Розчини електролітів основні поняття та визначення

Електроліти	- речовини, які в розчинах та розплавах розпадаються на іони, внаслідок чого їхні розчини та розплави проводять електричний струм.
Електролітична дисоціація (або іонізація)	- процес розщеплення електролітів на іони в середовищі полярних розчинників.
Ступінь електролітичної дисоціації (α)	- відношення числа молекул, які розщепилися на іони (Nдис) до загального числа розчинених молекул (N):
Сильні електроліти	- електроліти, які у розчинах практично повністю дисоціюють на іони; для них .
Слабкі електроліти	- електроліти, які під час розчинення у воді лише частково дисоціюють на іони, а основне число їхніх молекул перебуває в розчині в недисоційованому стані; для них .
Кислоти	- електроліти, що дисоціюють з відщепленням іонів .
Основи	- електроліти, що дисоціюють з відщепленням іонів .
Амфотерні електроліти	- електроліти, які дисоціюють і як кислоти, і як основи.
Константа дисоціації (Кд)	- константа рівноваги для оборотного процесу дисоціації слабкого електроліту , де - рівноважні концентрації іонів та недисоційованих молекул слабкого електроліту.
Закон розведення Оствальда	- при розведенні розчинів слабких електролітів ступінь дисоціації збільшується або
Іонний добуток води	- добуток концентрацій іонів і при t = 250C.
Водневий показник (рН)	- від’ємний десятковий логарифм молярної концентрації іонів Н+ в розчині
Гідроксидний показник (рОН)	- від’ємний десятковий логарифм молярної концентрації іонів
Скорочені іонні рівняння	- рівняння реакцій, в яких сильні розчинні електроліти записують у вигляді іонів, а слабкі розчинні електроліти, важкорозчинні та газоподібні речовини – у молекулярній формі.
Гідроліз солей	- реакція обмінної взаємодії між водою і розчиненими в ній солями, що супроводжується зміною рН середовища внаслідок утворення слабкої кислоти (її кислої солі) або слабкої основи (її основної солі).

Приклади виконання завдань

Приклад 1. Визначити ступінь дисоціації вугільної кислоти за першим ступенем у 0,1 М розчині, якщо константа дисоціації для цього ступеня дорівнює 4,5·10 ^-7.

Розв’язання. Константа дисоціації і ступінь дисоціації слабкого електроліту зв’язані між собою співвідношенням (закон розведення Оствальда):

,

де - константа дисоціації; С – концентрація електроліту, (моль/л).

Для розчинів слабких електролітів, які дуже малою мірою дисоціюють на іони, ступінь електролітичної дисоціації набагато менший одиниці (). Тому рівняння закону розведення Оствальда можна спростити (оскільки за таких умов ):

,

звідки

.

Вугільна кислота дуже слабка, тому для обчислення ступеня дисоціації скористаємося спрощеним виразом закону розведення

.

Відповідь. Ступінь дисоціації вугільної кислоти за першим ступенем дорівнює 6,7·10 ^-3 або 0,67%.

Приклад 2. Визначити концентрацію іонів в 0,1 М розчині гідроксиду амонію, якщо К_дис=1,77·10 ^-5.

Розв’язання. Концентрація іонів в розчині електроліту залежить від молярної концентрації електроліту С_М, ступеня його дисоціації α і числа іонів n даного виду, що утворюються при дисоціації електроліту, тобто

Для визначення концентрації іонів в розчині спочатку знаходимо ступінь дисоціації :

.

Запишемо рівняння дисоціації :

.

Оскільки з одного моль утворюється 1 моль іонів , то концентрація іонів дорівнює

(моль/л).

Відповідь: 1,33·10^-3 моль/л.

Приклад 3. Скласти молекулярні і іонні рівняння реакцій взаємодії між хлоридом барію та сульфатом натрію.

Відповідь. Обмінні реакції між електролітами необоротні і відбуваються до кінця в таких випадках, коли утворюються малорозчинні або газоподібні речовини, а також слабкі електроліти.

В іонних рівняннях сильні електроліти записують у вигляді іонів, на які вони дисоціюють, а малорозчинні і газоподібні речовини, а також слабкі електроліти – у вигляді молекул.

