Активность и ионная сила растворов электролитов.

Для оценки способности ионов сильных электролитов вступать в химические реакции введено понятие «активность».

Активность (а) - эффективная (кажущаяся) концентрация иона в водном растворе с учётом электростатического взаимодействия между ионами, соответственно которой он вступает в химические взаимодействия.

Мерой отклонения свойств реальных растворов от идеальных являетсякоэффициент активности f - отношение активности (а) к истинной концентрации иона (С):

fa = а/С

В идеальных и близких к ним растворах межионное взаимодействие практически отсутствует. Для таких растворов f ® 1, а ® С.

Отклонение реальных растворов от идеальных зависит не только от концентрации ионов, но и от величины их заряда. Оба эти фактора учитывает величина, называемаяионной силой раствора (m, I) равная полусумме произведения молярной концентрации всех ионов в растворе на квадрат заряда каждого иона:

активность и ионная сила растворов электролитов. - student2.ru активность и ионная сила растворов электролитов. - student2.ru

Единица измерения «а» и «С» - моль/дм активность и ионная сила растворов электролитов. - student2.ru (моль/л), коэффициент активности и ионная сила раствора не имеют размерности.

Для данной ионной силы коэффициенты активности ионов можно найти в справочной химической литературе или расчётным путем.

Для растворов с ионной силой 0,01 - 0,2 коэффициенты активности можно рассчитать по уравнению Дебая - Хюккеля:

активность и ионная сила растворов электролитов. - student2.ru активность и ионная сила растворов электролитов. - student2.ru
активность и ионная сила растворов электролитов. - student2.ru

Для растворов с ионной силой 0,0005 - 0,01 коэффициенты активности вычисляют по формуле:

Если ионная сила раствора меньше 0,0005, коэффициенты активности близки к единице, и для расчета можно пользоваться не активностями, а молярными концен­трациями ионов.

Примеры решения задач по определению активной

Концентрации раствора и ионной силы.

Алгоритм решения

1. Написать уравнение диссоциации сильного электролита.

2. Определить молярную концентрацию соответствующих ионов в растворе.

3. Вычислить ионную силу раствора.

4. Рассчитать или найти значения коэффициентов активности в справочной литературе.

5. Рассчитать активность соответствующих ионов.

Пример 1.Рассчитать ионную силу 0,005 М раствора CaCl2 и коэффициенты активности ионов Са+2 и 2Cl-

Решение:

Согласно уравнению диссоциации активность и ионная сила растворов электролитов. - student2.ru ; концентрация ионов Са+2 равна 5.10-3 моль/л, а ионов Сl- =1.10-2 . Ионную силу раствора рассчитывают по формуле:

активность и ионная сила растворов электролитов. - student2.ru

Коэффициенты активностей ионов определяют по формуле: активность и ионная сила растворов электролитов. - student2.ru ; активность и ионная сила растворов электролитов. - student2.ru ; активность и ионная сила растворов электролитов. - student2.ru ; активность и ионная сила растворов электролитов. - student2.ru

следовательно, активность ионов вычисляется по формуле: активность и ионная сила растворов электролитов. - student2.ru ;

активность и ионная сила растворов электролитов. - student2.ru

Пример 2. Рассчитать активность ионов в растворе хлорида цинка с концентрацией 0,005 моль/дм3

Решение.

1. ZnCl2 Û Zn2+ + 2Cl-

2. CZn2+ = 0.005 моль/дм3; СCl- = 2CZn2+ = 2 • 0,005 = 0,01 моль/дм3

3. I = ½ (CZn2+•22 + СCl- •12 = ½ (0,005 • 4 + 0,010 • 1)= 0,015

4. fZn2+ = 0,64 ; fCl- = 0,88 – находят по таблицам справочника Ю.Ю.Лурье или рассчитывают так как в примере 1.

5. aZn2+ =f активность и ионная сила растворов электролитов. - student2.ru C= 0,64• 0,005 = 3,2*10-3 моль/дм3

aCl- =f активность и ионная сила растворов электролитов. - student2.ru C = 0,88•0,010 = 8,8*10-3 моль/дм3

Пример 3. Рассчитать активность ионов Na+ и SO42- в растворе, в

1 дм3 которого содержится 0,005 моль Na2SO4 и 0,002 моль СН3СООН.

Решение.

  10' моль/дм

V- Na2SO4 Û 2Na+ + SO42-

Ионизацией молекул уксусной кислоты пренебрегают, так как слабые электролиты не вносят существенного вклада в ионную силу.

2. CNa+ = 2 • 0,005 = 0,01 моль/дм3 ; C SO4 активность и ионная сила растворов электролитов. - student2.ru = 0,005 моль/дм3

3. I= ½ (0,01 • 12 + 0,005 • 22)= 0,015

4. fNa+ = 0,89•0,01 = 8,9*10-3моль/дм3;

fSO4 активность и ионная сила растворов электролитов. - student2.ru = 0,63•0,05 = 3,15*10-3моль/дм3 – находят по таблицам справочника Ю.Ю.Лурье или рассчитывают так как в примере 1.

Пример 4. Рассчитать ионную силу раствора, полученного при смешивании равных объёмов 0,3 моль/дм3 растворов карбоната, хлорида и гидроксида аммония.

Решение.

(NН4)2СО3 Û 2NH4+ + СО32-

NH4CI Û NH4+ + С1-

Наши рекомендации