Мои Конспекты
Главная | Обратная связь

...

Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Концентрация ионов в растворах электролитов





Помощь в ✍️ написании работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Сильные и слабые электролиты проявляют разную химическую активность. Простые опыты позволяют понять, что причина этого в разной концентрации ионов.

ОПЫТ 6.5. Пусть взяты растворы НС1, НВг и СН3СООН одной и той же концентрации с = 1 моль/л. В каждый раствор брошена гранула цинка. В первых двух растворах на цинке начинается быстрое образование пузырьков водорода, которые сплошным потоком поднимаются к поверхности (рис. 6.8). В третьем растворе водород образуется медленно и поднимается отдельными пузырьками. Первые два раетво-

Рис. 6.8. Реакции цинка с сильными и слабыми кислотами

pa содержат полностью ионизированные сильные кислоты, и одинаковая скорость реакций означает, что они реагируют не как целое, а в реакциях участвуют только ионы водорода:

Анионы Cl- и Вr- на протекание реакции не влияют. В третьем растворе реакция идет медленно, так как слабая уксусная кислота создает концентрацию ионов водорода приблизительно в 100 раз меньше. Однако по мере их расходования равновесие диссоциации кислоты смещается вправо, и реакция не останавливается.

опыт 6.6.К раствору сульфата алюминия в пробирке добавим по каплям раствор гидроксида натрия для получения белой взвеси гидроксида алюминия:

Перелив половину полученной смеси в другую пробирку, добавим в одну еще гидроксид натрия, а в другую раствор аммиака. В первой пробирке идет реакция, и гидроксид алюминия растворяется:

Во второй пробирке нерастворимое вещество не исчезает. Слабое основание NH3 не дает достаточной концентрации ионов

ОН~ для полного смещения равновесия реакции вправо.

Итак, сила электролитов проявляется в протекании химических реакций. Она влияет как на скорость, так и на смещение равновесия в том или ином направлении. Особенно это относится к кислотам и основаниям, так как почти все соли сильные электролиты. Во многих случаях различие между электролитами сводится к разной степени диссоциации и разной концентрации ионов. Отсюда возникает задача их расчета.

Обычный способ выражения концентрации ионов - молярная концентрация, моль/л.

пример 6.18.Рассчитайте молярные концентрации ионов в растворе сульфата натрия с концентрацией c(Na2S04) = 0,01моль/л.

РЕШЕНИЕ.Сульфат натрия - сильный электролит, так как это соль:

Учитывая стехиометрические коэффициенты, определяем концентрации ионов:

Для расчета концентраций ионов в растворах слабых электролитов необходимо знать степень диссоциации или использовать константы диссоциации (пример 6.16).

пример 6.19. В растворе уксусной кислоты с концентрацией с = 0,1 моль/л степень диссоциации а = 1,3%. Рассчитайте концентрацию ионов водорода.

РЕШЕНИЕ.Как показано в примере 6.16, По формуле (6.15) Находим концентрацию ионов во-

дорода:

задание 6.21. Для подкормки комнатных цветов применяют раствор, содержащий нитрат и хлорид калия. Рассчитайте, какую массу хлорида калия следует добавить к 2 л раствора, в котором уже растворено 0,14 г/л нитрата калия, чтобы концентрация К+ составила в сумме 0,0021 моль/л.

В водных растворах особое значение имеют концентрации ионов водорода Н+30+) и гидроксида ОН". У жидкой воды, максимально очищенной от примесей, все же есть некоторая электрическая проводимость, что объясняется ионизацией по реакции

Обычно реакцию записывают сокращенно

По величине электрической проводимости найдено, что при 25 °С концентрации ионов составляют:

При растворении в воде как кислот, так и оснований равновесие ионизации воды смещается влево, но

в водном растворе всегда одновременно присутствуют и катионы Н\ и анионы ОН". Из закона действующих масс вытекает правило.

В воде и разбавленных водных растворах произведение концентраций ионов водорода и гидроксида является постоянной величиной при данной температуре. Это ионное произведение воды Kw:

пример6.20. Рассчитайте концентрации ионов H+ и ОН- в растворе с концентрацией с(НС1) = 1 моль/л.

решение.Хлороводород - сильная кислота, практически все молекулы ионизированы, поэтому с(Н') = с(НС1) = = 1 моль/л.

