Работа 8. Свойство водных растворов электролитов.

Цель работы: ознакомится с электропроводностью растворов, ионными равновесиями в растворах электролитов.

Согласно теории электролитической диссоциации электролиты при растворении в воде распадаются (диссоциируют) на положительно и отрицательно заряженные ионы. Этот процесс можно выразить уравнением:

Как видно из уравнения, этот процесс равновесный, а следовательно, константа равновесия может быть выражена через равновесные концентрации:

Константа равновесия характеризует диссоциацию вещества в растворах и носит название константа диссоциации.

Величина зависит от природы электролита и растворителя, а также от температуры, но не зависит от концентрации раствора.

Константа диссоциации () является величиной, характеризующий способность электролита к диссоциации. Например:

Константа диссоциации уксусной и угольной кислоты соответственно равны:

Сравнивая значения этих констант, можно сказать, что у угольной кислоты способность к диссоциации на ионы меньше, чем у уксусной.

Степень диссоциации и константа диссоциациислабого электролита связанны между собой зависимостью (закона Оствальда):

где - разведение раствора, л/моль.

Все электролиты можно разделить на две группы: сильные и слабые электролиты. Сильные растворы в водных электролитах диссоциируют полностью. Слабые электролиты в водных растворах диссоциируют частично, и в растворе устанавливается динамическое равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами.

В растворах электролитов осуществляется межионное взаимодействие, обусловленное силами притяжения и отталкивания. Наиболее заметны межионные взаимодействия в растворах сильных электролитов. Для количественной характеристики межионных взаимодействий используется ионная сила раствора I (полусумма произведений концентраций всех ионов, присутствующих в растворе, на квадрат их заряда):

Зная ионную силу раствора I, можно найти коэффициент f, позволя­ющий определить некоторую величину А (активность), формально заменяющую концентрацию С при математических описаниях свойств растворов электролитов:

- коэффициент активности иона, который является функцией ионной силы раствора I и заряда иона .

Количественной характеристикой способности электролита проводить электрический ток является электрическая проводимость. Различают удельную и молярнуюэлектрическую проводимость.

Сильные электролиты диссоциируют в растворе полностью, но на гра­нице малорастворимого сильного электролита с раствором ионы из осадка переходят в раствор и вновь возвращаются на поверхность твердого ве­щества, т.е. устанавливается равновесие между осадком и его ионами. Например: .

Растворение вещества происходит до тех пор, пока не установится равновесие между осадком и его ионами в растворе. В момент наступления равновесия раствор становится насыщенным. Количественно это равновесие можно охарактеризовать константой равновесия:

Так как концентрация твердой соли - величина постоянная, то, умножая величину константы равновесия на эту концентрацию, мы получаем новую константу: .

Таким образом, в насыщенном растворе малорастворимого электролита произведение концентраций ионов является величиной постоянной при дан­ной температуре. Эта величина называется произведением растворимости :.

Зная величину произведения растворимостей, можно вычислить кон­центрацию труднорастворимого электролита в насыщенном растворе. Напри­мер:

откуда ионов. Здесь величину ПР, можно рассчитать, выпадет или нет данное вещество в осадок. Например, если 0,001 мольпоместить в 1л воды, то все это количество соли растворится, так как величинаменьше. Следовательно, этот раст­вор будет не насыщенным.

Водородный показатель среды рН.

Вода диссоциирует по уравнению

Путем измерения электропроводности было найдено, что концентрация ионов водорода в тщательно очищенной воде при равна 10^-7 моль/л.. Это характеризует воду как очень слабый электролит.

Константа диссоциации воды при 295 К равна 1.8*10^-16, а при той же температуре равна примерно 55,56 моль/л.

отсюда

Величина называется ионным произведением воды. В нейтральных растворахмоль/л (рН=7), в кислыхмоль/л (рН<7) в щелочахмоль/л (рН>7).

Вместо концентрации ионов водорода часто пользуются водородным показателем (рН), равному взятому с обратным знаком десятичному логарифму активности ионов водорода в этом растворе.

Наряду с показателем рН пользуются показателем рОН:

Исходя из значений ионного произведения воды при 295 К

Для приблизительного определения рН пользуются индикаторами, т.е. веществами, меняющими свою окраску в зависимости от щелочности или кислотности среды. Часто с этой целью применяют лакмус, фенолфталеин, метиловый оранжевый. Изменение окраски различных индикаторов происходит при вполне определенных для каждого из этих значений рН. Например, ок­раска метилового оранжевого от красной до желтой меняется в интервале рН от 3,1 до 4,4. Промежуток между двумя значениями рН, в котором изменяется окраска индикатора, называется интервалом индикатора.

