Напишите уравнение диссоциации вычислите степень диссоциации

Электролитическая диссоциация

Материалы портала onx.distant.ru

Примеры решения задач

Задачи для самостоятельного решения

Степень диссоциации

Вещества, которые в растворах или расплавах полностью или частично распадаются на ионы, называются электролитами.

Степень диссоциации α — это отношение числа молекул, распавшихся на ионы N′ к общему числу растворенных молекул N:

α = N′/N

Степень диссоциации выражают в процентах или в долях единицы. Если α =0, то диссоциация отсутствует и вещество не является электролитом. В случае если α =1, то электролит полностью распадается на ионы.

Классификация электролитов

Согласно современным представлениям теории растворов все электролиты делятся на два класса: ассоциированные (слабые) и неассоциированные (сильные) . Неассоциированные электролиты в разбавленных растворах практически полностью диссоциированы на ионы. Для этого класса электролитов a близко к единице (к 100 %). Неассоциированными электролитами являются, например, HCl, NaOH, K₂SO₄ в разбавленных водных растворах.

Ассоциированные электролиты подразделяются на три типа:

• • 1. Слабые электролиты существуют в растворах как в виде ионов, так и в виде недиссоциированных молекул. Примерами ассоциированных электролитов этой группы являются, в частности, Н₂S, Н₂SO₃, СН₃СOОН в водных растворах.
    2. Ионные ассоциаты образуются в растворах путем ассоциации простых ионов за счет электростатического взаимодействия. Ионные ассоциаты возникают в концентрированных растворах хорошо растворимых электролитов. В результате в растворе находятся как простые ионы, так и ионные ассоциаты. Например, в концентрированном водном растворе КCl образуются простые ионы К + , Cl — , а также возможно образование ионных пар (К + Cl — ), ионных тройников (K₂Cl + , KCl₂ — ) и ионных квадруполей (K₂Cl₂, KCl₃ 2- , K₃Cl 2+ ).
    3. Комплексные соединения (как ионные, так и молекулярные), внутренняя сфера которых ступенчато диссоциирует на ионные и (или) молекулярные частицы.
       Примеры комплексных ионов: [Cu(NH₃)₄] 2+ _, [Fe(CN)₆] 3+ _, [Cr(H₂O)₃Cl₂] + .

При таком подходе один и тот же электролит может относиться к различным типам в зависимости от концентрации раствора, вида растворителя и температуры. Подтверждением этому являются данные, приведенные в таблице.

Таблица. Характеристика растворов KI в различных растворителях

Приближенно, для качественных рассуждений можно пользоваться устаревшим делением электролитов на сильные и слабые. Выделение группы электролитов “средней силы” не имеет смысла. Эти электролиты являются ассоциированными. К слабым электролитам обычно относят электролиты, степень диссоцииации которых мала α

Таким образом, к сильным электролитам относятся разбавленные водные растворы почти всех хорошо растворимых в воде солей, многие разбавленные водные растворы минеральных кислот (НСl, HBr, НNО₃, НСlO₄ и др.), разбавленные водные растворы гидроксидов щелочных металлов. К слабым электролитам принадлежат все органические кислоты в водных растворах, некоторые водные растворы неорганических кислот, например, H₂S, HCN, H₂CO₃, HNO₂, HСlO и др. К слабым электролитам относится и вода.

Диссоциация электролитов

Уравнение реакции диссоциации сильного электролита можно представить следующим образом. Между правой и левой частями уравнения реакции диссоциации сильного электролита ставится стрелка или знак равенства:

HCl → H + + Cl —

Допускается также ставить знак обратимости, однако в этом случае указывается направление, в котором смещается равновесие диссоциации, или указывается, что α≈1. Например:

NaOH → Na + + OH —

Диссоциация кислых и основных солей в разбавленных водных растворах протекает следующим образом:

NaHSO₃ → Na + + HSO₃ —

Анион кислой соли будет диссоциировать в незначительной степени, поскольку является ассоциированным электролитом:

HSO₃ — → H + + SO₃ 2-

Аналогичным образом происходит диссоциация основных солей:

Mg(OH)Cl → MgOH + + Cl —

Катион основной соли подвергается дальнейшей диссоциации как слабый электролит:

MgOH + → Mg 2+ + OH —

Двойные соли в разбавленных водных растворах рассматриваются как неассоциированные электролиты:

Комплексные соединения в разбавленных водных растворах практически полностью диссоциируют на внешнюю и внутреннюю сферы:

В свою очередь, комплексный ион в незначительной степени подвергается дальнейшей диссоциации:

[Fe(CN)₆] 3- → Fe 3+ + 6CN —

Константа диссоциации

При растворении слабого электролита К А в растворе установится равновесие:

КА ↔ К + + А —

которое количественно описывается величиной константы равновесия К_д, называемой константой диссоциации :

Kд = [К + ] · [А — ] /[КА] (2)

Константа диссоциации характеризует способность электролита диссоциировать на ионы. Чем больше константа диссоциации, тем больше ионов в растворе слабого электролита. Например, в растворе азотистой кислоты HNO₂ ионов Н + больше, чем в растворе синильной кислоты HCN, поскольку К(HNO₂) = 4,6·10 — 4 , а К(HCN) = 4,9·10 — 10 .

Для слабых I-I электролитов (HCN, HNO₂, CH₃COOH) величина константы диссоциации К_д связана со степенью диссоциации α и концентрацией электролита c уравнением Оствальда:

К_д = (α 2· с)/(1-α) (3)

Для практических расчетов при условии, что α

К_д = α 2· с (4)

Поскольку процесс диссоциации слабого электролита обратим, то к нему применим принцип Ле Шателье. В частности, добавление CH₃COONa к водному раствору CH₃COOH вызовет подавление собственной диссоциации уксусной кислоты и уменьшение концентрации протонов. Таким образом, добавление в раствор ассоциированного электролита веществ, содержащих одноименные ионы, уменьшает его степень диссоциации.

Следует отметить, что константа диссоциации слабого электролита связана с изменением энергии Гиббса в процессе диссоциации этого электролита соотношением:

ΔG_T 0 = — RTlnK_д (5)

Уравнение (5) используется для расчета констант диссоциации слабых электролитов по термодинамическим данным.

Примеры решения задач

Задача 1. Определите концентрацию ионов калия и фосфат-ионов в 0,025 М растворе K₃PO₄.

Решение. K₃PO₄ – сильный электролит и в водном растворе диссоциирует полностью:

Следовательно, концентрации ионов К + и РО₄ 3- равны соответственно 0,075М и 0,025М.

Задача 2. Определите степень диссоциации α_д и концентрацию ионов ОН — (моль/л) в 0,03 М растворе NH₃·H₂О при 298 К, если при указанной температуре К_д(NH₃·H₂О) = 1,76× 10 — 5 .

Решение. Уравнение диссоциации электролита:

Концентрации ионов: [NH₄ + ] = α С ; [OH — ] = α С , где С – исходная концентрация NH 3 ·H 2 О моль/л. Следовательно:

K_д = αС · αС /(1 — αС)

К_д ≈ α 2 С

Константа диссоциации зависит от температуры и от природы растворителя, но не зависит от концентрации растворов NH 3 ·H 2 О . Закон разбавления Оствальда выражает зависимость α слабого электролита от концентрации.

α = √( К_д / С) = √(1,76× 10 — 5 / 0,03 ) = 0,024 или 2,4 %

[OH — ] = αС, откуда [OH — ] = 2,4·10 — 2 ·0,03 = 7,2·10 -4 моль/л.

Задача 3. Определите константу диссоциации уксусной кислоты, если степень диссоциации CH₃CОOH в 0,002 М растворе равна 9,4 %.

Решение. Уравнение диссоциации кислоты:

CH₃CОOH → СН₃СОО — + Н + .

α = [Н + ] / С_исх(CH₃CОOH)

откуда [Н + ] = 9,4·10 — 2 ·0,002 = 1,88·10 -4 М.

Kд = [Н + ] 2 / С_исх(CH₃CОOH)

Константу диссоциации можно также найти по формуле: К_д ≈ α 2 С .

Задача 4. Константа диссоциации HNO₂ при 298К равна 4,6× 10 — 4 . Найдите концентрацию азотистой кислоты, при которой степень диссоциации HNO₂ равна 5 %.

Решение.

К_д = α 2 С , откуда получаем С исх (HNO 2 ) = 4,6·10 — 4 /(5·10 — 2 ) 2 = 0,184 М.

Задача 5. На основе справочных данных рассчитайте константу диссоциации муравьиной кислоты при 298 К.

Решение. Уравнение диссоциации муравьиной кислоты

В “Кратком справочнике физико–химических величин” под редакцией А.А. Равделя и А.М. Пономаревой приведены значения энергий Гиббса образований ионов в растворе, а также гипотетически недиссоциированных молекул. Значения энергий Гиббса для муравьиной кислоты и ионов Н + и СООН — в водном растворе приведены ниже:

Изменение энергии Гиббса процесса диссоциации равно:

ΔG_T 0 = — 351,5- (- 373,0) = 21,5 кДж/моль.

Для расчета константы диссоциации используем уравнение (5). Из этого уравнения получаем:

lnK_д = — Δ G_T 0 /RT= — 21500/(8,31 298) = — 8,68

Откуда находим: K_д = 1,7× 10 — 4 .

Задачи для самостоятельного решения

1. К сильным электролитам в разбавленных водных растворах относятся:

1. СН₃СOOH
2. Na₃PO₄
3. NaCN
4. NH₃
5. C₂H₅OH
6. HNO₂
7. HNO₃

13.2. К слабым электролитам в водных растворах относятся:

3. Определите концентрацию ионов NH₄ + в 0,03 М растворе (NH₄)₂Fe(SO₄)₂;

4. Определите концентрацию ионов водорода в 6 мас.% растворе H₂SO₄, плотность которого составляет 1,038 г/мл. Принять степень диссоциации кислоты по первой и второй ступеням равной 100 %.

5. Определите концентрацию гидроксид-ионов в 0,15 М растворе Ba(OH)₂.

6. Степень диссоциации муравьиной кислоты в 0,1 М растворе равна 4 %. Рассчитайте Концентрацию ионов водорода в этом растворе и константу диссоциации НСООН.

7. Степень диссоциации муравьиной кислоты в водном растворе увеличится при:

а) уменьшении концентрации HCOOH;

б) увеличении концентрации HCOOH;

в) добавлении в раствор муравьиной кислоты HCOONa;

г) добавлении в раствор муравьиной кислоты НCl.

8. Константа диссоциации хлорноватистой кислоты равна 5× 10 — 8 . Определите концентрацию HClO, при которой степень диссоциации HClO равна 0,5 %, и концентрацию ионов Н + в этом растворе.

0,002М; 1× 10 — 5 М.

9. Вычислите объем воды, который необходимо добавить к 50 мл 0,02 М раствора NH 3·H 2О, чтобы степень диссоциации NH 3·H 2О увеличилась в 10 раз, если К_д(NH₄OH) = 1,76·10 — 5 .

10. Определите степень диссоциации азотистой кислоты в 0,25 М растворе при 298 К, если при указанной температуре К_д(HNO₂) = 4,6× 10 — 4 .

webHimik

подробное решение задач по химии

Решение задач на определение степени диссоциации

Определение степени диссоциации возможно благодаря тому, что электролиты диссоциируют в водных растворах. Причем диссоциируют они не все одинаково. В зависимости от степени диссоциации различают электролиты сильные и слабые. Электролиты со степенью диссоциации больше 30% обычно называют сильными (НСl, HBr, HI, НNО₃, НClO₄, ), со степенью диссоциации от 3 до 30% — средними(H₃PO₄ ,H₂SO₃₎, менее 3% — слабыми электролитами(H₂CO₃, H₂S , Al(OH)₃; NH₄OH, вода ).

Степень электролитической диссоциации α:

где N₁ – число диссоциированных молекул, N – общее число молекул в растворе.

Значения α выражают в долях единицы или в процентах.

Примеры решения задач на определение степени диссоциации

Пример №1

Определите, чему равна степень диссоциации электролита, если из каждых 150 молекул распалось на ионы 90. Какой по силе это электролит?

Пример №2

Определите, сколько молекул электролита продиссоциировало в растворе, если степень диссоциации электролита равна 10%, а в раствор было введено 3,01•10 20 молекул.

Практическая работа №5 «Решение задач на определение степени диссоциации»

Вариант 1

Задача 1. Вычислите степень диссоциации электролита, если при растворении его в воде из каждых 50 молекул на ионы продиссоциировало 5 молекул. Сильный или слабый это электролит.

Задача 2. Степень диссоциации соли составляет 15 %, общее число молекул соли в растворе 450, найти сколько молекул соли продиссоциировало.

Задача 3. Какую массу HCl поместили в раствор, если степень ее диссоциации равна 90%, а на ионы распалось 15•10 21 молекул.

Вариант 2

Задача 1. Рассчитайте степень диссоциации кислоты, если при растворении ее в воде из каждых 500 молекул на ионы продиссоциировало 30 молекул. Сильный или слабый это электролит.

Задача 2. Степень диссоциации электролита составляет 10 %, общее число его молекул в растворе 90, найти сколько молекул электролита продиссоциировало.

Задача 3. Какую массу NaOH поместили в раствор, если степень ее диссоциации равна 87%, а на ионы распалось 35•10 21 молекул.

Вариант 3

Задача 1. Вычислите степень диссоциации соли, если из каждых 250 молекул на ионы диссоциирует 15 молекул. Сильный или слабый это электролит.

Задача 2. Степень диссоциации основания составляет 65 %, общее число молекул основания в растворе 300, найти сколько молекул основания продиссоциировало.

Задача 3. Какую массу HCl поместили в раствор, если степень ее диссоциации равна 85%, а на ионы распалось 9•10 22 молекул.

Вариант 4

Задача 1. Определите степень диссоциации электролита, если из каждых 120 молекул на ионы диссоциирует 20 молекул. Сильный или слабый это электролит.

Задача 2. Найдите, сколько молекул кислоты продиссоциировало, если ее степень диссоциации составляет 35 %, а общее число молекул в растворе равно 550.

Задача 3. Какую массу NaOH поместили в раствор, если степень ее диссоциации равна 82%, а на ионы распалось 5•10 22 молекул.

Вариант 5

Задача 1. Найдите степень диссоциации основания, если при растворении его в воде из каждых 240 молекул на ионы продиссоциировало 30 молекул. Сильный или слабый это электролит

Задача 2. Определите, сколько молекул электролита продиссоциировало, если его степень диссоциации равна 10 %, а общее число молекул в растворе 180.

Задача 3. Какую массу HCl поместили в раствор, если степень ее диссоциации равна 93%, а на ионы распалось 10•10 22 молекул.

Вариант 6

Задача 1. Рассчитайте степень диссоциации соли, если при растворении ее в воде из каждых 360 молекул на ионы продиссоциировало 6 молекул. Сильный или слабый это электролит.

Задача 2. Степень диссоциации электролита составляет 8 %, общее число его молекул в растворе 640, найти сколько молекул электролита продиссоциировало.

Задача 3. Какую массу NaOH поместили в раствор, если степень ее диссоциации равна 92%, а на ионы распалось 75•10 21 молекул.

Вариант 7

Задача 1. Определите степень диссоциации электролита, если при растворении его в воде из каждых 720 молекул на ионы продиссоциировало 35 молекул. Сильный или слабый это электролит.

Задача 2. Степень диссоциации кислоты составляет 35 %, общее число ее молекул в растворе 160, найти сколько молекул электролита продиссоциировало.

Задача 3. Какую массу HCl поместили в раствор, если степень ее диссоциации равна 82%, а на ионы распалось 35•10 21 молекул.

Вариант 8

Задача 1. Вычислите степень диссоциации соли, если из каждых 160 молекул на ионы диссоциирует 15 молекул. Сильный или слабый это электролит.

Задача 2. Степень диссоциации основания составляет 5 %, общее число молекул основания в растворе 540, найти сколько молекул основания продиссоциировало.

Задача 3. Какую массу NaOH поместили в раствор, если степень ее диссоциации равна 90%, а на ионы распалось 55•10 21 молекул.

Расчет степени диссоциации сернистой кислоты и других кислот

Задача 511.
Вычислить концентрацию ионов [H + ] в 0,02М растворе сернистой кислоты. Диссоциацией кислоты во второй ступени пренебречь.
Решение:
K₁(H₂SO₃₎ = 1,6 . 10 -2 .
Рассчитаем степень диссоциации кислоты по уравнению: K_D = C_M . 2 , где

K_D – константа диссоциации кислоты, С_М – молярная концентрация кислоты, — степень диссоциации кислоты, получим:

Концентрация иона водорода будет равна произведению степени диссоциации на концентрацию кислоты:

[H + ] = . C_M = 0,894 . 0,02 = 0,018 моль/л.

Ответ: 0,018 моль/л.

Задача 512. ( 3 . 10 -4 )/(1,8 . 10 -6 ) = 167
Вычислить концентрацию ионов [H + ], [HSe — ] и [Se 2- ] в 0,05 М растворе H₂Se.
Решение:
Уравнение диссоциации H₂Se имеет вид:

Константа диссоциации H₂Se равна 1,7 . 10 4 . Рассчитаем степень диссоциации кислоты по уравнению: K_D = C_M . 2 , где

K_D – константа диссоциации кислоты, С_М – молярная концентрация кислоты, — степень диссоциации кислоты, получим:

Концентрация иона водорода будет равна произведению степени диссоциации на концентрацию кислоты:

[H + ] = [HSe — ] = . C_M = 0,058 . 0,05 = 0,0029 = 2,9 . 10 -3 .

Уравнение диссоциации H₂Se по второй ступени имеет вид:

Тогда выражение константы диссоциации иона HSe — будет иметь вид:

Ответ: [H + ] = [HSe — ] = 2,9 . 10 -3 ; [Se 2- ] = 1 . 10 -11 .

Задача 513.
Во сколько раз уменьшится концентрация ионов водорода, если к 1 л 0,005 М раствора уксусной кислоты добавить 0,05 моля ацетата натрия?
Решение:
Исходную концентрацию ионов H + в растворе (до добавления ацетата натрия( рассчитаем по уравнению:

Концентрацию ионов водорода в растворе после добавления соли обозначим через x. Тогда, концентрация недиссоциированных молекул кислоты будет равна (0,005 –x). Концентрация ацетат-ионов будет слагаться из двух величин: из концентрации, создаваемой диссоциацией молекул кислоты (CH₃COOH ⇔ CH₃COO — + H + ), и концентрации, обусловленной диссоциацией в растворе соли (CH₃COONa ⇔ CH3COO — + Na + ). Первая из этих величин равна x, а вторая – 0,005 моль/л; общая концентрация ионов CH₃COO — равна, следовательно, (0,005 + x) моль/л. Подставив значения концентраций в выражение для константы диссоциации уксусной кислоты, получим:

Так как в присутствии одноимённых ионов CH₃COO — диссоциация уксусной кислоты подавляется, то степень её диссоциации мала и значением x можно пренебречь. Тогда последнее выражение упростится, получим:

При сравнении исходной концентрации ионов водорода с рассчитанной, находим, что прибавление к раствору кислоты соли вызвало уменьшение концентрации ионов водорода в 167 раз:

( 3 . 10 -4 )/(1,8 . 10 -6 ) = 167