- •Министерство образования и науки Российской Федерации
- •Введение
- •Общие методические указания
- •1. Основные понятия и законы химии
- •Задачи к главе 1
- •2. Состав и строение атома. Химическая связь.
- •2.1 Состав атома
- •2.2. Строение электронных оболочек
- •Пример 3.Какие значения квантовых чисел n, l, ml, ms имеют валентные электроны атома ? Напишите электронную формулу элемента.
- •2.3. Геометрические и энергетические характеристики атомов
- •2.4. Химическая связь.
- •Задачи к главе 2
- •3. Химическая термодинамика
- •3.1. Термохимия
- •3.2. Химическое сродство
- •Задачи к главе 3
- •4. Химическая кинетика и равновесие
- •4.1. Химическая кинетика
- •4.2. Химическое равновесие
- •Задачи к главе 4
- •5. Растворы. Способы выражения состава
- •Задачи к главе 5
- •6. Свойства растворов неэлектролитов
- •Задачи к главе 6
- •7. Свойства растворов электролитов
- •7.1. Электролитическая диссоциация
- •7.2. Произведение растворимости
- •Задачи к главе 7
- •8. Ионное произведение воды. Водородный показатель.
- •Задачи к главе 8
- •9. Ионообменные реакции. Гидролиз солей
- •Задачи к главе 9
- •10. Комплексные соединения
- •Задачи к главе 10
- •11. Окислительно-восстановительные реакции
- •Задачи к главе 11
- •12. Электрохимические явления
- •12.1. Гальванический элемент
- •12.2. Электролиз
- •Задачи к главе 12
- •2 Уровень
- •Приложения
- •Относительная электроотрицательность элементов
- •Термодинамические свойства простых веществ и соединений
- •Произведения растворимости труднорастворимых веществ
- •Термодинамические свойства ионов в водных растворах
- •Стандартные электродные потенциалы в водных растворах
- •Названия некоторых кислот и их кислотных остатков
7. Свойства растворов электролитов
7.1. Электролитическая диссоциация
Электролиты – вещества, расплавы или растворы в полярных растворителях которых проводят электрический ток. Причина этого явления состоит в том, что в данных условиях такие вещества распадаются на определенное количество противоположно заряженных частиц – ионов. Процесс распада вещества на ионы под действием температуры или растворителя называется электролитической диссоциацией и является обратимым. Сила электролита определяется степенью электролитической диссоциации α и вычисляется по формуле:где N – число молекул, распавшихся на ионы; N0– общее число молекул электролита в растворе; илигде i – изотонический коэффициент; n – общее число ионов, на которые распадается каждая молекула электролита. Изотонический коэффициент в обобщенном виде учитывает степень отклонения свойств растворов электролитов от законов Рауля и Вант-Гоффа. Например, для растворов электролитов:
Δtпл = i·Кк·Сm,
,
Росм=1000i·См·RT.
Более точным критерием для сравнения силы электролита служит константа диссоциации. Это величина, показывающая отношение произведения концентрации ионов к концентрации недиссоциированных молекул слабого электролита в момент равновесия. Например:
HClO ↔ H++ ClO-
Чем меньше значение константы диссоциации, тем слабее электролит. Для слабых электролитов константа и степень диссоциации находятся в следующей зависимости (закон разбавления Оствальда):
где С – молярная концентрация электролита, моль/л.
Электролиты, практически полностью диссоциирующие в водных растворах, называются сильными. К ним относятся большинство солей, гидроксиды щелочных и щелочно-земельных элементов, некоторые кислоты. Следует иметь в виду, что в случае сильных электролитов найденное таким способом значение α выражает лишь «кажущуюся» степень диссоциации, поскольку в растворах сильные электролиты диссоциируют полностью.
Пример 1. Раствор, содержащий 0,85 г хлорида цинка в 125 г воды, кристаллизуется при – 0,23 ºС. Определить кажущуюся степень диссоциации ZnCl2.
Решение.Найдем моляльную концентрацию соли в растворе. Так как молярная масса ZnCl2равна 136,3 г/моль, то
моль на 1000 г Н2О.
Теперь определим понижение температуры кристаллизации без учета диссоциации электролита (криоскопическая константа воды равна 1,86):
Δtкрист. выч.= Кк·Сm= 1,86·0,050 = 0,093 ºС.
Сравнивая найденное значение с экспериментально определенным понижением температуры кристаллизации, вычисляем изотонический коэффициент i:
.
Теперь находим кажущуюся степень диссоциации соли:
.
Наблюдаемое отличие кажущейся степени диссоциации от единицы связано с межионными взаимодействиями в растворе. В результате ионы оказываются не вполне свободными в своем движении, и все свойства электролита проявляются слабее, чем следовало бы ожидать при полной диссоциации электролита на не взаимодействующие между собой ионы.
Поэтому для описания состояния ионов в растворе пользуются, наряду с концентрацией ионов, их активностью, т.е. условной (эффективной) концентрацией ионов, в соответствии с которой они действуют в химических процессах. Активность иона а, моль/дм3, связана с его молярной концентрацией в растворе Смсоотношением:
а =f· См,
где f– коэффициент активности иона.
В разбавленных растворах коэффициент активности зависит только от заряда иона и ионной силы раствора I, которая равна полусумме произведений концентрации Сiкаждого иона на квадрат его заряда zi.: .
Приближенно коэффициент активности иона в разбавленном растворе можно вычислить по формуле
Пример 2. Вычислить ионную силу и активность ионов в растворе, содержащем 0,01 моль/дм3MgSO4и 0,01 моль/дм3MgCl2.
Решение.Ионная сила раствора равна
I =0,5[С(Mg2+)·22+C(SO42-)·22+C(Cl-)·12) =0,5(0,02·4+ 0,01·4+ 0,02)= 0,07.
Коэффициент активности иона Mg2+(и равный ему коэффициент активности ионаSO42-) найдем по формуле
== -0,53, откудаf= 0,30.
Аналогично находим коэффициент активности иона Cl-6
=-0,13, откудаf= 0,74.
Теперь, пользуясь соотношением а=f· См, находим активность каждого иона:а(Mg2+) = 0,02·0,30 = 0,006 моль/дм3;а(SO42-) = 0,01·0,30 = 0,003 моль/дм3;а(Cl-) = 0,02·0,74 = 0,0148 моль/дм3;