Лабораторные работы по теме

«РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ»

Лабораторная работа № 1. Сильные и слабые электролиты

Опыт 1. Окраска индикаторов в различных средах.

В одну пробирку налейте 5-6 капель 2 н. H₂SO₄, в другую – такой же объем 2 н. NaOH, в третью – такой же объем дистиллированной воды. Во все три пробирки добавьте по 1 капле раствора фенолфталеина. Отметьте цвет раствора в каждой пробирке. Аналогичный опыт проделайте с индикатором метиловым оранжевым. Результаты наблюдений занесите в таблицу:

Индикатор	Среда
кислая	нейтральная	щелочная
Фенолфталеин
Метиловый оранжевый

Опыт 2.Определение pH растворов кислот

HCl, H₂SO₄, CH₃COOH

На часовое стекло положить полоски универсального индикатора, нанести на них 1-2 капли испытуемого раствора и тотчас же сравнить окраску бумаги со шкалой универсального индикатора. Сделать выводы о силе электролитов. Записать уравнения диссоциации.

Опыт 3.Определение рН растворов оснований

NaOH, Ca(OH)₂, NH₄OH

На часовое стекло положить полоски универсального индикатора, нанести на них 1-2 капли испытуемого раствора и тотчас же сравнить окраску бумаги со шкалой универсального индикатора. Сделать выводы о силе электролитов. Записать уравнения диссоциации.

Лабораторная работа № 2. Смещение ионного равновесия. Ионные реакции с образованием слабого электролита

Опыт 1. Налейте в две пробирки по 5-6 капель 0,1 н. раствора гидроксида аммония и по 1-2 капли раствора фенолфталеина. Затем в одну из пробирок бросьте 1 кристалл хлорида аммония. Пробирку встряхните несколько раз. Наблюдайте ослабление интенсивности окраски раствора.

Гидроксид аммония – слабый электролит. В его растворе имеет место равновесие: NH₄OH ↔ NH₄⁺+OH^–. Ионы ОН^– и обусловливают окраску фенолфталеина. Добавление NH₄Cl, который диссоциирует на ионы NH₄⁺ и Cl^–, значительно увеличивает концентрацию ионов NH₄⁺ в растворе. А это нарушает равновесие между молекулами NH₄OH и ионами NH₄⁺ и OH^–, смещая его влево, т.е. ионы NH₄⁺ и OH^– соединяются и образуют недиссоциированные молекулы NH₄OH. В результате концентрация ионов ОН^– в растворе очень сильно понижается и окраска раствора бледнеет.

Опыт 2. Налейте в две пробирки по 5-6 капель 0,1 н. раствора уксусной (CH₃COOH) кислоты и по 1-2 капли раствора метилового оранжевого. Затем в одну из пробирок введите 2-3 кристаллика ацетата натрия (CH₃COONa). Пробирку встряхните несколько раз. Сравните интенсивность окраски в пробирках. Объясните причину изменения окраски раствора.

Опыт 3.Ионные реакции с образованием слабого электролита

а) Положите в пробирку несколько кристаллов хлорида аммония (NH₄Cl) и прилейте раствор гидроксида натрия (NaOH). Определите выделяющийся газ по запаху, слегка нагрев пробирку.

б) Опустите в пробирку несколько кристаллов ацетата натрия (CH₃COONa) и прилейте разбавленную серную кислоту. Напишите уравнение реакции.

Лабораторная работа № 3. Произведение растворимости

Опыт 1.Ионные реакции с образованием осадков

а) Налейте в три пробирки по 2-3 капли раствора хлорида бария (BaCl₂) и добавьте в одну из них несколько капель раствора сульфата натрия (Na₂SO₄), в другую – раствора серной кислоты, в третью – раствора сульфата алюминия (Al₂(SO₄)₃). Наблюдайте появление одинакового осадка. Составьте уравнения реакций. Что можно сказать о сущности реакций в проделанном опыте?

б) Налейте в одну пробирку 2-3 капли сульфата железа (FeSO₄) (II)? а во вторую – такой же объем раствора сульфата меди (CuSO₄) (II). Прилейте в обе пробирки по 3-4 капли раствора сульфида натрия (Na₂S). Составьте уравнения реакций. Слейте растворы, а осадки сохраните для следующих опытов.

Опыт 2.Образование осадков и произведение растворимости

В две пробирки налейте по 3-4 капли 0,005 М раствора нитрата свинца (Pb(NO₃)₂). В одну из них прибавьте такой же объем 0,05 М раствора хлорида калия (KCl), а в другую – такой же объём 0,05 М раствора иодида калия (KI). В какой из пробирок выпал осадок? Объясните полученный результат, используя значения произведений растворимости. Составьте уравнения реакций.

Опыт 3. Растворение осадков и произведение растворимости

К осадкам FeS и CuS, полученным в опыте 1.б). Прилейте немного 2 н. раствора соляной кислоты. Какой из осадков растворился? Составьте уравнение реакции. Объясните различие в растворимости осадков, используя значения произведений растворимости.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Слабые электролиты

Примеры решения задач

Задача 1.1. Степень диссоциации уксусной кислоты в 0,1 М растворе равна 1,32∙10^–2. Найти константу диссоциации кислоты и значение рК.

