Ступінь та константа дисоціації

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 молекул електролітів на іони в середовищі полярних розчинників.
Ступінь електролітичної дисоціації (α)	- відношення числа молекул, які розщепилися на іони (N дис) до загального числа розчинених молекул (N): або .
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 основна кількість 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 Кдис	- 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
Ізотонічний коефіцієнт і	- величина, що показує у скільки разів загальне число частинок розчиненого електроліту (Счаст) більше ніж його вихідна концентрація (Свих): .
Визначення величини ізотонічного коефіцієнту за властивостями розчину електроліту	-
Зв'язок ступеня дисоціації α з ізотонічним коефі- цієнтом і	-

 

ПРИКЛАДИ ВИКОНАННЯ ЗАВДАНЬ

Приклад 1. Зв’язок між ступенем і константою дисоціації електроліту. Закон розведення Оствальда.

Визначити ступінь дисоціації карбонатної кислоти в 0,1М розчині, якщо константа дисоціації кислоти за першим ступенем дорівнює 4,5·10^-7.

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

де К_дис – константа дисоціації;

С – концентрація електроліту, моль/л.

Для розчинів слабких електролітів, які дуже малою мірою дисоціюють на іони, ступінь електролітичної дисоціації набагато менший одиниці (α <<1). Тому рівняння розведення Оствальда можна спростити (оскільки за таких умов 1-α ≈ 1):

,

звідки

.

Карбонатна кислота дуже слабка, тому для обчислення ступеня дисоціації скористаємось спрощеним виразом закону розведення Оствальда

.

Відповідь: Ступінь дисоціації карбонатної кислоти дорівнює 2,1·10^-3 або 0,21%.

 

Приклад 2. Розрахунок ізотонічного коефіцієнта за вмістом частинок розчиненого електроліту.

Визначити ізотонічний коефіцієнт 0,5М розчину HCl, якщо в 1 л його міститься 5,65·10²³ частинок електроліту.

Розв’язання. За визначенням ізотонічний коефіцієнт показує, у скільки разів число частинок в розчині електроліту перебільшує число частинок без урахування дисоціації. Тобто

де n_част - число молекул і іонів в розчині електроліту;

n_вих - число молекул електроліту, взятих для приготування розчину.

Для розрахунку ізотонічного коефіцієнту необхідно визначити число молекул в 1 л 0,5 молярного розчину. Скориставшись числом Авогадро N_A=6,02·10²³ моль^-1, знаходимо

.

Отже

 

Приклад 3. Розрахунок ступеня дисоціації електроліту за величиною ізотонічного коефіцієнта.

При деякій температурі ізотонічний коефіцієнт 0,2 молярного розчину кальцій нітрату дорівнює 2,48. Розрахувати уявний ступінь дисоціації цього електроліту.

Розвязання. Ступінь дисоціації і ізотонічний коефіцієнт електроліту пов’язані між собою співвідношенням

де n – число іонів, що утворюються при дисоціації молекули електроліту.

При дисоціації Ca(NO₃)₂ утворюється 3 іона:

.

Уявний ступінь дисоціації цього електроліту дорівнює

або 74%.

Приклад 4. Визначення уявного ступеня дисоціації сильного електроліту на підставі температури замерзання розчину.

Визначити уявний ступінь дисоціації ZnCl₂, виходячи з того, що розчин 0,85 гZnCl₂ в 125 г води замерзає при -0,23⁰С.

Розв’язання. Уявний ступінь дисоціації пов’язаний з ізотонічним коефіцієнтом і співвідношенням:

,

де: α – уявний ступінь дисоціації електроліту;

i – ізотонічний коефіцієнт;

n – кількість іонів, на які дисоціює молекула електроліту. В нашому випадку

.

Ізотонічний коефіцієнт i, виходячи з умов задачи, може бути розрахований як відношення (кристалізації), знайдене дослідним шляхом, до тієї самої величини, обчисленої без урахування дисоціації електроліту ():

.

Знаходимо експериментальне зниження температури замерзання (кристалізації) розчину:

,

де - температура замерзання чистої води, ⁰С або К;

Т_{кр р-ну} – температура кристалізації розчину, ⁰С, або К.

.

За законом Рауля зниження температури замерзання розчину відносно чистого розчинника визначається рівнянням:

,

де: - зниження температури замерзання розчину, ⁰С, або К;

К – кріоскопічна стала розчинника (для води К=1,86⁰С·кг/моль);

m _реч – масса розчиненої речовини, г;

m_{р -ка} – маса розчинника, кг;

М – молярна маса розчиненої речовини, г/моль.

 

=136,4 г/моль,

,

,

.

 

Приклад 5. Розрахунок ступеня дисоціації електроліта за осмотичним тиском його розчину.

Розрахувати уявний ступінь електролітичної дисоціації LiCl в 0,1 молярному розчині, якщо його осмотичний тиск при 0⁰С дорівнює 4,31·10⁵Па.

Розв’язання Ступінь дисоціації та ізотонічний коефіцієнт пов’язані між собою співвідношенням

де n – число іонів, що утворюються при дисоціації молекули електроліту.