Интервалы некоторых индикаторов.

Индикатор	Область перехода рН	Окраска в растворе
		Более кислом	Более щелочном
Малахитовый зеленый	0,1-2,0	Желтая	Голубовато-зеленый
Метиловый оранжевый	3,1-4,4	Красная	Желтая
О - нитрофенол	5,0-7,0	Бесцветная	Желтая
Лакмус	5,0-8,0	Красный	Синий
Фенолфталеин	8,2-10,0	Бесцветная	Малиновая
Малахитовый зеленый	11,2-13,2	Голубовато-зеленый	Бесцветная

Экспериментальная часть.

ОПЫТ 1. Электропроводность растворов.

Соберите прибор, состоящий из химических стаканов емкостью 250мл; эбонитовый крышки, снабженной двумя универсальными клеймами для закрепления электродов и присоединения проводов; амперметра, вольтметра и лабораторного автотрансформатора (ЛАТР). Электропитание подается из сети через лабораторный трансформатор:

а) сильные и слабые электролиты.

В четыре стакана емкостью 250 мл налейте по 150 мл 1М растворов: серной кислоты , уксусной кислоты, гидроксида калияи аммония (растворв воде).

Испытайте последовательно электропроводность этих растворов. Для этого в каждый из стаканов с раствором погрузите электроды, включит ток и запишите показания амперметра. Выключите ток и ополосните электроды дистиллированной водой. Сделайте вывод, какие из испытанные веществ относятся к сильным и какие к слабым электролитам?

б) изменение электропроводности при нейтрализации слабого основания слабой кислотой.

Испытайте электропроводность 25% раствора аммиака (см. опыт а). Слейте раствор аммиака в стакан и прибавляйте к нему понемногу (осторожно) концентрированную уксусную кислоту. Дайте раствору охладиться и снова испытайте его электропроводность. Чем объяснить большую электропроводность раствора?

ОПЫТ 2. Смещение ионного равновесия.

а) к 2М раствору уксусной кислоты прибавьте 2 капли индикатора метилоранжа. Отметьте окраску индикатора (интервал рН перехода окраски индикатор -3,1+4,4). Внесите в ту же пробирку несколько кристаллов ацетата аммония или ацетата натрия. В чем причина изменения окраски индикатора? Рассчитайте, как изменяется рН раствора при добавлении ацетата аммония.

б) к SM раствору гидроксида аммония прибавьте 2 капли индикатора - фенолфталеина. Какую окраску приобрел индикатор? (интервал рН пере­хода окраски фенолфталеина (8,3+10,0)). В ту же пробирку добавьте нес­колько кристаллов хлорида аммония. В чем причина изменения окраски ин­дикатора? Рассчитайте, как изменяется рН раствора при добавлении хло­рида - аммония.

ОПЫТ 3. Образование осадков и произведение растворимости.

В две пробирки налейте по 3-4 капли 0.005М раствора нитрата свинца. В одну из них прибавьте, такой же объем 0.05М раствора хлорида ка­лия, в другую - такой же объем 0.05М раствора иодида калия. В какой из пробирок выпал осадок? Объясните полученный результат, используя зна­чение произведений растворимости. Составьте уравнения реакций.

Контрольные вопросы и задачи.

1. Какие вещества называются электролитами?

2. Почему электролиты называются проводниками электрического тока 2 рода? Какие вещества являются проводниками 1 рода?

3. Что называется степенью диссоциации? Чему равна степень диссо­циации.

4. Каким образом способность электролитов к диссоциации зависит г вида химической связи?

5. Напишите уравнение диссоциации ,,,,,.

6. Вычислите степень диссоциации гидроксида аммония в его деци-, санти- и миллимолярных растворах. Постройте график зависимости степени диссоциации от концентрации раствора.

7. Имеются, сантимолярные растворы соляной и уксусной кислоты объясните, в каком из них разница между значениями иболее заметна.

8. Что такое произведение растворимости? Чем объяснить, что реакции:

идут практически только в прямом направлении?

9. Как влияет на растворимость добавление в раствор карбоната натрия?

10. Зная, что произведение растворимости равно 2,3*10^-4, вычислить выпадет ли осадок соли при сливании 100 мл 0,001М с 100 мл 0.001М.

ИОННЫЕ РЕАКЦИИ ОБМЕНА В РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ.