Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Пример 4. Свойства растворов слабых и сильных электролитов

Читайте также:
  1. E. Организм контактирует с внутренними объектами — например, воспоминаниями, эротическими фантазиями, мысленными представлениями — субъективными образами.
  2. Excel. Технология работы с формулами на примере обработки экзаменационной ведомости
  3. I. О слове «положительное»: его различные значения определяют свойства истинного философского мышления
  4. I. Общие свойства
  5. I. Примерный перечень вопросов рубежного контроля.
  6. II. Примерный перечень вопросов к зачету (экзамену) по всему курсу.
  7. Q.3. Магнитные свойства кристаллов.

1. Рассчитайте степень диссоциации гидроксида аммония NH4OH в 1 н. растворе, если в 1 л этого раствора содержится 6,045·1023 растворенных частиц.

Решение. Гидроксид аммония как слабое основание диссоциирует на ионы по уравнению

NH4OH <=> NH4+ + OH-.

При образовании 1 н. раствора в 1 л его должно быть растворено N0 = n·NA = 1(моль)·6,023·1023(моль-1) = 6,023·1023 недиссоциированных молекул NH4OH (заметим, что для однокислотных оснований nЭ = n и М = н.). Степень электролитической диссоциации α равна, согласно определению,α = N/N0, где N – количество диссоциировавших на ионы молекул растворенного вещества,N0 – общее число растворенных молекул, равное в нашем случае 6,023·1023 молекул.

Если из каждой молекулы образуется 2 иона, то из N молекул образовалось 2N ионов. В растворе останутся недиссоциированными (6,023·1023 – N) молекул, а всего частиц будет: (6,023·1023 – N) + 2N = 6,045·1023.

Решая это уравнение относительно N, получим:

N = 6,045·1023 - 6,023·1023 = 0,022·1023.

Теперь несложно подсчитать степень диссоциации:

α = 0,022·1023/6,023·1023 = 0,0036, или α = 0,36%.

Ответ: α = 0,36%.

2. Концентрация ионов водорода в 0,005 М растворе угольной кислоты равна 4,25·10-5 моль/л. Определите константу диссоциации угольной кислоты по первой ступени.

Решение. Угольная кислота по первой ступени диссоциирует по уравнению

Н2СО3 <=> Н+ + НСО3.

Количество вещества Н2СО3, введенное в растворитель для образования 1 л 0,005 М раствора, n0 = 0,005 моль. Если в растворе образовалось 4,25·10-5 моль ионов Н+, значит, такое же количество вещества кислоты Н2СО3 разложилось на ионы. Отсюда легко рассчитать степень электролитической диссоциации угольной кислоты:

α = 4,25·10-5/0,005 = 0,0085 или α = 0,85%.

Связь между степенью и константой диссоциации слабых электролитов устанавливается законом Оствальда kd = (α2·Cμ)/(1-α).

Поскольку α << 1, то в знаменателе можно пренебречь α, тогда уравнение примет окончательный вид: kd = α2·Cμ.

Подставим в это выражение значения α и Cμ и рассчитаем константу диссоциации угольной кислоты по первой ступени: kd = (0,0085)2·0,005 = 1,7·10-10.

Ответ: kd =1,7·10-10.

3. Концентрация ионов NO3 в растворе свинца (2) нитрата Pb(NO3)2 равна 2,232 г/л. Кажущаяся степень диссоциации этой соли 72%. Определите молярную концентрацию раствора свинца (2) нитрата.

Решение. Вначале найдем молярную концентрацию нитрат-ионов:

Сμ(NO3) = m(NO3)/M(NO3) = 2,232/62 = 0,036 моль/л.

Соль свинца (2) нитрат как сильный электролит диссоциирует полностью и в одну ступень: Pb(NO3)2 = Pb2+ + 2NO3.

Уравнение показывает, что из 1 моля соли образуется 2 моля анионов NO3. Тогда, используя уравнение для Сμ, можно рассчитать молярную концентрацию раствора электролита:

Сμ(NO3) = α·N·Сμ(Pb(NO3)2) при N = 2,откуда

Сμ(Pb(NO3)2) = 0,036/(2·0,72) = 0,025 моль/л.

Ответ: Сμ(Pb(NO3)2) = 0,025 моль/л.

4. Рассчитайте активную концентрацию ортофосфата натрия в водном растворе, содержащем 0,82 г Na3PO4 в 200 мл воды.

Решение. Ортофосфат натрия является сильным электролитом и поэтому в растворе диссоциирует на ионы полностью по уравнению

Na3PO4 = 3Na+ + PO43–.

Активная концентрациясильногоэлектролита рассчитывается по уравнению

а = f±·Cm.

Моляльную концентрацию раствора Cm рассчитываем по формуле:

Сm = m(Na3PO4)/(M(Na3PO4)·V(H2O)·10-3).

И тогда Сm = 0,82/(164·200·10-3) = 0,03 моль/кг.