Величину ізотонічного коефіцієнта визначаємо за осмотичним тиском експериментальним і розрахованим за законом Вант-Гоффа

де С_м- молярна концентрація розчину, моль/л;

R – універсальна газова стала;

Т- температура, К.

Уявний ступінь дисоціації LiCl в 0,1 М розчині дорівнює:

Приклад 6. Розрахунок ізотонічного коефіцієнта і ступеня дисоціації електроліту за величиною тиску пари розчинника над розчином.

Тиск водяної пари над розчином 33,3 г CaCl₂ в 45 г води при 90⁰С становить 56690 Па. Чому дорівнює ізотонічний коефіцієнт і уявний ступінь дисоціації солі, якщо тиск водяної пари за тієї самої температури становить 70101 Па?

Розв’язання. Перший закон Рауля для електролітів виражається рівнянням:

де Р₀ - тиск насиченої пари над розчинником, Па;

P- тиск насиченої пари розчинника над розчином, Па;

і - кількість молів розчиненої речовини і розчинника відповідно, моль.

Звідси ізотонічний коефіцієнт дорівнює

.

Знаходимо і за формулою

.

Оскільки , ,

то ,

Розраховуємо ізотонічний коефіцієнт:

Уявний ступінь дисоціації дорівнює

де n – число іонів, що утворюються при дисоціації молекули електроліту. Для n = 3,

, або 39%.

КОНТРОЛЬНІ ЗАВДАННЯ

321. Визначити ступінь дисоціації сульфідної кислоти в 0,1 М розчині, якщо константа дисоціації за першим ступенем дорівнює 1,1·10^-7.

Відповідь: 1,05·10^-3.

 

322. Визначити ступінь дисоціації ацетатної кислоти в 1М розчині, якщо константа дисоціації дорівнює 1,75·10^-5

Відповідь: 4,2·10^-3.

 

323. Визначити константу дисоціації ацетатної кислоти в 0,1 М розчині, якщо ступінь дисоціації дорівнює 1,34%.

Відповідь: 1,79·10^-5.

 

324. Визначити ступінь дисоціації купрум(II) гідроксиду в 0,1 М розчині, якщо константа дисоціації дорівнює 3,4·10^-7.

Відповідь: 0,18%.

 

325. Визначити константу дисоціації алюміній гідроксиду в 0,1М розчині, якщо ступінь дисоціації дорівнює 1,33%.

Відповідь: 1,77·10^-5.

 

326. Знайти константу дисоціації сульфідної кислоти в 0,1 М розчині, якщо ступінь дисоціації дорівнює 0,105%.

Відповідь: 1,1·10^-7.

 

327. Розрахувати ступінь дисоціації купрум(II) гідроксиду в 0,01 М розчині, якщо константа дисоціації дорівнює 3,4·10^-7.

Відповідь: 0,58%.

 

328. Знайти константу дисоціації нітритної кислоти в 0,01 М розчині, якщо ступінь дисоціації дорівнює 0,22.

Відповідь: 4,84·10^-4

 

329. Розрахувати ступінь дисоціації сульфідної кислоти в 0,1 М розчині, якщо константа дисоціації дорівнює 1,1·10^-7.

Відповідь: 0,105%.

 

330. Розрахувати ступінь дисоціації нітритної кислоти в 0,01 М розчині, якщо константа дисоціації дорівнює 5,1·10^-4.

Відповідь: 22,6%.

 

331. Знайти константу дисоціації ацетатної кислоти в 0,01 М розчині, якщо ступінь дисоціації дорівнює 4,25%.

Відповідь: 1,81·10^-5.

 

332. Знайти константу дисоціації ацетатної кислоти в 1М розчині, якщо ступінь дисоціації дорівнює 0,42.

Відповідь: 1,76·10^-5.

 

333. Визначити ступінь дисоціації фторидної кислоти в 0,1 М розчині, якщо константа дисоціації дорівнює 7,4·10^-4.

Відповідь: 8,23%.

 

334. Визначити ступінь дисоціації мурашиної кислоти НСООН в 0,1 М розчині, якщо константа дисоціації дорівнює 1,8·10^-4.

Відповідь: 4,2%.

 

335. Визначити ступінь дисоціації ціанідної кислоти в 0,05 М розчині, якщо константа дисоціації дорівнює 7,9·10^-10.

Відповідь: 0,013%.

 

336. Визначити ступінь дисоціації хлорнуватистої кислоти HClO в 0,001 М розчині, якщо константа дисоціації дорівнює 5,0·10^-8.

Відповідь: 0,07%.

 

337. Визначити ступінь дисоціації нітритної кислоти в 0,02 М розчині, якщо константа дисоціації дорівнює 4·10^-4.

Відповідь: 15,8%.

 

338. Знайти константу дисоціації мурашиної кислоти в 0,2 М розчині, якщо ступінь дисоціації НСООН дорівнює 3,2%.

Відповідь: 2·10^-4.

