Сильные и слабые электролиты

Изучение коллигативных свойств растворов электролитов показало, что в растворах присутствуют наряду с ионами и молекулы (диссоциация про исходит не полностью), т.е.

КА ↔ К⁺ +А^-

Долю диссоциированных молекул характеризует степенью диссоциации (α). Степень диссоциации - отношение числа распавшихся на ионы молекул (n) к общему числу растворенных молекул N:α = ⁿ/N

Например: α = 20 %. Это значит, что из 100 молекул электролита 20 молекул распалось на ионы, КА <=> K⁺ +А^- и в растворе присутствует 40 ионов, а также 80 не распавшихся молекул. Всего в растворе будет присутствовать 120 частиц.

Электролиты имеют различную степень диссоциации, которая зависит от концентрации электролита, от температуры. С уменьшением концентрации и повышением температуры степень диссоциации возрастает. Все электролиты по степени диссоциации делятся на сильные и слабые.Условно электролиты, для которых при концентрации растворов 0,01-0,1 н, степень диссоциации больше 50 % относят к сильным, а для которых меньше, чем 50 % - к слабым.

К сильным электролитам относятся:

СОЛИ, растворимые в воде,

ОСНОВАНИЯ элементов 1 и 2 групп главных подгрупп.

КИСЛОТЫ HCI, HBr, HJ, , , ,

Кслабым электролитамотносятся:

СОЛИ, нерастворимые в воде,

ОСНОВАНИЯ НЕРАСТВОРИМЫЕ в воде, NH₄ОН,

КИСЛОТЫ органические (СН₃СООН), Н₂S, Н₂СО₃, Н₂SiО₃, Н₃ВО₃.

Принято, что сильные электролиты при растворении в воде полностью диссоциируют на ионы; слабые ионы лишь частично.

Чтобы исключить влияние концентрации электролита для характеристики диссоциации используют константу диссоциации. Т.к. диссоциация является обратимым процессом, то согласно закона действующих масс;

Например: в водном растворе уксусной кислоты устанавливается равновесие

СН₃СООН Н⁺ + СН₃СОО^-

Константа равновесия в этом случае характеризует электролитическую диссоциацию и называется константой диссоциации /Кд/. Кд зависит от температуры и не зависит от концентрации раствора. По величине Кд можно судить о силе электролита.

Например: для одной и той же температуры Кд(NH₄ОН) = 1,79*10^-5; Кд(СН₃СООН) = 1,75*10^-5; Кд(НСN) = 4,79*10^-10.

Самым слабым электролитом является НСN.

Ионное произведение воды

Вода является очень слабым электролитом. Электролитическая диссоциация воды выражается следующим уравнением:

Н₂О ↔ Н⁺ + ОН^-.

Это обратимый процесс. Константа диссоциации запишется:

К_д = [Н⁺]*[ ОН^-]/[ Н₂О],

тогда К_но = [Н⁺] [ОН^-].

К_но называется ионным произведением воды.

Это уравнение показывает, что для воды при постоянной температуре, произведение концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов есть величина постоянная.

При 22⁰С [Н⁺] [ОН^-] = 10^-14 мол/л. В воде [Н⁺] = [ОН^-] = 10^-7 мол/л.

В зависимости от концентрации ионов водорода различают нейтральную, кислую и щелочную среду (растворы).

Растворы, в которых [Н⁺] = 10^-7 мол/л – нейтральные растворы,

[Н⁺] < 10^-7 мол/л (10^-8, 10^-9 и т.д.) – щелочные,

[Н⁺] > 10^-7 мол/л (10^-6, 10^-5 и т.д.) – кислые.

Например: в 0,01 М растворе НСl при 25⁰С [Н⁺] = 0,01 = 10^-2 мол/л, т.к. НСl – сильный электролит и α = 1, при этом концентрация гидроксид-ионов: [ОН^-] = К_но/[Н⁺] = 10^-14/10^-2 мол/л.

Для характеристики среды пользуются не значением концентрации ионов водорода ([Н⁺]), а величиной водородного показателя (рН).

рН = -lg[Н⁺].

рН = 7 – нейтральная среда,

рН < 7 – кислая среда,

рН > 7 – щелочнач среда.

