104

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ

Пример 1. Осадок выпадет при добавлении к раствору ZnSO4 раствора:

а) CH3COOK б) KCl в) KNO3 г) K3PO4

Решение: На основании таблицы растворимости (см.Приложение) можно заключить, что нерастворимая соль цинка образуется только при взаимодействии ZnSO4 с K3PO4

3ZnSO4 + 2K3PO4 = Zn3(PO4)2↓ + 3K2SO4

3Zn2+ + 2PO43− + Zn3(PO4)2↓

Ответ: «г».

Пример 2. Какие вещества необходимо взять для реакции, которая выражается сокращѐнным ионным уравнением:

Pb2+ + 2I− = PbI2↓

а) Pb(OH)2, KI б) PbCO3, HI в) Pb(NO3)2, AgI г)Pb(NO3)2, HI

Решение: Ионы металлов образуют при диссоциации основания и соли, но Pb(OH)2 является нерастворимым основанием. Поэтому для реакции надо брать любую растворимую соль свинца. Можно Pb(NO3)2. Эта соль в ответах «в» и «г». Анионы кислотных остатков образуют кислоты и соли. В данном случае можно взять сильную кислоту HI или еѐ растворимую соль, но т.к. AgI нерастворимая соль, ответ «в» не подойдѐт.

Ответ: «г» Pb(NO3)2 + 2HI = PbI2↓ +2HNO3

9.3. Амфотерные гидроксиды

Электролиты, которые при диссоциации одновременно образуют катионы водорода и гидроксид-ионы называют амфотерными гидроксидами или амфолитами. В кислой среде они проявляют основные свойства (формулу гидроксида записывают в виде основания ЭОН), а в щелочной – кислотные ( формулу гидроксида записывают в виде кислоты НЭО). Например,

105

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ

Пример 1. Элементом, у которого гидроксиды трѐх типов (основного, амфотерного, кислотного) является:

а) олово (№ 50) б) калий (№ 19) в) марганец (№25) г) медь (№ 29)

Решение: Только элементы побочных подгрупп (d-элементы) в низших степенях окисления образуют оксиды и гидроксиды основного характера, в промежуточных – амфотерные, а в высших – чаще кислотные или амфотерные. Из предложенных элементов к d-элемнтам относятся марганец и медь, но медь является элементом I группы и высшие степени окисления не проявляет.

Гидроксиды марганца: Mn(OH)2 – основной, Mn(OH)3 – амфотерный, HMnO4 –

кислотный.

Решение: С основаниями взаимодействуют кислотные и амфотерные гидрокисиды. В нашем примере гидроксид олова амфотерный (Sn(OH)2 или

H2SnO2), а остальные − основного характера.

H2SnO2 + 2NaOH = Na2SnO2 + 2H2O H2SnO2 + 2OH− = SnO22− + 2H2O

или Sn(OH)2 + 2 NaOH = Na2[Sn(OH)4] Sn(OH)2 + 2 OH− = [Sn(OH)4]2−

Ответ: «б».

106

9.4. Слабые и сильные электролиты. Диссоциация слабых электролитов

Так как слабые электролиты диссоциируют частично и процесс диссоциации обратим, к ним применим закон действующих масс:

СН СОО Н

Кд 3

СН 3СООН

Константа равновесия диссоциации электролита называется константой диссоциации (Кд). Она практически не зависит от концентрации раствора и точнее, чем степень диссоциации, характеризует способность электролита распадаться на ионы. Величина Kд характеризует способность электролита диссоциировать на ионы. Чем больше Kд, тем больше концентрация ионов,

тем сильнее электролит.

Величины Kд и связанны между собой математическим выражением

закона разбавления Оствальда

9.5. Сильные электролиты

Сильные электролиты в водных растворах диссоциируют практически полностью. Это ведѐт к резкому повышению концентрации ионов в растворе,

уменьшению расстояния между ними и усилению межионных взаимодействий,

которые снижают подвижность ионов, что влияет на свойства электролита. Для учѐта этого влияния понятие концинрации заменено активностью.