Рассчитываем концентрацию ОН-, используя формулу (6.18):

Концентрация гидроксид-ионов очень мала, но все же они присутствуют даже в растворе сильной кислоты. Можно вычислить, что в 1 мм3 данного раствора содержится более 6000 ионов ОН-. Аналогично в растворе сильного основания имеется высокая концентрация ионов гидроксида, но одновременно есть и ионы водорода в очень малой концентрации.

Присутствие ионов водорода в воде и во всех водных растворах позволяет применить к ним единую характеристику кислотности, получившую название водородный показатель рН.

Водородный показатель - это десятичный логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком:

В воде и нейтральных водных растворах водородный показатель близок к семи. В кислых растворах

рН < 7,а в щелочных рН > 7.Соотношение между с(Н+), с(ОН~)и рН показано на рис. 6.9.

Для расчета рН концентрацию ионов водорода следует представить в стандартной экспоненциальной форме - как произведение десятичной дроби с запятой после первой значащей цифры на степень числа 10.При нахождении логарифма для расчета рН обычно достаточную точность дает округление десятичной дроби до целого числа. В этом случае можно использовать следующие значения:

пример 6.21. В некотором растворе с(Н+) = 0,0021 моль/л. Рассчитайте рН.

РЕШЕНИЕ. Записываем числовое значение концентрации в стандартной форме: 0,0021 = 2,1 • 10~3.

Находим логарифм, зная, что для второго сомножителя он павен показателю степени:

Преобразуем логарифм в рН: рН = 2,7.

задание 6.22. Раствор имеет рН 4,6.Какое из следующих веществ может содержаться в этом раство-

ре: а) аммиак; б) хлорид натрия; в) уксусная кислота; г) чистая вода; д) гидроксид калия?

пример 6.22. Смешали 0,2 л раствора гидроксида калия с концентрацией 0,014 моль/л и 0,3 л раствора азотной кислоты с концентрацией 0,006 моль/л. Рассчитайте рН полученного раствора. Как изменится рН при разбавлении раствора равным объемом воды?

РЕШЕНИЕ. В смеси пойдет реакция нейтрализации, и рН раствора будет определяться избытком кислоты или щелочи. Если количества веществ стехиометрические, то получится нейтральный раствор соли. Произведем расчеты:

Получился раствор сильного основания КОН, в котором с(ОН-) = с(КОН) = 0,0020 моль/л.

Находим концентрацию ионов водорода и рН:

После разбавления раствора равным объемом воды концентрация гидроксида калия уменьшится в 2 раза, т. е. составит 0,0010 моль/л. Находим соответствующую концентрацию ионов водорода:

Концентрация ионов водорода увеличилась при разбавлении. Откуда они появились? Вычисляем новое значение рН:

6.5.4. Ионные реакции в растворах электролитов

Химические реакции осуществляются через столкновения частиц реагирующих веществ (раздел 6.2). Электролиты образуют в растворах ионы, которые непосредственно сталкиваются и реагируют с другими ионами и молекулами.

Химическая реакция называется ионной, если в элементарных превращениях участвуют ионы.

Обычное уравнение химической реакции не отражает участия в ней ионов. В действительности все количество сильного электролита, имеющееся в растворе, находится в виле ионов:

Сучетом этого осуществляется переход от молекулярных уравнений реакций к ионным.

Пример реакции цинка с разными кислотами уже привел нас к выводу, что цинк фактически реагирует с ионами водорода Н+30+). Можно написать две химические реакции:

Обе кислоты в левой части уравнения и соли в правой части - сильные электролиты. Они присутствуют в растворе в виде ионов. Напишем уравнение реакции с учетом диссоциации веществ:

В левой и правой частях уравнения оказались не изменившиеся частицы Cl-и Вr-, которые можно сократить, т. е. исключить из уравнений. После этого два разных уравнения переходят в одно:

Получилось ионное уравнение, выражающее сущность рассмотренных превращений металлического цинка и ионов водорода.

Реакция цинка со слабой уксусной кислотой идет медленнее, так как в ее растворе концентрация Н+меньше. Расходование Н+ в реакции с цинком ведет к смещению равновесия диссоциации кислоты вправо:

Умножая второе уравнение на 2и складывая эти два взаимосвязанные уравнения, получаем суммарное уравнение реакции в ионной форме:

Оказалось, что слабый электролит в ионном уравнении реакции должен быть записан в молекулярной форме.

Реакции между электролитами в растворах часто приводят к образованию осадков и газов. Твердые и газообразные вещества могут также реагировать с растворами электролитов. Рассмотрим, как записывают уравнения этих реакций в ионной форме.

