Тема 6. Растворы электролитов

Основные вопросы по теме

1. Слабые электролиты.

2. Степень диссоциации.

3. Константа диссоциации.

4. Закон разведения.

5. Сильные электролиты.

6. Ионная сила раствора.

7. Активность и коэффициент активности.

8. Водородный показатель (рН).

9. Удельная и эквивалентная электропроводность.

10. Зависимость их от концентрации раствора.

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение электролита.

2. Каковы особенности электролитов?

3. Что такое «электролитическая диссоциация»?

4. Чем отличаются сильные и слабые электролиты?

5. Как связаны между собой степень диссоциации и константа дис-социации?

6. Что такое «активность» и «ионная сила раствора»?

7. Основные положения теории Дебая и Гюккеля.

8. Как связаны между собой удельная и эквивалентная электропро-водность?

9. Как трактуется закон независимого движения ионов (Кольрауша)?

10. Что такое «числа переноса»?

Растворы электролитов

Удельной электропроводностью проводника называется электро-проводность столба вещества длиной 1м при поперечном сечении 1м²:

χ = _R¹ ⋅ _S^l ,

где R – сопротивление, Ом; l – длина проводника, м;

S – поперечное сечение, м².

49

Удельная электропроводность есть величина, обратная удельному сопротивлению ρ:

χ = _ρ¹ Ом^-1 · м^-1.

Если отнести удельную электропроводность к числу эквивалентов в 1 м³ раствора, то получим значение эквивалентной электропроводности λ:

1

Величину _С

	λ =		χ			Ом	−1	⋅ м	2
		СН								.
						эквивалент
	м3			называют разбавлением.
	эквивалент

С_Н – нормальная (нормальность) концентрация раствора (эквива-лент/м³).

Согласно закону электропроводности Кольрауша эквивалентная электропроводность электролита при бесконечном разбавлении λ_∞ равна сумме подвижностей катиона l_k и аниона l_a:

λ		= l		+ l			Ом	−1	⋅ м	2
	∞		k		a
											.
							эквивалент

Для слабых электролитов отношение электропроводности при дан-ном разбавлении λ к эквивалентной электропроводности при бесконечном разбавлении λ_∞ выражает степень электролитической диссоциации α:

α = ^λ λ_∞

(для сильных электролитов называют кажущейся степенью диссоциации). Связь степени диссоциации α и констант электрической диссоциа-

ции К_дис устанавливается законом разведения Оствальда:

		Кдис =		a2		⋅ c	,
			1		− α
	эквивалент
где с = Н		.
	литр

Если α<<1, то К_дис ≈ α ² ⋅ с .

Пример 1

Удельная электропроводность 15%-ного раствора KNO₃ при 180⁰С 0,1186 Ом^-1·см^-1, плотность – 1,096 г/см³. Вычислить значения эквивалент-

50

ной электропроводности и кажущуюся степень электролитической диссо-

циации KNO3 в растворе.
Решение	χ
λ =		,
	СН

где С_Н – нормальность раствора, для однозарядного катиона совпадает с молярностью.

Пересчитываем концентрацию (см. тему 5):

СН = Н =

10⋅ А⋅ ρ

=

10⋅15⋅1,096

1,63 экв / л = 1,63⋅103 экв/м3 .

ЭKNO

101

3

Переведем удельную электропроводность в систему СИ:

Ом-1 · см-1 = 102 · Ом-1

м-1 (см. приложение):

χ = 0,1186 Ом-1 · см-1 = 11,86 Ом-1 · м-1;

λ =

χ

=

11,86 Ом−1

⋅ м−1

=

1,186

⋅10

−2

Ом−1 ⋅ м2

=

СН

1,63⋅10

3 экв

1,63

экв

м3

= 0,73⋅10−2 Ом−1 ⋅ экв−1 ⋅ м2 = 0,0073 Ом-1 ⋅ экв−1 ⋅ м2 .

Найдем λ∞ по уравнению:

λ∞

= lK + + lNO−

из табл. 5:

lK +

3

−4 , lNO3− = 62,6

= 63,7 ⋅10

⋅10−4 ;

λ∞=63,7·10-4+62,6·10-4=126,3·10 -4=0,01263Ом-1·экв-1·м2;

α =

λ

=

0,0073

= 0,58 .

λ∞

0,01263

Пример 2

Вычислить, при какой концентрации раствора NH₄ОН степень элек-тролитической диссоциации равна 2%. Какова при этом концентрация ио-нов гидроксила? Константа электролитической диссоциации NH₄ОН равна

1,79·10^-5.

