VII. Электролитическая диссоциация. Степень электролитической диссоциации. Ионное произведение воды. Произведение растворимости

Электролиты - вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток.

Процесс распада молекул электролитов на ионы в растворе или в расплаве называется электролитической диссоциацией, или ионизацией.

Электролиты, практически полностью диссоциирующие в водных растворах, называются сильными электролитами.

Степень диссоциации α — отношение числа диссоциированных молекул к общему числу молекул, находящихся в растворе. Степень диссоциации зависит от природы и концентрации электролита, а также от температуры раствора.

Константа диссоциации равна отношению произведения концентрации ионов электролита к концентрации недиссоциированных его молекул.

В случае электролита АХ, диссоциирующего на ионы А⁺ и X^-, константа и степень диссоциации связаны соотношением (закон разбавления Оствальда):

где С_M - молярная концентрация электролита, моль/л.

Если степень диссоциации значительно меньше единицы, то при приближенных вычислениях можно принять, что 1 - α ≈ 1. Тогда выражение закона разбавления упрощается:

К_д = α² С_M

Последнее соотношение показывает, что при разбавлении раствора (т.е. при уменьшении концентрации электролита C_M) степень диссоциации электролита возрастает.

Для расчетов, связанных с диссоциацией кислот, часто удобно пользоваться не константой К_д, а так называемым показателем константы диссоциации pK, который определяется соотношением рК = - IgK.

Очевидно, что с возрастанием К_д, т.е. с увеличением силы кислоты, значение рК уменьшается; следовательно, чем больше рК, тем слабее кислота.

Под активностью иона понимают ту эффективную, условную концентрацию его, соответственно которой он действует при химических реакциях. Активность иона а равна его концентрации С_т, умноженной на коэффициент активности f: а =f• С_т.

Важной характеристикой раствора сильного электролита, учитывающей межионное взаимодействие, является ионная сила.

Ионная сила I сильных электролитов определяется как полусумма произведений концентраций С_i всех находящихся в растворе ионов на квадрат их заряда z_i,

I = 0,5(C₁z² + C₂z₂² +...+ C_nz_n²).

Растворимость вещества показывает, какая масса его может раствориться в определённом объёме воды при данной температуре, чтобы раствор стал насыщенным (кг/м³, г/л).

По растворимости в воде вещества делят на три группы:

1) хорошо растворимые (>10г вещества в 1 л Н₂О);

2) малорастворимые (от 0,01 до 10 г вещества в 1 л Н₂О);

3) практически нерастворимые (<0,01 г вещества в 1 л Н₂О).
Растворимость веществ зависит от природы растворителя, от природы

растворённого вещества, температуры, давления (для газов). Растворимость газов при повышении температуры уменьшается, при повышении давления — увеличивается.

Коэффициент растворимости показывает, какая максимальная масса вещества может раствориться в 100 г растворителя при данной температуре.

В насыщенном растворе электролита произведение концентраций его ионов есть величина постоянная при данной температуре. Эта величина количественно характеризует способность электролита растворяться, её называют произведением растворимости ПР.

Для вещества А_тВ_п ↔тА^п+ + пВ^т^-; ПР(А_тВ_п) = [Aⁿ⁺]^m • [В^т-]^п.

Для воды и разбавленных водных растворов при неизменной температуре произведение концентраций ионов водорода и гидроксид-ионов есть величина постоянная К_в = [H⁺] • [ОН^-]. Эта постоянная величина называется ионным произведением воды.

При 25°С [H⁺]= [ОН^-] = 10^-7 моль/л; К_в = 10^-7 х 10^-7 = 10^-14.

Водородный показатель рН = -lg [H⁺]; рН = 14 -рОН.

203. Степень диссоциации уксусной кислоты в 0,1 М растворе равна 1,32 х 10^-2.
Найти константу диссоциации кислоты и значение рК.

204. Константа диссоциации циановодорода (синильной кислоты) равна 7,9 х 10^-10. Найти степень диссоциации HCN в 0,001 М растворе.

205. Вычислите концентрацию ионов водорода в 0,1 М растворе хлорноватистой кислоты НСЮ (К = 5,0 х 10^-8).

206. Образуется ли осадок хлорида свинца, если к 0,1 н. раствору Рb(NО₃)₂
добавить равный объём 0,4 н. раствора NaCl?

207. Вычислите ионную силу и активность ионов в растворе, содержащем
0,01 моль/л MgSO₄ и 0,01 моль/л MgCl₂.

208. Образуется ли осадок сульфата серебра, если к 0,02 М раствору AgNO₃добавить равный объём 1 н. раствора H₂SO₄?

209. Растворимость гидроксида магния Mg(OH)₂ при 18°С равна 1,7х10^-4 моль/л. Найти произведение растворимости Mg(OH)₂ при этой температуре.

210. Произведение растворимости йодида свинца при 20°С равно 8,0 х 10^-9.
Вычислите растворимость соли (в моль/л и в г/л) при указанной температуре.

211. Во сколько раз растворимость оксалата кальция СаС₂О₄ в 0,1 М растворе
оксалата аммония (NH₄)₂C₂O4 меньше, чем в воде? Диссоциацию оксалата
аммония считать полной.

212. Смешаны равные объемы 0,02 н. растворов хлорида кальция и сульфата
натрия. Образуется ли осадок сульфата кальция?

213. Определите, сколько отдельных частиц растворённого вещества содержит
1 л раствора, если степень диссоциации уксусной кислоты в 0,01 М растворе
равна 20%?

214. Вычислите рН раствора, полученного растворением 2,24 л аммиака в 1л
воды. Константа диссоциации аммиака 1,77 х 10^-5.

215. Определите степень электролитической диссоциации уксусной кислоты в
1 М растворе, если константа диссоциации её 1,754 х 10^-5.

216. Определите рН раствора, полученного растворением 0,22 г оксида углерода (IV) в 500 мл воды, учитывая лишь первую стадию диссоциации угольной кислоты (К = 4,5 х 10^-7).

217. Найти молярную концентрацию ионов Н⁺ в водных растворах, в которых
концентрация гидроксид-ионов (в моль/л) составляет 10^-4; 3,2 х 10^-6; 7,4 х 10^-11.

218. В 500 мл воды при 18°С растворяется 0,0166 г хромата серебра. Чему
равно произведение растворимости этой соли?

219. Для растворения 1,16 г йодида свинца (II) потребовалось 2 л воды. Найти
произведение растворимости соли.

220. Исходя из произведения растворимости карбоната кальция, найти массу
карбоната кальция, содержащуюся в 100 мл его насыщенного раствора. Произведение растворимости карбоната кальция равно 5 х 10^-⁹.

221. Найти массу серебра, находящегося в виде ионов в 1л насыщенного
раствора бромида серебра. Произведение растворимости бромида серебра равно 6 х 10^-¹³.

222. Вычислите объём воды, необходимый для растворения при 25°С 1 г сульфата бария. Произведение растворимости сульфата бария равно 1,1 х 10^-¹⁰.

223. Вычислите активность ионов алюминия и хлора в 0,01 М растворе хлорида
алюминия, содержащем, кроме того, 0,04 моль/л НСl.

224. Насыщенный при комнатной температуре раствор сульфата свинца (II)
объёмом 3 л содержит 0,132 г соли. Вычислите произведение растворимости
соли.

225. Вычислите рН раствора азотной кислоты с массовой долей НNО₃ 0,05%;
плотность раствора и степень диссоциации считать равными единице.

226. Произведение растворимости ортофосфата бария равно 6,0х10^-39. Вычислите растворимость ортофосфата бария в молях на литр и в граммах на литр.