Например: для 0,01 М раствора НСl рН = -lg10^-2 = 2,

для 0,01 М раствора NаОН рН = -lg10^-12 = 12.

Шкала кислотности растворов

рН = 0-2 – сильнокислые,

рН = 3-4 – умеренно кислые,

рН = 5-6-слабокислые,

рН = 7 – НЕЙТРАЛЬНЫЕ,

рН = 8-9 – слабощелочные,

рН = 10-11 – умеренно щелочные,

рН = 12-14 – сильнощелочные.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

19. На сколько градусов повысится температура кипения раствора, если в 100 г воды растворить 9 г глюкозы (С₆Н₁₂О₆)?

20. Написать уравнение электролитической диссоциации:

а) хлороводородной кислоты,

б) гидроксида лития

в) сульфата марганца.

21. Раствор, содержащий 0,512 г неэлектролита в 100 г бензола, кристаллизуется при 5,296⁰С. Криоскопическая константа 5,1 град. Вычислить мольную массу растворенного вещества. Ответ: 128 г/моль.

22. Вычислите температуру кристаллизации раствора мочевины (NН₂)₂СО, содержащего 5 г мочевины в 150 г воды. Криоскопическая константа воды 1,86 град.

23. Написать уравнения электролитической диссоциации:

а) серной кислоты;

б) сульфида лития;

в) гидроксида калия.

24. Вычислите температуру кипения 5%-ного раствора нафталина С₁₀Н₈ в бензоле. Температура кипения бензола 80,2⁰С. эбуллиоскопическая константа его 2,57 град. Ответ:81,25⁰С.

25. Раствор, содержащий 25,65 г некоторого неэлектролита и 300 г воды, кристаллизуется при –0,465⁰С. вычислите мольную массу растворенного вещества. Криоскопическая константа воды 1,86 град. Ответ:342 г/моль.

26. Написать уравнения электролитической диссоциации:

а) хлорида бария;

б) гидрокарбоната натрия;

в) сероводородной кислоты.

27.Температура кристаллизации раствора, содержащего 66,3 г некоторого неэлектролита в 500 г воды, равна –0,558⁰С. вычислите мольную массу растворенного вещества. Криоскопическая константа воды 1,86 град. Ответ:442 г/моль.

28. Вычислите криоскопическую константу уксусной кислоты, зная, что раствор, содержащий 3,56 г антрацена С₁₄Н₁₀ в 100 г уксусной кислоты, кристаллизуется при 15,71825⁰С. температура кристаллизации уксусной кислоты 16,6525⁰С.

29.Сколько граммов анилина С₈Н₅NН₂ следует растворить в 50 г этилового эфира, чтобы температура кипения раствора была выше температуры кипения этилового эфира на 0,53⁰С. эбуллиоскопическая константа этилового эфира 2,12 град. Ответ:1,16 г.

30. Написать уравнения электролитической диссоциации:

а) фосфорной кислоты;

б) гидроксохлорида меди;

в) гидроксида калия.

31.Вычислите темпе5ратуру кристаллизации 2%-ного раствора этилового спирта С₂Н₅ОН, зная, что криоскопическая константа воды 1,86 град. Ответ: -0,82⁰С.

32. Сколько граммов мочевины (NН₂)₂СО следует растворить в 75 г воды, чтобы температура кристаллизации понизилась на 0,465⁰С? Криоскопическая константа воды 1,86 град. Ответ: 1,12 г.

33. Написать уравнения электролитической диссоциации:

а) азотной кислоты;

б) гидросульфида натрия;

в) гидроксида берилия.

34. Вычислите процентную концентрацию водного раствора глюкозы С₆Н₁₂О₆, зная, что этот раствор кипит при 100,26⁰С. Эбуллеоскопическая константа воды 0,52 град. Ответ: 8,25%.

35. Сколько граммов фенола С₆Н₅ОН следует растворить в 125 г бензола, чтобы температура кристаллизации раствора была ниже температуры кристаллизации бензола на 1,7⁰С? Криоскопическая константа бензола 5,1 град. Ответ:3,91 г.

36. Сколько граммов мочевины (NН₂)₂СО следует растворить в 250 г воды, чтобы температура кипения повысилась на 0,26⁰С? Эбуллеоскопическая константа воды 0,52 град. Ответ: 7,5 г.