1. Складаємо рівняння реакції в молекулярній формі:

2. Речовини і - розчинні у воді солі, які практично цілком дисоціюють на іони, тому в іонному рівнянні ці речовини слід зобразити у вигляді іонів, на які вони дисоціюють. Сіль практично нерозчинна у воді, тому її формулу залишаємо без змін. Тоді маємо:

3. Виключаємо з правої та лівої частин однакові кількості однойменних іонів ( і ) і одержуємо рівняння реакції в скороченій іонній формі:

.

Приклад 4. Скласти два різних рівняння в молекулярній формі, які відповідають рівнянню в скороченій іонній формі:

Відповідь. 1. Запишемо під формулами іонів лівої частини рівняння такі іони протилежного заряду, які б утворювали з вихідними іонами розчинні сильні електроліти (дописані іони мають утворювати розчинний сильний електроліт також між собою). Такі самі іони записуємо під формулами іонів правої частини рівняння:

2. Підсумовуючи обидва рівняння, одержуємо рівняння в іонній формі:

.

3. Об’єднуючи іони, записуємо рівняння в молекулярній формі:

.

4. Підбираємо інші відповідні іони й одержуємо друге рівняння реакції:

або

.

Приклад 5. Між якими з наведених речовин відбуватиметься реакція обміну в розчині: а) б) .

Відповідь. а) Реакція між розчинами і в молекулярній формі виражається рівнянням

Оскільки всі солі, що приймають участь у цій реакції – сильні електроліти, то в іонному вигляді рівняння реакції можна записати так:

Як показує це рівняння, в розчині утворюється тільки суміш іонів При зливанні розчинів і не утворюється ані малорозчинних або газоподібних речовин, ані слабких електролітів. Тому між і реакція не відбувається.

б) При зливанні розчинів та утворюється малорозчинна сіль :

.

В іонному вигляді це рівняння записується так:

Концентрації іонів та в процесі реакції залишаються незмінними, тому з рівняння реакції їх можна виключити. Тоді рівняння матиме вигляд: Таким чином, реакція відбувається між іонами з утворенням осаду .

Приклад 6. Скласти молекулярні і іонні рівняння реакцій взаємодії між: а) гідроксидом амонію і соляною кислотою; б) гідроксидом цинку і гідроксидом натрію.

Відповідь. Якщо вихідними речовинами реакції є малорозчинні речовини або слабкі електроліти, то крім реакцій зв’язування тих чи інших іонів відбуваються реакції поступової дисоціації слабкого електроліту або переходу іонів малорозчинної сполуки в розчин

Приклад 7. Визначити концентрацію іонів і 0,01 М розчину гідроксиду натрію, якщо ступінь дисоціації .

Розв’язання. Запишемо рівняння дисоціації гідроксиду натрію

Із рівняння дисоціації видно, що з 1 моль утворюється 1 моль іонів ; отже концентрація іонів в 0,01 М розчині дорівнює:

моль/л.

Виходячи з іонного добутку води , знаходимо концентрацію іонів водню:

Водневий показник розчину дорівнює:

.

Приклад 8. Визначити рН 0,17 М розчину , константа дисоціації якої дорівнює 1,75·10 ^-5.

Розв’язання. Кислотність даного розчину обумовлена дисоціацією кислоти

Константа і ступінь дисоціації слабкого електроліту зв’язані між собою співвідношенням

.

Визначаємо концентрацію іонів :

.

Звідси водневий показник розчину дорівнює:

.

Приклад 9. Скласти молекулярні та іонні рівняння гідролізу солей: .

Відповідь. а) Ціанід калію – сіль, утворена слабкою одноосновною кислотою та сильною однокислотною основою . При розчиненні у воді молекули повністю дисоціюють на катіони та аніони . Катіони _{не можуть зв’язувати іони води, бо} ─ сильний електроліт. Аніони зв’язують іони води, утворюючи молекули слабкого електроліту . Сіль гідролізує за аніоном. Скорочене іонне рівняння гідролізу:

Додаючи до правої і лівої частин рівняння іони калію, одержуємо повне іонне рівняння реакції:

Рівняння реакції гідролізу в молекулярній формі:

.