Презентация, доклад по аналитической химии Электролитическая диссоциация

разбавления Оствальда

МОЛЕКУЛЫ

оксиды, орг. вещества

проводят эл. Ток
 частицы раств. в-ва =
= ИОНЫ + МОЛЕКУЛЫ

соли, кислоты, основания

Электролиты - вещества,
способные распадаться
на ионы в растворе

продиссоциировавших молекул
к исходному числу молекул.
Степень диссоциации численно выражается
либо в долях единицы, либо в процентах.
По способности к диссоциации электролиты
разделяют на сильные и слабые

Степень диссоциации

силы сильные
0    3 % 3 %    30 % 30 %    100 %

1. H2O
2. Кислоты
H2CO3, H2S,
HCN, HNO3
CH3COOH
3. Основания
NH4OH
4. Некоторые соли

1. Кислоты
H2SO4, HNO3, HCl,
HBr, HJ, HClO4
2. Основания
LiOH, NaOH …
Ca(OH)2, Sr(OH)2,
Ba(OH)2
3. Все соли

растворы
считаются идеальными. Строго говоря, идеальных
растворов не существует и представляют собой
теоретическую абстракцию. Однако если концентрация
раствора электролита стремится к нулю,
расстояния между частицами увеличиваются,
а энергия их взаимодействия - уменьшается.
Поэтому свойства бесконечно разбавленных растворов
приближаются по свойствам к идеальным.

Состояние сильных электролитов в растворе

идеальных
растворов, в которых фигурируют концентрации,
непригодны для описания свойств реальных
растворов, так как каждый реальный раствор
к тому же имеет свою собственную специфику.

Состояние сильных электролитов в растворе

химик Льюис предложил
в 1907 г метод активностей, согласно которому
в эти уравнения вместо концентраций вводят
некие числа так, чтобы результаты, полученные
после решения этих уравнений, совпадали
с экспериментальными данными.
Такие числа называют «активностью».

Состояние сильных электролитов в растворе

концентрации
в термодинамические уравнения для идеальных
растворов, дает соответствующие опыту
значения рассчитываемых величин для
реальных растворов.
Активность а связана с общей концентрацией с
формальным соотношением: а = с · f,
где f - коэффициент активности.

Состояние сильных электролитов в растворе

= 1,
т.е. для предельно разбавленных растворов
активность по числовой величине совпадает
с концентрацией, а коэффициент активности равен 1.
Чем больше коэффициент активности отличается от 1,
тем сильнее свойства реального раствора отличаются
от идеального.
Константа равновесия, выраженная через
активность, называется истинной
термодинамической константой равновесия.

Состояние сильных электролитов в растворе

равна полусумме
произведений концентрации каждого иона
на квадрат его зарядового числа I = 0,5 ΣCiZi2,
где I - ионная сила раствора,
Ci - молярная концентрация всех ионов,
Zi - зарядовое число ионов.

Ионная сила раствора

zi2√I,
где fi - коэффициент активности i -го иона;
zi - заряд этого иона; I - ионная сила раствора;
А - коэффициент, зависящий от температуры и природы
растворителя. Для водных растворов при 250 С
величина А = 0,512, поэтому можем записать:
lgfi = — 0,512 A zi2√I.
Это уравнение соответствует первому приближению
Дебая-Хюккеля и справедливо для значений I,
не превышающих 0,01 моль/л.

Ионная сила раствора

для всех ионов,
имеющих одинаковый по абсолютной величине заряд,
коэффициент активности один и тот же.
В этом заключается правило ионной силы Льюиса и
Рендалла. В аналитике часто пользуются активностями,
т.к. ионная сила оказывает влияние и на увеличение
силы кислот и оснований и на растворимость
малорастворимых электролитов.

Ионная сила раствора

– катион и анион.
Фактически, степень диссоциации α представляет собой
долю распавшихся молекул.
Если общую концентрацию электролита (С)
умножить на эту долю, то получим
концентрацию любого из ионов.
Иными словами, αС = [X+] моль/л, и αC = [Y–] моль/л.

Закон разбавления Оствальда

равна
исходной концентрации электролита.
Например, в 1 литре 0,1М раствора NaCl
содержится 0,1 моль ионов Na+ и 0,1 моль ионов Cl–

Закон разбавления Оствальда

имеется раствор циановодорода HCN
(синильной кислоты) с концентрацией С моль/л.
В растворе циановодород слабо диссоциирует на ионы:
HCN ↔ H+ + CN–

Закон разбавления Оствальда

количество молекул (или молей)
HCN, изначально попавших в раствор.
Иными словами, n0 = C моль/л. Напомним также,
что n1 – это число молекул (или молей) HCN,
распавшихся на ионы.
Следовательно, n1 = [H+] и n1 = [CN–]. В этом случае:


α =


Отсюда следует, что [H+] = Cα, [CN–] = Cα.

Закон разбавления Оствальда

из ионов
в растворе, достаточно общую концентрацию
вещества С умножить на коэффициент
α – степень его диссоциации.
Если теперь записать выражение для константы
диссоциации HCN, то можно выразить Кд через Сα:

Кд =

Закон разбавления Оствальда

С как раз на величину Сα
– отсюда выражение (С – Сα) в знаменателе дроби.
Если вынести концентрацию С за скобки
и сократить, то получим следующее выражение:

Кд =


Или, в другой записи: Кд =

Закон разбавления Оствальда

Оствальда справедлив для бинарных
электролитов, т.е. веществ, молекулы которых в
растворе распадаются на два иона – катион и анион.
Однако в случае слабых электролитов величина (1 – α)
очень мало отличается от единицы.
Действительно, если α = 0,01, то (1 – 0,01) = 0,99,
т.е. практически 1. Таким образом, для слабых
электролитов закон разбавления Оствальда
можно записать в более простом виде:

Кд = α2 ∙ С

Закон разбавления Оствальда

практического использования –
вычислим точно степень диссоциации в 0,1М
растворе уксусной кислоты, если ее константа
диссоциации Кд = 1,8·10–5, электролит слабый
(Кд много меньше 1), можно воспользоваться законом
Разбавления для слабых электролитов: К = α2С.

Отсюда: α =

Подставляя в эту формулу численные значения, получим:

α = = 1,34 · 10-2 или 1,34%

Закон разбавления Оствальда

кислоты СН3СООН
(Кд = 1,8·10–5),
чтобы степень диссоциации кислоты
удвоилась?

Закрепление

первый взгляд.
Численное значение константы диссоциации кислоты
при решении вам не потребуется.
В задаче оно приведено для того, чтобы было понятно,
что кислота слабая и к ее растворам применим
закон разбавления Оствальда в виде: Кд = α2С.
По условию задачи степени диссоциации
после разбавления и до разбавления соотносятся как α2 = 2α1.
Если выразить обе α через закон разбавления,
то при дальнейшем решении значения Кд сокращаются.
Есть способ решения, в котором значение концентрации
раствора 0,2 М тоже не обязательно использовать
(напомним, что большая буква «М» означает «моль/л»).
Попробуйте найти это решение.

Закрепление