5. Растворы электролитов

Примеры решения типовых задач

Пример 1. Найдите массу AlCl₃, необходимую для приготовления 2 л (2*10^-3 м³) раствора с массовой долей хлорида алюминия равной 12%. Плотность раствора 1090 кг/м³. Вычислите молярну концентрацию эквивалента, молярную концентрацию, молярность и титр раствора.

Решение.

1.Определяем молярную массу и молярную массу эквивалента AlCl₃

М( AlCl₃) = 133,34 г/моль, Э(AlCl₃) = 44,45 г/моль.

2.Находим массу AlCl₃, необходимую для приготовления 2 л его раствора с массовой долей 12 %. Массовая доля показывает, сколько единиц массы растворенного вещества содержится в 100 единицах массы раствора.

Масса раствора равна произведению объема раствора (V) на его плотность ().

М = 2*10^-3*1090 кг/м³ = 2,18 кг.

В 100 кг раствора содержится 12 кг AlCl₃

В 2,18 кг раствора содержится х кг AlCl₃

3.Находим молярную концентрацию раствора. Молярная концентрация раствора С_М показывает количество растворенного вещества, содержащего в 1 л раствора.

В 2 л раствора содержится 261,6 г AlCl_3.

В 1 л раствора содержится х г AlCl₃,

Молярная концентрация равна

4.Находим молярную концентрацию эквивалента. Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация) раствора показывает число молярных масс эквивалентов растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора.

5.Нахолим молярность раствора. Молярность раствора С_m (моль/кг) показывает количество растворенного вещества, находящееся в 1 кг растворителя.

Масса воды равна 2180 г – 261,6 г = 1918,4 г.

Количество AlCl₃ равно

В 1918,4 г H₂O растворено 1,96 моль AlCl_3.

В 1000 г H₂O растворено х моль AlCl₃,

6.Находим титр раствора. Титр раствора Т показывает массу (г) растворенного вещества, содержащегося в 1 мл раствора. В 1 л раствора содержится 130,8 г AlCl₃.

.

Пример 2. Напишите уравнение электролитической диссоциации муравьиной кислоты и найдите концентрации ионов Н⁺ и НСОО^- в моль /л в растворе, молярность которого равна 0,01, если константа диссоциации

К _дисс = 1,8*10^-4

Решение.

HCOOH H⁺ + HCOO^-

C_ион = C* α *n, где С – молярная концентрация электролита; α – степень диссоциации; n – число ионов данного вида.

Степень диссоциации приближенно находим из выражения упрощенного закона Оствальда

с_н = с_нсоо = 0,01*1,34*10^-1 = 1,34*10^-3.

Пример 3. Вычислите водородный показатель (pH) раствора и концентрации Н⁺ и ОН^- раствора гидроксида калия, содержащего 0,056 г КОН в 100 мл раствора (α = 1).

Решение.

Находим концентрацию раствора КОН в молях. Молярная масса КОН равна 56 г.

Находим, сколько молей КОН содержится в 1 л раствора.

В 100 мл раствора содержится 0,001 моль КОН.

В 1000 мл раствора содержится х моль КОН,

х = 0,01 моль

Концентрация КОН (с_КОН) равна 0,01 моль/л.

Концентрация ОН^- - ионов равна с_КОН = 0,01 моль/л.

рОН раствора рассчитываем по формуле

,

Для расчета определяем ионную силу раствора

I = 1/2 ∑c_i * z_i² = 1/2 (c_K*z_K² + c_OH * z_OH² ) = 1/2 (0,01 * 1² + 0,01* 1²) = 0,01.

Из табл. П 6 находим = 0,90. Следовательно, рОН = (0,90 * 0,01) = 2,05.

рН = рК_В – рОН = 14 – 2,05 = 11,95.

Пример 4. Составьте молекулярные и ионное уравнения гидролиза солей: а) нитрата аммония NH₄NO₃; б) сульфита лития Li₂SO₃; в) ацетата алюминия Al(CH₃COO)₃; напишите выражение для контастанты гидролиза и оцените рН среды.

Решение.

а) При растворении в воде соль NH₄NO₃ диссоциирует

NH₄NO₃ NH₄⁺ + NO₃^-.

Ионы воды (Н⁺ и ОН^-) в малодиссоциирующее соединения связывает ион NH₄⁺, образуя молекулы слабого основания NH₄ОН.

Ионное уравнение гидролиза NH₄NO₃

NH₄⁺ + H₂O NH₄OH + H⁺.

где - константа диссоциации NH₄ОН.

Уравнение гидролиза в молекулярной форме

NH₄NO₃ + H₂O NH₄OH + HNO₃.

Реакция среды кислая, рН < 7.

б) Сульфит лития при растворении в воде диссоциирует

Li₂SO₃ 2Li⁺ + SO₃^2-.

Ионы SO₃^2- связывают H⁺ - ионы воды ступенчато, образуя кислые ионы HSO₃^- и молекулы слабой кислоты H₂SO₃. Практически гидролиз соли ограничивается первой ступенью

SO₃^2- + H₂O HSO₃^- + OH^-,

Li₂SO₃ + H₂O NaHSO₃ + NaOH.

Рекция раствора щелочная, рН > 7.

в) Соль ацетата алюминия диссоциирует, образуя ионы

Al(CH₃COO)₃ Al⁺³ + 3CH₃COO^-

Ионы Al⁺³ и ион CH₃COO^- взаимодействуют с ионами воды, образуя малорастворимые соединения Al(OH)₃ и взаимодействии слабой кислоты и слабого основания, гидролизуются необратимо и полностью.

Al(CH₃COO)₃ + 3H₂O = Al(ОН₃) + 3 CH₃COO.

pH раствора Al(CH₃COO)₃ зависит от соотношения и . Из табл.П 4 следует, что < , следовательно среды кислая.

Пример 5. Образуется ли осадок труднорастворимого соединения CaSO₄, если смешать равные объемы растворов Сa(NO₃)₂ и K₂SO₄ с молярной концентрацией 0,003 моль/л?

Решение.

При смещении равных объемов раствора объем стал в 2 раза больше, а концентрация каждого из растворенных веществ уменьшилась вдвое, то есть

; .

Концентрации ионов Са²⁺, NO₃^-, K⁺ и SO₄^2- соответственно равны

; ;

.

Ионная сила раствора равна

I = 1/2 (

Учитывая коэффиценты активности для и (табл.П 6), рассчитываем активности этих ионов в растворе

;

значит осадок не образуется.

Пример 6. Свойства растворов неэлектролитов и законы Рауля.

1. Осмотическое давление растворов π определяют согласно закону Ванг-Гоффа

где количество растворенного вещества, моль;

V – объем раствора, м³

- молярная газовая постоянная, равная 8,3144 Дж/моль*К.

Зная π, можно определить молярную массу неэлектролита (М)

где – m – масса растворенного вещества.

2. Давление пара над раствором нелетучего вещества в растворителе (р) ниже давления пара над чистым растворителем (р₀) при той же температуре.

Согласно закону Рауля

Зная относительное понижение давления пара растворителя над раствором, можно вычислить молярную массу неэлектролита

где - число молей и массы растворителя и неэлетролита, соответственно;

- молярные массы растворителя и неэлектролита.

3. Вычисление молекулярной массы неэлектролита по понижению температуры замерзания или по повышению температуры кипения растворов неэлектролитов.

По закону Рауля

; ,

где - – понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения раствора соответственно;

скопическая константа растворителя;

- эбуллиоскопическая константа растворителя; вещества;

масса растворителя; – молярная масса растворенного вещества.

; .

Задачи для выполнения контрольной работы

5.1 Найдите массу соли, необходимую для приготовления раствора объемом V л с массовой долей . Плотность раствора Вычислите молярную концентрацию эквивалента, молярную концентрацию, молярность и титр этого раствора.

Таблица 5.1

Вариант	Соль	V, л	,%	,кг/м3
161	AlCl3	0,5	6	1052
162	AgNO3	1,5	8	1069
163	AgNO3	0,8	6	1050
164	Al2(SO4)3	0,8	6	1061
165	Al2(SO4)3	1,5	4	1040
166	BaCl2	3,0	4	1034
167	BaCl2	0,3	2	1015
168	CaCl2	0,5	12	1083
169	CaCl2	0,9	4	1031
170	CuSO4	2,5	8	1084
171	CuSO4	0,65	2	1019
172	FeCl3	0,9	12	1085
173	FeCl3	1,7	6	1049
174	FeSO4	1,5	4	1037
175	FeSO4	3,5	8	1078
176	K2CO3	2,0	12	1090
177	K2CO3	0,6	2	1016
178	K2Cr2O7	2,5	8	1055
179	K2Cr2O7	0,4	6	1040
180	K2SO4	3,0	6	1047
181	K2SO4	1,2	12	1081
182	MgSO4	4,0	4	1039
183	MgSO4	1,6	6	1060
184	Na2CO3	0,5	12	1102
185	Na2CO3	3,5	2	1019
186	Na2SO4	3,5	8	1072
187	Na2SO4	1,7	6	1053
188	Pb(NO3)2	1,5	6	1052
189	Pb(NO3)2	2,5	8	1072
190	Pb(NO3)2	0,5	12	1016

5.2. Напишите уравнение электролитической диссоциации раствора слабой кислоты и найдите концентрации ионов Н⁺ и кислотного остатка в моль/л в растворе нормальной концентрации с, если известна константа диссоциации К_дисс.

