NaCI, если ионы натрия и хлора ведут себя так, как будто их концентрации равны 0,04 моль/л.
64. Во сколько раз концентрация ионов водорода в растворе хлороводородной кислоты с концентрацией 0,01 моль/л больше, чем в соответствующем по концентрации растворе уксусной кислоты (α = 0,045)? (K (СН3СООН)=1,8∙10-5)
65. Рассчитайте константу диссоциации гидрата аммиака NН3∙Н2О, если в растворе с концентрацией 0,2 моль/л степень его электролитической диссоциации равна 0,95%.
66. При какой молярной концентрации уксусной кислоты 96,5% ее находится в растворе в виде молекул? (K (СН3СООН)=1,8∙10-5)
67. Изменяется ли степень электролитической диссоциации и концентрация Н+ в растворе муравьиной кислоты (с (НСООН) =0,01 моль/л), если к 1 л раствора прибавить хлороводород массой 0,365 г? Вывод подтвердите расчетами. (K (НСООН)=1,8∙10-4)
68. При какой концентрации степень электролитической диссоциации муравьиной кислоты будет равна степени диссоциации уксусной кислоты в растворе, где с (СН3СООН)=0,02 моль/л? (K(НСООН)=1,8∙10-4, K (СН3СООН)=1,8∙10-5)
69. Определите соотношение степеней электролитической диссоциации муравьиной и уксусной кислот в растворах одинаковых концентраций. Изменится ли оно, если имеется смесь этих кислот одинаковых концентраций? (K (НСООН)=1,8∙10-4, K (СН3СООН)=1,8∙10-5)
70. Чему равна константа диссоциации угольной кислоты, если степень диссоциации ее по первой ступени в растворе, содержащем 0,0043 моль/л кислоты, равна 1 %?
71. Сколько растворенных частиц (ионов и недиссоциированных молекул) должен содержать 1 л 0,0001 н. HCN, константа диссоциации которой равна 4,9·10-10?
72. Вычислите степень диссоциации NН4OH в 1 н. растворе, если в 1 л этого раствора содержится 6,045·1023 растворенных частиц.
73. При какой концентрации муравьиной кислоты 98% ее молекул будут находиться в недиссоциированном состоянии? Константа диссоциации НСООН равна 1,77·10-4.
74. Степень диссоциации уксусной кислоты СНзСООН в 1 н., 0,1 н., 0,01 н. растворах соответственно равна 0,42, 1,34, 4,25%. Вычислив Кд уксусной кислоты для растворов указанных концентраций, докажите, что константа диссоциации не зависит от концентрации раствора.
75. Во сколько раз концентрация ионов Н+ в 1 н. НNО3 (α =82%) больше, чем в 1 н. Н2SО4 (α =51%).
76. Константа диссоциации фосфорной кислоты по первой ступени равна 7,11·10-3. Пренебрегая диссоциацией по другим ступеням, вычислите концентрацию водородных ионов в 0,5 М растворе.
77. Константа диссоциации азотистой кислоты равна 5,1·10-4. Вычислите степень диссоциации HNO2 в ее 0,01 М растворе и концентрацию ионов водорода.
78. Какова концентрация водородных ионов Сн+ в 1 н. HCN, если ее Кд=4,9·10-10? Сколько граммов ионов CN- содержится в 1,5 л указанного раствора? -
79. Определите степень диссоциации и концентрацию ионов ОН- в 0,1 н. NH4OH, если КД = 1,77·10-5.
80. Угольная кислота по первой ступени диссоциирует:
Н2СО3↔ Н+ + НСО3-
Концентрация ионов водорода в 0,005 М растворе равна 4,25∙10-5 моль/л. Определите константу диссоциации Н2СО3 по первой ступени.