Порошок нерастворимого в воде карбоната кальция реагирует с соляной кислотой с выделением углекислого газа, после чего получается бесцветный раствор хлорида кальция:

В этом уравнении исходная соль - электролит, но в кристаллическом состоянии ионы связаны, вследствие чего нет смысла записывать формулу вещества в ионном виде. Углекислый газ не является электролитом, а вода - слабый электролит. Эти два вещества тоже записывают в молекулярной форме. Сильными электролитами в этом растворе оказались только НС1 и СаС12:

Исключаем из уравнения не участвовавшие в реакции ионы и пишем его в сокращенной форме:

В виде порошка можно было бы внести в соляную кислоту и растворимую соль, например карбонат натрия. Сокращенное ионное уравнение было бы написано также, но потребовалось бы указать, в каком состоянии взяли исходное вещество:

Из рассмотренных примеров вытекают следующие правила написания ионных уравнений реакций.

1. В ионной форме записывают сильные электролиты, находящиеся в растворе. Неэлектролиты, слабые электролиты и сильные электролиты в виде кристаллических и газообразных веществ записывают в молекулярной форме.

2. Для получения ионного уравнения в сокращенной форме из левой и правой частей уравнения исключают одинаковые ионы, как не принимающие участия в реакции.

3. В ионном уравнении суммарный заряд частиц слева и справа должен быть одинаков.

4. При написании ионных уравнений реакций руководствуются списком сильных и слабых электролитов (см. табл. 6.4) и таблицей растворимости (см. второй форзац).

ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1.Напишите все соли, которые могут быть образованы ионами

2. Напишите формулы катионов, содержащихся в растворах следующих солей: FeCl2, (NH4)2S04, CuCl2, CuS04, [Zn(NH3)4]SO4

3. Напишите формулы анионов, содержащихся в растворах следующих солей: Na2C03, Ca(CH3COO)2, CaHP04, КНС03, BaS04, Na2S, K3P04, K4[Fe(CN)6], [Co(NH3)6]ClO4.

4. Напишите протолитические реакции угольной кислоты с водой и соответствующие реакции диссоциации. В чем различие написанных реакций? Соответствуют ли опи реальным процессам?

5. Степень диссоциации фосфорной кислоты а - 0,2 в растворе с массовой долей 3% (плотность раствора 1,015 г/л). Рассчитайте молярную концентрацию диссоциированного вещества.

6. Степень диссоциации уксусной кислоты в растворе с концентрацией 0,01 моль/л составляет 4,2%.Вычислите молярную концентрацию ионов водорода и ацетат-ионов, а также константу диссоциации уксусной кислоты.

7.Вычислите рН раствора соляной кислоты с концентрацией 0,008 моль/л.

8. Вычислите рН раствора гидроксида калия с концентрацией 0,0017 моль/л.

9.В 2 л раствора содержится 0,138 г карбоната калия. Рассчитайте концентрации ионов в растворе.

10.Рассчитайте молярную концентрацию ионов в растворе хлорида кальция с концентрацией 0,25 моль/л.

11.В каком растворе более резко уменьшается концентрация ионов водорода при разбавлении водой в 10 раз: в

' растворе бромоводорода или в растворе фтороводорода?

12.К 0,5 л раствора с концентрацией с(НС1) = 0,035 моль/л добавили 0,25 л раствора с концентрацией с(КОН) = = 0,067 моль/л. Рассчитайте рН полученного раствора.

13.Напишите протолитическую реакцию аммиака с уксусной кислотой.

14.Напишите уравнения реакций в растворах в сокращенной ионной форме:

15.Установлено следующее содержание ионов в воде Мертвого моря в граммах на 1 л воды:

С какой точностью по этим данным заряд катионов компенсирован зарядом анионов?

Молекулы и кристаллические структуры всех веществ имеют свое неповторимое электронное строение, проявляющееся в прочности связей, их пространственной направленности, валентности атомов и электрических зарядах на них. При превращениях

веществ изменяется состояние электронов, что очень важно для понимания сущности химических реакций. Все реакции оказалось возможным разделить на два больших класса в зависимости от характера электронных процессов.

1.Кислотно-основные реакции, связанные с передачей электронных пар между атомами.

2. Окислительно-восстановительные реакции, сопровождающиеся переносом разного числа электронов и изменением степеней окисления (формальных целочисленных зарядов) атомов.

Доверь свою работу ✍️ кандидату наук!
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой



Поиск по сайту:







©2015-2020 mykonspekts.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.