Активность молекул или ионов (а) − это их эффективная концентрация, в соответствии с которой молекулы или ионы проявляют себя в химических и физических процессах.

Связь между концентрацией (с) и активностью (а) осуществляется через коэффициент активности (f ):

107

Если f 1, то это означает, что движение ионов в растворе замедлено.

Для сильно разбавленных растворов f 1 и тогда а с .

Для правильного выражения закона действующих масс в его уравнение должны входить активности или коэффициенты активностей, участвующих ионов и молекул, а не их концентрации. Тогда закон действующих масс будет применим как для слабых, так и для сильных электролитов.

Если диссоциацию сильного электролита представить схемой: КА  К+ + А−

и применить закон действующих масс, то получим:

Ка − термодинамическая константа.

Таким образом, для растворов сильных электролитов заменяют:

- истинную концентрацию (с) на эффективную (кажущуюся) или

активность (а);

-истинную степень диссоциации (α) на кажущуюся степень диссоциации или коэффициент активности (f);

-аналитическую константу диссоциации (Кд) на термодинамическую константу диссоциации (Кд).

Коэффициент активности учитывает взаимодействие данного иона с окружающей средой. Величина коэффициента активности зависит: от заряда иона, концентрации ионов в растворе, концентрации посторонних ионов,

присутствующих в растворе. Количественно эта зависимость выражается через ионную силу раствора. Величина коэффициента активности понижается с возрастанием ионной силы раствора.

Ионной силой раствора (μ) называется величина электрического поля в растворе, являющаяся мерой электростатического взаимодействия между всеми ионами раствора.

108

Ионная сила раствора − это полусумма произведений концентраций

Для растворов бинарных электролитов, состоящих из одновалентных ионов, например, NaCl, HNO3 и т.д. μ = с

Для трехионных электролитов, например H2SO4, MgCl2, K2CrO4, μ = 3∙c

Для растворов бинарных электролитов, состоящих из двухвалентных ионов, например, CuSO4, MgSO4 μ = 4∙c

Для растворов электролитов, распадающихся на 4 иона, например, AlCl3,

K3PO4 и т.д. μ = 6∙c

Для очень разбавленных растворов зависимость коэффициента активности

от ионной силы раствора выражается формулой Дебая и Гюккеля:

lg f 12 z2

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ

Пример 1. Какова концентрация ионов [NH4+] в 0,1 м растворе NH4OH, если степень диссоциации (α) равна 1,33∙10−2?

а) 1,33∙10−3 б) 1,33∙10−4 в) 1,33∙10−5 г) 1,33∙10−1

Решение: NH4OH NH4+OH- (бинарный электролит. т.к. диссоциируетна один катион и один анион). Конценраци ионов в растворе бинарного электролита равна с ∙ α

[NH4+]=[OH]=[NH4OH]=с =0.1 1,33 10–2= 1,33∙10-3 моль/л

Ответ: «а»

109

Пример 2. Концентрация ионов водорода в 0,2 м растворе НСООН равна 6∙10−3

моль/л. Какова константа диссоциации муравьиной кислоты если еѐ степень

Решение: Для слабых электролитов Кд = α2 ∙ с = (3∙10−2)2 ∙ 0,2 = 1,8∙10−4

Ответ: в.

Пример 3. Вычислить ионную силу 0,01м раствора Ca(NO3)2, к одному литру

Пример 4. Вычислить ионную силу раствора и активность ионов в 0,025м

2.Коэффициент активности находим по таблице приложения: f = 0,44

3.Активность будет равна: a = f · c

aCu2+ = aSO42- = 0,025 · 0,44 = 0,011= 1,1·10-2 моль/л. Ответ: μ = 0,1; а = 1,1·10-2 моль/л.