Среднее значение коэффициента активности ионов раствора определим по уравнению:

f± = 4√f3(Na+)·f(PO43–).

Для поиска коэффициентов активности ионов Na+ и PO43– по таблице Приложения необходимо вначале определить ионную силу раствора по уравнению:

I = ½(Cm(Na+)·12 + Cm(PO43–)·(-3)2).

Уравнение электролитической диссоциации соли показывает, что n(Na3РО4) = n(РО43-) = 3n(Na+), следовательно, Сm(РО43-) = Сm(Na3РО4) = 0,03 моль/кг; Сm(Na+) = 3Сm(РО43-) = 3·0,03 = 0,09 моль/кг. Тогда ионная сила раствора будет равна:

I = ½(0,09 + 0,03·9) = 0,18 ≈ 0,2 моль/кг.

По таблице Приложения находим, что при ионной силе раствора, равной 0,2 моль/кг, значения коэффициентов активности однозарядных ионов, в том числе f(Na+) = 0,80; а для трехзарядных ионов, в том числе f(РО43-) = 0,18. По найденным значениям определим среднее значение коэффициента активности ионов в растворе ортофосфата натрия:

f± = 4√(0,80)3·(0,18) = 0,55.

Теперь расcчитаем активную концентрацию раствора ортофосфата натрия:

а = 0,55·0,03 = 0,02 моль/кг.

Ответ: активная концентрация раствора ортофосфата натрия равна 0,02 моль/кг.

5. Рассчитайте ионную силу раствора, содержащего 2,08 г BaCl2 и 5,85 г NaCl в 500 г воды, и его активную концентрацию.

Решение. Поскольку хлорид бария и хлорид натрия – сильные электролиты, то их диссоциация в растворе будет полной и необратимой, проходящей по уравнениям:

BaCl2 = Ba2+ + 2Cl; NaCl = Na+ + Cl.

Ионная сила раствора для сильных электролитов рассчитывается по уравнению

I = ½(Cm1·Z12 + Cm2·Z22 + Cm3·Z32 + …).

Применительно к нашей задаче это выражение примет такой вид:

I = ½(Cm(Ba2+)·22 + Cm1(Cl)·(-1)2 + Cm(Na+)·12 + Cm2(Cl)·(-1)2).

Рассчитаем моляльные концентрации ионов в растворе, принимая во внимание полную диссоциацию сильных электролитов:

Cm(Ba2+) = Cm(BaCl2) = m(BaCl2)/(M(BaCl2)·V(H2O)·ρ(Н2О)∙10-3);

а Cm1(Cl) = 2Cm(Ba2+);

Cm(Na+) = Cm2(Cl) = Cm(NaCl) = m(NaCl)/(M(NaCl)·V(H2O)· ρ(Н2О)∙10-3).

И далее: Cm(Ba2+) = 2,08/(208·500·10-3) = 0,02 моль/кг; Cm(Na+) = 5,85/(58,5·500·10-3) = 0,02 моль/кг; Cm(Cl) = Cm1(Cl) + Cm2(Cl) = 2·0,02 + 0.02 = 0,06 моль/кг.

Теперь рассчитаем ионную силу раствора:

I = ½(0,02·4 + 0,02·1 + 0,06·1) = 0,08 моль/кг.

Активную концентрацию раствора определим, используя значения коэффициентов активности ионов Ва2+, Na+ и Cl для найденного нами значения ионной силы раствора

(I ≈ 0,07): f(Ва2+) = 0,36; f(Na+) = 0,83; f(Cl) = 0,83,

тогда активность этих ионов будет равна

а(Ва2+) = f(Ва2+)·Cm(Ba2+) = 0,36·0,02 = 0,0072 моль/кг;

а(Na+) = f(Na+)·Сm(Na+) = 0,83·0,02 = 0,0166 моль/кг;

а(Cl) = f(Cl)· Сm(Cl) = 0,83·0,06 = 0,0498 моль/кг.

Активная концентрация всего раствора рассматривается как произведение активностей всех ионов с учетом их количества при диссоциации, тогда

а = а(Ва2+)·а(Na+)·а3(Cl) = (0,072)·(0,0166)·(0,0498)3 = 0,15·10-6 (моль/кг).

Ответ: I = 0,08 моль/кг; а = 0,15·10-6 моль/кг.

 


Дата добавления: 2015-07-11; просмотров: 458 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: Её выражения | Пример 2. Определение растворимости и энергетики процесса растворения | Пример 6. Молекулярно-ионные уравнения обменных реакций между растворами электролитов | Пример 7. Гидролиз солей и буферные системы | А. Домашнее задание №4 для закрепления навыков решения задач | Б. Домашнее задание № 4 для закрепления знаний теоретического материала | Приложение № 3. Общие свойства растворов |
<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Пример 3. Вычисления, основанные на законах Рауля и Вант-Гоффа| Пример 5. Расчеты водородного показателя и произведения растворимости

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.01 сек.)