ТЕМА 7. РАСТВОРЫ СИЛЬНЫХ И СЛАБЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ.Диссоциация электролитов. При растворении электролитов в полярных растворителях они в различной степени распадаются на катионы и анионы. Этот процесс называется электролитической диссоциацией. Электролиты, не все молекулы которых в растворе диссоциируют на ионы, называются слабыми. К ним относятся вода, гидроксид аммония, труднорастворимые гидроксиды, минеральные кислоты (H2CO3, H2S, HCN, HNO2, H2SiO3, H3BO3, HClO, H3AsO3) и почти все органические кислоты (CH3COOH, HCOOH и др.). В результате электролитической диссоциации в растворе устанавливается равновесие, характеризующееся определенным значением константы равновесия (константы электролитической диссоциации) и постоянством равновесных концентраций молекул и ионов. Электролитическая диссоциация слабых электролитов может протекать в несколько стадий (ступеней), каждой из которых соответствует свое значение константы электролитической диссоциации. Например:
1 ступень: ↹ + ; = = 4,5·10-7, 2 ступень: ↹ + ; = = 4,7·10-11 ↹ 2 + или
, (7.1)
Для слабых электролитов, у которых степень электролитической диссоциации α<<1: , (7.2) Константа диссоциации слабых электролитов по первой ступени всегда значительно больше константы диссоциации по второй ступени: К1 >> К2, поэтому практически в расчетах учитывают только первую ступень. Концентрация ионов, образующихся при диссоциации сильных и слабых электролитов рассчитывается по уравнению:
Сиона = Сэл-та· ·Nиона, (7.3)
где Сэл-та – молярная концентрация электролита, моль/л - степень диссоциации электролита (для разбавленных растворов сильных Nиона – число ионов данного вида образующихся при полной диссоциации
Таблица 7.1 Константы диссоциации некоторых слабых электролитов в водных растворах при 25оС
Электролиты, практически полностью диссоциирующие в воде, называются сильными электролитами (табл. 7.2).
Таблица 7.2 Сильные электролиты
Произведение растворимости. Приконтакте малорастворимых веществ с растворителем (водой) в раствор переходит малое количество вещества, соответствующее его растворимости при определенной температуре. При этом над твердой фазой (осадком) образуется насыщенный раствор малорастворимого вещества с очень малой концентрацией. Если малорастворимое вещество электролит, то растворенное его количество в растворе полностью диссоциирует на ионы. Равновесие в насыщенном растворе малорастворимого электролита устанавливается между его твердой фазой (осадком) и ионами, образующимися в результате электролитической диссоциации растворенной части электролита. Например: Са3(РО4)2(кр) ↹ 3Са2+(р-р) + 2РО43-(р-р) Константа равновесия в этом случае называют произведением растворимости (ПР):
(7.4)
Произведение растворимости (ПР) есть произведение концентраций ионов малорастворимого электролита в его насыщенном растворе в степенях их стехиометрических коэффициентов. ПР есть величина постоянная при данной температуре. Ионное произведение воды. Водородный показатель. Вода, являясь слабым электролитом, в незначительной степени диссоциирует:
Н2О ↹ Н+ + ОН ; К ∙ [Н2О] = [Н+]∙[ОН ] К ∙ [Н2О] = 1,8∙10-16 ∙55,55 = 10-14 (при 250С) К ∙ [Н2О] = (7.5) = [Н+]∙[ОН ] = 10-14 – ионное произведение воды. Концентрация ионов в воде очень мала: [Н+] = [ОН ] = 10-7 моль/л. Одним из способов представления малых концентраций является их логарифмическое выражение. Для воды и растворов кислот и оснований принято выражать концентрации ионов , в логарифмическом виде: (7.6) Водородный показатель в химически чистой воде = 7, такая среда называется нейтральной, так как концентрации ионов , равны и очень малы. Если в растворе присутствует кислота (или основание), то концентрации ионов и отличаются от 10-7 моль/л и не равны между собой. ˂ 7 при > 10-7 моль/л (кислая среда), ˃ 7 при ˂ 10-7 моль/л (щелочная среда) Примеры решения задач: 1. Указать пару правильных выражений ПР для следующих соединений: PbCl2 и Ag2SO4. а) ПР ПР б) ПР ПР в) ПР ПР г) ПР ПР
Ответ: в) ПР ; ПР
2. Указать пару правильных уравнений диссоциации и выражений констант электролитической диссоциации для следующих соединений: H2S, Fe(OH)2.
в) H2S ↹2 H + S2- Fe(OH)2 = FeOH+ + OH-
г) H2S ↹ 2H + S2- Fe(OH)2 ↹ Fe2+ + 2OH-
Решение: Так как, H2S и Fe(OH)2 – слабые электролиты, то их диссоциация протекает равновесно по первой ступени (см. раздел 7.1). Ответ: б) H2S ↹ H + HS- , ; Fe(OH)2 ↹ FeOH+ + OH-,
3. Указать ряд в котором водные растворы всех соединений являются сильными электролитами: а) Al(OH)3; HCl; Na2SO4 б) H2CO3; CaCO3; NaCl в) HCl; AgNO3; ZnCl2 г) NaOH; H2S; KNO3. Решение: См. табл. 7.2. Ответ: в) соляная кислота HCl; соли AgNO3; ZnCl2. 4. Вычислить рН следующих водных растворов: а) 0,02 М HCl, б) 0,2 М KOH.
Решение: = а) HCl = H+ + Cl -; C = CНСl · α · N = 0.02∙1∙1=0,02 моль/л HCl - сильный электролит, α = 1; N = 1 (число Н+, образовавшихся при диссоциации одной молекулы НСl) = = 1,7 б) В водных растворах слабых электролитов и разбавленных растворах сильных электролитов = [Н+]∙[ОН ] = 10-14; , где
KOH = К+ + ОН-; C = Cкон · α · = 0,2∙1∙1=0,2 моль/л КОН - сильный электролит, α = 1, = 1 (число ОН-, образовавшихся при диссоциации одной молекулы КОН).
Ответ: рН 0,02 М HCl равно 1,7; рН 0,2 М КОН равно 13,3.
5. Вычислить рН 0,05 М водного раствора хлорноватистой кислоты (HOCl).
Решение: HOCl ↹ H+ + OCl-, = , C = CНСl · α · N ;
HOCl - слабый электролит. , = (CНСl · N ) = (0,05∙ ∙1)= 4,3
Ответ: рН 0,05 М HOCl равен 4,3. 6. Определить произведение растворимости MgF2, если его растворимость в воде при 250С равна 1,17 · 10-3 моль/л.
Решение: MgF2 ↹ Mg2+ + 2F-, NMg=1, N =24; ПР = [ Mg2+ ] · [ F- ]2 [ Mg2+ ] = C · α · n , [ F- ] = C · α · N . [ Mg2+ ] = 1,17 · 10-3 · 1 · 1 = 1,17 · 10-3 моль/л [ F- ] = 1,17 · 10-3 · 1 · 2 = 2,34 · 10-3 моль/л.
ПР = 1,17 · 10-3 ·(2,34 · 10-3)2 = 6,41 · 10-9. Ответ: ПР = 6,41 · 10-9.
|