Решение

По условию α=2%, или 0,02. Связь К_дис и α определяется уравнением

K∂ис =		cα 2		.
	1		−α

51

Отсюда

K∂ис (1 −α )

1,79 ⋅10

−5

⋅ (1

− 0,02)

1,79 ⋅10

−5

⋅ 0,98

−2

эквивалент

CH =

=

=

=

4,38⋅10

H

;

α

2

0,02

2

4 ⋅10

−4

литр

[OH − ]= CH ⋅α = 4,38⋅10−2 ⋅ 0,02 = 8,77 ⋅10−

эквивалент

4

.

литр

Пример 3

Удельная электропроводность раствора пропионовой кислоты С₂Н₅СООН при разбавлении (разведении) 7,4 л при 18⁰С 4,79·10^-4 Ом^-1см^-1. Вычислить эквивалентную электропроводность, степень диссоциации, константу диссоциации. Подвижность иона С₂Н₅СОО^- 37,2 Ом^-1см².

Решение

λ =

χ

= χV , так как V =

1

с

c

значения V и χ переводим в СИ:

4,79 ⋅10

−4

−1

−1

= 4,79 ⋅10

−2 Ом−1м−1

Ом

см

;

эквивалент

7,4λ = 7,4 · 10-3 м3;

λ = 4,79 · 10-2 · 7,4 · 10-3 = 3,54 · 10-4

Ом−1м−1

;

эквивалент

λ∞ = l

+ + l

−

= 0,0315 + 0,00372 = 3,5⋅10−2

Ом−1м2

H

C2 H5COO

эквивалент

λ

3,54 ⋅10−4

α =

=

= 1,01⋅10−2

≈ 0,01, или 1%;

λ

3,5⋅10−2

∞

К∂ =

Сн ⋅

α

2

=

α 2

=

1,01⋅10−2

= 1,38

эквивалент

.

1− α

(1 − α )⋅V

(1 − 0,011)⋅ 7,4 ⋅10−3

м3

Задание 6

1. При 18⁰С удельная электропроводность 0,7Н раствора Mg(NO₃)₂ равна 4,38·10^-2 Ом^-1см^-1. Найти эквивалентную электропроводность и кажу-щуюся степень диссоциации этого раствора, если эквивалентная элек-тропроводность при бесконечном разбавлении равна 109,8 Ом^-1см^-1.

52

2. Удельная электропроводность 10%-ного раствора СаCl₂ при 18⁰С 11,4·10^-2 Ом^-1см^-1, плотность – 1,08 г/см³. Вычислить значение эквива-лентной электропроводности и кажущуюся степень диссоциации

СаСl₂ в растворе. Эквивалентная электропроводность этого раствора при бесконечном разбавлении = 116 Ом^-1см².

6.3.Удельная электропроводность 20%-ного раствора NH₄Cl при 18⁰С 0,337 Ом^-1см^-1, плотность – 1,057 г/см³. Вычислить значение эквивалентной электропроводности и кажущуюся степень диссоциации. Эквивалент-ная электропроводность при бесконечном разбавлении = 130 Ом^-1см².

4. Удельная электропроводность 0,1Н раствора уксусной кислоты равна 4,6·10^-2 Ом^-1м^-1. Вычислить значение эквивалентной электропроводно-сти этого раствора.

4. Удельная электропроводность 0,02Н раствора ацетата натрия равна 16,2·10^-2Ом^-1см^-1. Найти эквивалентную электропроводность этого раствора.

4. При 18 ⁰С удельная электропроводность 0,08% раствора аммиака 6,86·10^-4 Ом^-1см^-1, плотность – 0,996 г/см³. Константа диссоциации NH₄OH 1,79·10^-5. Вычислить значение эквивалентной электропровод-ности при бесконечном разбавлении.

4. При 22⁰С удельная электропроводность 9,55% раствора муравьиной кислоты 7,56·10^-3 Ом^-1см^-1, плотность – 1,024 г/см³. Константа диссо-циации муравьиной кислоты 1,77·10^-4. Вычислить значение эквива-лентной электропроводности при бесконечном разбавлении.

4. При 25⁰С константа электролитической диссоциации монохлоруксус-ной кислоты равна 1,4·10^-3, а ее эквивалентная электропроводность при разведении в 32 л/экв – 77,2 Ом^-1см^-1. Вычислить значение экви-валентной электропроводности при бесконечном разбавлении.

4. Константа электролитической диссоциации азотистой кислоты при

12,5⁰С равна 4,6·10^-4. Вычислить степень электролитической диссо-циации 0,05Н раствора.

6.10.Удельная электропроводность раствора метиламина при 25⁰С и кон-центрации 0,07Н равна 1,31·10^-3 Ом^-1см^-1. Вычислить константу дис-социации метиламина. Эквивалентная электропроводность при беско-нечном разбавлении 250 Ом^-1см².