Решение. Подставим данные задачи в уравнение закона разбавления Оствальда

К = α²C_M/(1–α) = 1,77∙10^–5 pK = -lg K = 4,75

Задача 1.2.Вычислить концентрацию ионов водорода в 0,1 М растворе хлорноватистой кислоты HClO (K=5∙10^-8).

Решение: Найдем степень диссоциации HClO

. Отсюда [H⁺] = α∙C_M = 7∙10^–5 моль.

Задачу можно решить и другим способом, используя соотношение

тогда [H⁺] = 7∙10^–5 моль/л.

Задача 1.3. Во сколько раз уменьшится концентрация ионов водорода в 0,2 М растворе HCOOH (K = 0,8∙10^–4), если к 1 л этого раствора добавить 0,1 моль HCOONa? Считать, что соль полностью диссоциирована.

Решение: HCOOH H⁺ + НCOO^–

HCOONa → HCOO^– + Na⁺

Исходная концентрация ионов водорода:

.

Концентрацию ионов водорода в растворе после добавления соли обозначим х. Тогда концентрация недиссоциированных молекул кислоты равна (0,2-х). Концентрация же ионов HCOO^– слагается из двух величин: из концентрации, создаваемой диссоциацией молекул кислоты, и концентрации, обусловленной присутствием в растворе соли. Общая концентрация ионов HCOO^– равна, следовательно, (0,1+х)

откуда х = 3,6∙10^–4 моль/л.

Сравнивая исходную концентрацию ионов водорода с найденной, находим, что прибавление соли HCOONa вызвало уменьшение концентрации ионов [H⁺] в т.е. в 16,6 раза.

Задачи для самостоятельной работы:

1.4. Нужно приготовить раствор, содержащий в 1 л 0,5 моля NaCl, 0,16 моля KCl и 0,24 моля K₂SO₄. Как это сделать, имея в своем распоряжении только NaCl, KCl и Na₂SO₄?

1.5. Константа диссоциации масляной кислоты C₃H₇COOH 1,5∙10^–5. Вычислить степень её диссоциации в 0,005 М растворе.

1.6. Найти степень диссоциации хлорноватистой кислоты HOCl в 0,2 н. растворе.

1.7. Степень диссоциации муравьиной кислоты HCOOH в 0,2 н. растворе равна 0,03. Определить константу диссоциации кислоты и значение рК.

1.8. Степень диссоциации угольной кислоты H₂CO₃ по первой ступени в 0,1 н. растворе равна 2,11∙10^–3. Вычислить К₁.

1.9. При какой концентрации раствора степень диссоциации азотистой кислоты HNO₂ будет равна 0,2?

1.10. В 0,1 н. растворе степень диссоциации уксусной кислоты равна 1,32∙10^–2. При какой концентрации азотистой кислоты HNO₂ ее степень диссоциации будет такой же?

1.11. Сколько воды нужно прибавить к 300 мл 0,2 М раствора уксусной кислоты, чтобы степень диссоциации кислоты удвоилась?

1.12. Чему равна концентрация ионов водорода H⁺ в водном растворе муравьиной кислоты, если α = 0,03?

1.13. Вычислить [H⁺] в 0,02 М растворе сернистой кислоты. Диссоциацией кислоты по второй ступени пренебречь.

1.14. Вычислить [H⁺], [HSe^–] и [Se^2–] в 0,05 М растворе H₂Se.

1.15. Во сколько раз уменьшится концентрация ионов водорода, если к 1 л 0,005 М раствора уксусной кислоты добавить 0,05 моля ацетата натрия?

1.16. Рассчитать концентрацию ионов CH₃COO^– в растворе, 1 л которого содержит 1 моль CH₃COOH и 0,1 моля HCl, считая диссоциацию последнего полной.

Сильные электролиты

Пример решения задач

Задача 2.1. Вычислить ионную силу и активность ионов в растворе, содержащем 0,01 моль/л MgSO₄ и 0,01 моль/л MgCl_2.

Решение: Ионная сила раствора равна

Коэффициент активности иона Mg²⁺ (и равный ему коэффициент активности иона SO₄^2–) найдем по формуле

Аналогично находим f для Cl^–:

Теперь, пользуясь соотношением а = f∙C_M, находим активность каждого иона:

Задачи для самостоятельной работы:

2.2. Вычислить приближенное значение активности ионов K⁺ и SO₄^2– в 0,01 М растворе K₂SO₄.

2.3. Вычислить приближенное значение активности ионов Ba²⁺ и Cl^– в 0,002 н. растворе BaCl₂.

2.4. Найти приближенное значение коэффициентов активности иона водорода в 0,0005 М растворе H₂SO₄, содержащем, кроме того, 0,0005 моль/л HCl. Считать, что серная кислота полностью диссоциирует по обеим ступеням.

2.5. Вычислить ионную силу и активность ионов в растворе, содержащем 0,01 моль/л Ca(NO₃)₂ и 0,01 моль/л CaCl₂.

2.6. Вычислить ионную силу и активность ионов в 0,1 %-ном (по массе) растворе BaCl₂. Плотность раствора принять равной единице.

2.7. Рассчитать активность иона водорода в 0,005 н. растворе HCl, содержащем, кроме того, 0,15 моль/л NaCl.

2.8. Найти приближенные значения коэффициентов активности ионов Cl^–, SO₄^2–, PO₄^3– и [Fe(CN)₆]^4– в растворе с ионной силой 0,0001.