Таблица 5.2

Вариант	Формула кислоты	Название кислоты	с,моль/л	Кдисс
191	HCOOH	Муравьиная	0,005	1,810-4
192	CH3COOH	Уксусная	0,005	1,7410-5
193	HNO2	Азотистая	0,05	5,110-4
194	C6H6COOH	Бензойная	0,05	6,610-5
195	HIO4	Иодная	0,005	2,810-2
196	HIO3	Иодноватая	0,001	1,610-1
197	HF	Плавиковая	0,01	6,810-4
198	HCN	Синильная	0,1	6,210-10
199	HBrO	Бромноватистая	0,1	2,510-9
200	C2H5COOH	Пропионовая	0,01	1,3510-5
201	HCNS	Роданисто-водородная	0,001	1,410-1
202	C6H4(OH)COOH	Салициловая	0,001	1,110-3
203	HClO2	Хлористая	0,001	1,110-2
204	HClO	Хлорноватистая	0,05	5,010-8
205	HCNO	Циановая	0,01	3,510-4
206	HCOOH	Муравьиная	0,02	1,810-4
207	CH3COOH	Уксусная	0,01	1,7410-5
208	HNO2	Азотистая	0,01	5,110-4
209	C6H5COOH	Бензойная	0,01	6,610-5
210	HIO4	Йодная	1,0	2,810-2
211	HIO3	Йодноватая	2,0	1,610-1
212	HF	Плавиковая	0,05	6,810-4
213	HCN	Синильная	0,5	6,210-10
214	HBrO	Бромноватистая	0,5	2,510-9
215	C2H5COOH	Пропионовая	0,05	1,3510-5
216	HCNS	Роданистово-дородная	2,0	1,410-1
217	C6H4(OH)COOH	Салициловая	1,0	1,110-3
218	HClO2	Хлористая	1,0	1,110-2
219	HClO	Хлорноватистая	0,1	5,010-5
220	HCNO	Циановая	0,05	3,510-4

5.3 Рассчитайте рН раствора соединения (кислоты или основания) и концентрации ионов Н⁺ и ОН^- в растворе, содержащем m г соединения в объеме V мл расвтора ( = 1).

Таблица 5.3

Вариант	Соединения	V, мл	m, г
221	HCl	1000	1,46
222	HCl	500	0,365
223	HCl	2000	0,73
224	HCl	250	0,365
225	NaOH	500	0,04
226	NaOH	100	0,02
227	NaOH	250	0,1
228	NaOH	1000	0,40
229	KOH	1000	0,56
230	KOH	500	0,112
231	KOH	250	0,112
232	KOH	2000	1,12
233	HI	2000	2,56
234	HI	1000	0,256
235	HI	500	1,28
236	HI	250	0,0256
237	HBr	1000	1,62
238	HBr	500	0,81
239	HBr	250	0,81
240	HBr	2000	0,162
241	NaOH	500	0,2
242	NaOH	250	0,4
243	NaOH	1000	0,8
244	NaOH	1500	6,0
245	KOH	1500	8,4
246	KOH	500	2,8
247	KOH	750	1,68
248	KOH	1000	0,28
249	HCl	500	1,46
250	HCl	250	0,73

5.4. Составьте ионное и молекулярное уравнение реакции гидролиза соли, выражение для константы гидролиза и оцените величину рН раствора.

Таблица 5.4

Вариант	Соль	Вариант	Соль
251	AgNO3	266	K2CO3
252	AlCl3	267	K2SO3
253	CdBr2	268	Na2CO3
254	Al(NO3)3	269	Na2SO3
255	Cd(NO3)2	270	Na2S
256	Col2	271	NaNO2
257	(NH4)2S	272	Al2S3
258	Co(NO3)2	273	CuCl2
259	Cu(NO3)2	274	FeCl2
260	FeSO4	275	Fe(NO3)3
261	FeCl3	276	MnSO4
262	NH4NO3	277	K2S
263	KNO2	278	NaCN
264	KClO	279	FeCO3
265	HCOOK	280	CH3COONa