 

339. Знайти константу дисоціації HClO в 0,1 М розчині, якщо ступінь дисоціації кислоти дорівнює 0,07%.

Відповідь: 4,9·10^-8.

 

340. Знайти константу дисоціації карбонатної кислоти в 0,15 М розчині, якщо ступінь дисоціації Н₂СО₃ дорівнює 0,173%.

Відповідь: 4,5·10^-7.

 

341. Визначити ізотонічний коефіцієнт розчину ацетатної кислоти і ступінь її дисоціації, якщо в 1 л 0,01М розчину міститься 6,26·10²¹ молекул і іонів цієї кислоти.

Відповідь: 1,04, 4%.

 

342. Визначити уявний ступінь дисоціації HNO₃, якщо розчин 0,25 моль HNO₃ в 2,5 л води замерзає при -0,35⁰С.

Відповідь: 89%.

 

343. Осмотичний тиск 0,05 молярного розчину калій карбонату при 0⁰С дорівнює 136,3 кПа. Визначити уявний ступінь дисоціації в розчині.

Відповідь: 70%.

 

344. Розчин KNO₃ з процентною концентрацією 8,43% закипає при 100,8⁰С. Ебуліоскопічна стала води Е = 0,52⁰С·кг/моль. Обчислити уявний ступінь дисоціації KNO₃ в розчині.

Відповідь: 69%

 

345. При 100⁰С тиск пари над розчином, що містить 0,05 моль в 450г води, дорівнює 100,78 кПа. Визначити уявний ступінь дисоціації .

Відповідь: 80%.

 

346. Розчин 0,53 г Na₂CO₃ в 200 г води замерзає при -0,13⁰С. Визначити уявний ступінь дисоціації солі.

Відповідь: 90%

 

347. Ізотонічний коефіцієнт 1 молярного розчину дорівнює 1,03. Скільки розчинених частинок міститься в 10^{-3 л цього розчину.}

Відповідь: 6,2·10²⁰.

348. Визначити ізотонічний коефіцієнт розчину, який замерзає при -0,519⁰С і складається з 2,1 г КОН і 250 г води.

Відповідь: 1,86

349. Розрахувати відносне зниження тиску водяної пари при деякій температурі над розчином, що складається з 7,1 г Na₂SO₄ і 500 г води. Уявний ступінь дисоціації в цьому розчині дорівнює 75%.

Відповідь: 4,5·10^-3.

 

350. Обчислити ізотонічний коефіцієнт для 2н розчину CaCl₂, що має при 20⁰С осмотичний тиск 5600 кПа. Визначити уявний ступінь дисоціації CaCl₂ в цьому розчині.

Відповідь: 2,3; 65%.

 

351. Визначити ступінь дисоціації фторидної кислоти, якщо при розчиненні 0,1 моль HF в 1 л води утворюється 1,81·10²² іонів і 5,12·10²² молекул цієї кислоти.

Відповідь: 15%.

 

352. Визначити осмотичний тиск розчину MgSO₄ з молярною концентрацією 0,1 моль/л, якщо уявний ступінь дисоціації солі дорівнює 0,5.

Відповідь: 187 кПа.

 

353. Тиск водяної пари над розчином 22,2 г CaCl₂ в 1000 г води при 20⁰С становить 2,32 кПа, а тиск пари над водою за тієї самої температури – 2,34 кПа. Визначити уявний ступінь дисоціації солі в розчині.

Відповідь: 69,5%.

 

354. При розчиненні NaOH масою 12 г в 100 г води температура кипіння підвищилась на 2,65⁰С. Ебуліоскопічна стала води Е=0,52⁰С·кг/моль. Визначити уявний ступінь дисоціації NaOH.

Відповідь: 70%.

 

355. Чому дорівнює осмотичний тиск 0,1 молярного розчину KCl при 17⁰С, якщо уявний ступінь дисоціації цієї солі становить 85%?

Відповідь: 445,8 кПа.

 

356. Обчислити ізотонічний коефіцієнт розчину MgCl₂, якщо уявний ступінь дисоціації солі складає 75%.

Відповідь: 2,5.

 

357. Визначити уявний ступінь дисоціації CaCl₂ в розчині, який містить 4,47г CaCl₂ в 100 г води, і замерзає при -2⁰С.

Відповідь: 80%.

 

358. Обчислити тиск пари при 100⁰С над розчином, який складається з 24,8 г КСl і 100 г води. Уявний ступінь дисоціації солі дорівнює 75%.

Відповідь: 91,7 кПа.

 

359. Визначити уявний ступінь дисоціації NH₄Cl, якщо для приготування розчину взяли сіль масою 1,07 г і воду об’ємом 200 мл. Температура кипіння цього розчину дорівнює 100,09⁰С.

Відповідь: 73%.

 

360.Обчислити ізотонічний коефіцієнт розчину ZnSO₄ з молярною концентрацією 0,1 моль/л, якщо уявний ступінь дисоціації складає 40%.

Відповідь: 1,4

 

 

ІОННИЙ ДОБУТОК ВОДИ. ВОДНЕВИЙ ПОКАЗНИК