Теоретичний матеріал до практичної роботи № 7 Тема: Електролітична дисоціація.
Актуальність теми:
З розчинами ми зустрічаємося на кожному кроці: в повсякденному житті, в природі, на виробництві, в хімічній лабораторії. Матеріали теж постійно контактують з розчинами, які можуть перебувати у газовому стані (повітря, газові суміші у двигунах внутрішнього згоряння, газові суміші на хімічних виробництвах тощо) або в рідкому (ґрунтова, морська, дощова вода тощо). У свою чергу, матеріали також у багатьох випадках являють собою розчини, наприклад сплави або фарби та лаки. Саме тому, для матеріалознавця важливими є знання про види розчинів, способи кількісного вираження їх складу, сутність процесу розчинення, особливості взаємодії електролітів у розчинах.
План:
Поняття електроліти та неелектроліти. Ступінь електролітичної дисоціації.
Поняття електролітичної дисоціації.
Реакції йонного обміну в розчинах електролітів.
Йонний добуток води.
Згідно з теорією електролітичної дисоціації речовини поділяються на
дві групи: електроліти і неелектроліти.
Електроліти - це речовини, розчини або розплави яких проводять
електричний струм. Носіями електричного струму в електролітах є утворені
йони.
Неелектроліти - це речовини, які в розчиненому або в розплавленому
стані перебувають у вигляді молекул і електричного струму не проводять.
Електролітична дисоціація - це процес розпаду електролітів на йони
під впливом полярних молекул розчинника (Н2О, спирти, рідкий аміак та
інші). Величинами, які кількісно характеризують здатність речовини доелектролітичної дисоціації, є ступінь електролітичної дисоціації (α)іконстанта дисоціації (Кд)
Ступінь електролітичної дисоціації дорівнює відношенню числамолекул, які розпалися на йони(n), до загального числа молекул розчиненого електроліт (N):
Його значення подається в частках одиниці або у відсотках і змінюється
від 0 (для неелектролітів) до 1(100%) при повній дисоціації електроліту.
Серед неорганічних сполук електролітами є розчинні у воді кислоти, основи і
солі. Залежно від ступеня електролітичної дисоціації (α) електроліти
поділяються на сильні, середні і слабкі:
Електроліти |
Слабкі α<3% |
Середні 3%<α<30% |
Сильні α>30% |
Кислоти |
HCN, H2S, H2CO3, HNO2, СH3COOH, |
HF, H2SO4, H3PO4 та інші |
HNO3, H2SO4, HСl, HClO4, HJ, HBr |
Основи |
NH4OH, нерозчинні |
|
Луги-гідратні форми оксидів металівI«А» гр. І з ІІ «А» гр. Са(OH)2, Ba(OH)2, Sr(OH)2 |
Cолі |
HgCl2,Hg2Cl2 |
|
Розчинні |
При розв’язуванні задач завжди подається в частках одиниці.
Електролітична дисоціація - це оборотний, рівноважний процес, який
відбувається в розчині слабкого електроліту між молекулами та йонами. До
таких процесів можна застосувати закони хімічної рівноваги і подати вираз
для константи рівноваги. Наприклад, для процесу дисоціації такого слабкого
електроліту, як нітритна кислота:
HNO2= H+ + NO-2
вираз для константи дисоціації матиме такий вигляд:
де [H+], [NO2], [HNO2 рівноважні концентрації йонів і молекул.
Величина Кд не залежить від концентрації електроліту, а залежить тільки від
природи електроліту і розчинника та від температури.
Взаємозв’язок між величинами αі Кд для розбавлених слабкихелектролітів відомий під назвою закону розбавлення Оствальда.
Математичний вираз його має вигляд:
де Кд- константа дисоціації;
α - ступінь електролітичної дисоціації;
с - мольна концентрція електроліту;
Ступінь електролітичної дисоціації (α) залежить:
а) від концентрації електроліту (з ростом концентрації зменшується);
б) температури;
в) природи електролітів;
г)наявності в розчинах сторонніх йонів.
На основі закону Оствальда розраховують значення величин α, Кд таконцентрації електроліту і його йонів.
У не дуже розбавлених розчинах електролітів потрібно враховувати неконцентрацію йонів, та їх активність.
Активність йонів- це ефективна, умовна концентрація.
а = f ∙ с, де
а - активність йонів;
f - коефіцієнт активності;
с - концентрація йонів.
При записуванні рівнянь електролітичної дисоціації необхідно враховувати не тільки баланс атомів в обох частинах рівнянь, але й баланс зарядів йонів.
Приклади рівнянь електролітичної дисоціації для електролітів різних груп :
Сильних кислот:
Н2SO4=2H++SO2-4
HNO3=H++NO-3
Сильних основ:
NaOH=Na++OH-
Ca(OH)2=Ca2++2OH-
Солей:Na2SO4=2Na++SO2-4
Ba(NO3)2 =Ba2+2NO-3
Cередні і слабкі електроліти (кислоти і основи) дисоціюють постадійно,
при чому ступінь дисоціації кожної наступної стадії зменшується. При записі
рівнянь дисоціації, необхідно враховувати баланс зарядів на кожній стадії
(рівність суми зарядів в лівій і правій частинах рівняння).
Середні кислоти:
H3PO4=H++H2PO-4
H2PO4 =H++HPO2-4
HPO2-4 =H++PO3-4
Слабкі основи:
Fe(OH)3 = Fe(OH)+ 2 +OH-
Fe(OH)+2+FeOH2+ + OH-
HPO42- = H+ + PO3-4
У випадку кислих і основних солей, слід мати на увазі, що процес їх
дисоціації здійснюється у дві стадії: перша, як сильного електроліту - солі і
друга - дисоціація утвореного на першій стадії йону - як слабкого
електроліту.
Наприклад:
Кислі солі:
Ca(HCO3)2 = Ca2++2 HCO-3 I стадія α>30%
HCO-3 = H++CO2-3 II стадіяα< 3%
Основні солі:
CuOHCl = CuOH+ +Cl- І стадія;> 30%
CuOH+ = Cu2+ +OH- II стадія;< 3%
Для того, щоб встановити напрям перебігу реакцій з участю електролітів
в розчині, рівняння хімічних реакцій представляють в йонному (йонно-молекулярному) вигляді. В йонно-молекулярних рівняннях сильні (якідобре дисоціюють) електроліти записують у йонному вигляді, а слабкі середні електроліти, нерозчинні і газоподібні речовини – молекулярномувигляді.При складанні таких рівнянь спочатку необхідно написатимолекулярне рівняння, відтак повне йонно-молекулярне, а потім скороченейонно-молекулярне рівняння (скоротити одинакові йони в обох частинах). Вйонно-молекулярному рівнянні повинен зберігатися баланс зарядів.Заскороченими йонно-молекулярними рівняннями можна встановити які самейони і молекули беруть участь у реакції і напрям перебігу реакції.