6.11.Удельная электропроводность 0,02Н раствора ацетата натрия равна 16,2·10^-2 Ом^-1см^-1. Подвижности катиона и аниона соответственно рав-ны 4,26·10^-3 и 4,7·10^-3 Ом^-1м². Найти кажущуюся степень диссоциации.

6.12.При 18⁰С эквивалентная электропроводность раствора пропиламина при разведении в 64 л/экв равна 35,4 Ом^-1см^-1. Константа диссоциации пропиламина 4,7·10^-4. Вычислить значение степени диссоциации.

53

13. Константа электролитической диссоциации ортоборной кислоты (H₃BO₃) по первой ступени при 25⁰С равна 5,8·10^-10. Вычислить сте-пень электролитической диссоциации при разведении в 24 л/экв.

13. Вычислить, при какой концентрации раствора NH₄OH степень элек-тролитической диссоциации равна 0,02. Какова при этом концентра-ция ионов гидроксила? Константа электролитической диссоциации

NH₄OH равна 1,79·10^-5.

13. При каком разведении концентрация ионов водорода в растворе фе-нола будет равна 10^-6Н? Константа электролитической диссоциации фенола 1,28·10^-10.

13. Удельная электропроводность раствора NH₄OH при 18⁰С и концентрации 0,011Н имеет величину 1,02·10^-4Ом^-1см^-1. Вычислить степень диссоциа-ции NH₄OH, если подвижность NH ⁺₄ =63,6 Ом^-1см², а ОН^-=174Ом^-1см².

13. Удельная электропроводность раствора NH₄OH при 18⁰С и концен-трацией 0,022Н составляет 1,5·10^-4 Ом^-1см^-1. Вычислить концентрацию ионов ОН^-, если подвижность NH₄⁺ =63,6 Ом^-1см², а ОН^- = 174 Ом^-1см².

13. Удельная электропроводность раствора бензиламина при 25⁰С и раз-ведении 16 л/экв равна 2,56·10^-4. Вычислить степень диссоциации бен-зиламина, если λ_∞=215,8 Ом^-1см^-1.

13. Удельная электропроводность раствора бензиламина при 25⁰С и раз-ведении 64 л/экв равна 1,3·10^-4. Вычислить константу диссоциации, если λ_∞=215,8 Ом^-1см^-1.

13. Удельная электропроводность 0,405Н раствора HJ при 18⁰С 13,32·10^-2 Ом^-1см^-1. Каково значение кажущейся концентрации ионов водорода в

растворе, если подвижность ионов водорода – 315 Ом^-1см², ионов

J^- – 66,8 Ом^-1см²?

21. Эквивалентная электропроводность раствора уксусной кислоты при 25⁰С и разведении 32 л/экв равна 8,2 Ом^-1см^-1. Вычислить константу электролитической диссоциации. Подвижность ионов водорода – 315 Ом^-1см², ионов CH₃COO^- – 35 Ом^-1см².

21. При каком разведении концентрация ионов водорода в растворе му-равьиной кислоты будет равна 1·10^-3Н. Константа электролитической диссоциации 1,77·10^-4.

21. Вычислить константу электролитической диссоциации 0,4% раствора аммиака, если при 18⁰С удельная электропроводность раствора 4,9·10^-4 Ом^-1см^-1. Плотность раствора принять равной единице.

21. Вычислить константу электролитической диссоциации 1%-ного рас-твора пропионовой кислоты, если при 18⁰С удельная электропровод-

54

ность раствора 4,79·10^-4 Ом^-1см^-1. Плотность раствора принять равной единице. Для пропионовой кислоты λ_∞=344 Ом^-1см^-1.

6.25. Эквивалентная электропроводность 0,1М раствора СаСl₂ 82,8 Ом^-1см², при бесконечном разбавлении λ_∞ = 115,8 Ом^-1см². Найти величину ка-жущейся степени диссоциации и значение удельной электропроводно-сти.

								Таблица 5
			Подвижность ионов при 180С
	Катионы					Анионы
Катионы		l K ,	Ом − 1 ⋅ см − 1		Анионы		l A ,	Ом −1 ⋅ см −1
								эквивалент
			эквивалент
H+			315		OH-			174
Na+			42,6		Cl-			66,3
NH4+			63,6		Br-			68,2
Ca2+			50,4		J-			66,8
Mg2+			44,6		NO3-			62,6
					HCOO-			47
					CH3COO-			35

Примечание. Для перевода в СИ значения l_K и l_A следует умножить на 1·10^-4.