что такое молярная концентрация эквивалента
Способы выражения концентрации
Существует множество способов измерить концентрацию раствора. Это так называемые способы выражения концентрации раствора.
Концентрация раствора — это количество вещества, находящегося в единице объема или массы раствора.
Что такое раствор
Среди окружающих нас веществ, лишь немногие представляют собой чистые вещества. Большинство являются смесями, состоящими из нескольких компонентов, которые могут находиться в одном или различных фазовых состояниях.
Смеси, имеющие однородный состав являются гомогенными, неоднородный состав – гетерогенными.
Иначе, гомогенные смеси, называют растворами, в которых одно вещество полностью растворяется в другом (растворителе). Растворитель – это тот компонент раствора, который при образовании раствора сохраняет свое фазовое состояние. Он обычно находится в наибольшем количестве.
Существуют растворы газовые, жидкие и твердые. Но более всего распространены жидкие растворы, поэтому, в данном разделе, именно на них мы сосредоточим свое внимание.
Концентрацию раствора можно охарактеризовать как:
Качественная концентрация характеризуется такими понятиями, как разбавленный и концентрированный раствор.
С этой точки зрения растворы можно классифицировать на:
Количественная концентрация выражается через молярную, нормальную (молярную концентрацию эквивалента), процентную, моляльную концентрации, титр и мольную долю.
Способы выражения концентрации растворов
Молярная концентрация растворов (молярность)
Раствор называют молярным или одномолярным, если в 1 литре раствора растворено 1 моль вещества, децимолярным – растворено 0,1 моля вещества, сантимолярным — растворено 0,01 моля вещества, миллимолярным — растворено 0,001 моля вещества.
Термин «молярная концентрация» распространяется на любой вид частиц.
Вместо обозначения единицы измерения — моль/л, возможно такое ее обозначение – М, например, 0,2 М HCl.
Молярная концентрация эквивалента или нормальная концентрация растворов (нормальность).
Понятие эквивалентности мы уже вводили. Напомним, что эквивалент – это условная частица, которая равноценна по химическому действию одному иону водорода в кислотоно-основных реакциях или одному электрону в окислительно – восстановительных реакциях.
Например, эквивалент KMnO4 в окислительно – восстановительной реакции в кислой среде равен 1/5 (KMnO4).
Еще одно необходимое понятие — фактор эквивалентности – это число, обозначающее, какая доля условной частицы реагирует с 1 ионом водорода в данной кислотоно-основной реакции или с одним электроном в данной окислительно – восстановительной реакции.
Он может быть равен 1 или быть меньше 1. Фактор эквивалентности, например, для KMnO4 в окислительно – восстановительной реакции в кислой среде составляет fэкв(KMnO4) = 1/5.
Следующее понятие – молярная масса эквивалента вещества х. Это масса 1 моля эквивалента этого вещества, равная произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества х:
Молярная концентрация эквивалента (нормальность) определяется числом молярных масс эквивалентов на 1 литр раствора.
Для обозначения нормальной концентрации допускается сокращение «н» вместо «моль/л».
Процентная концентрация раствора или массовая доля
Массовая концентрация показывает сколько единиц массы растворенного вещества содержится в 100 единицах массы раствора.
Это отношение массы m(х) вещества x к общей массе m раствора или смеси веществ:
Массовую долю выражают в долях от единицы или процентах.
Моляльная концентрация раствора
Моляльная концентрация раствора b(x) показывает количество молей n растворенного вещества х в 1 кг. растворителя m. Единица измерения моляльной концентрации — моль/кг :
Титр раствора
Титр раствора показывает массу растворенного вещества х, содержащуюся в 1 мл. раствора. Единица измерения титра — г/мл:
Мольная или молярная доля
Мольная или молярная доля α(х) вещества х в растворе равна отношению количества данного вещества n(х) к общему количеству всех веществ, содержащихся в растворе Σn:
Между приведенными способами выражения концентраций существует взаимосвязь, которая позволяет, зная одну единицу измерения концентрации найти (пересчитать) ее в другие единицы. Существуют формулы, позволяющие провести такой пересчет, которые, в случае необходимости, вы сможете найти в сети. В разделе задач показано, как произвести такой пересчет, не зная формул.
Пример перевода процентной концентрации в молярную, нормальную концентрацию, моляльность, титр
Решение.
1. Рассчитать молярную массу FeSO4:
M (FeSO4) = 56+32+16·4 = 152 г/моль
2. Рассчитать молярную массу эквивалента:
Мэ = fэкв· М(FeSO4) = 1/2·152 = 76 г/моль
3. Найдем m раствора объемом 2 л
4. Найдем массу 2 % раствора по формуле:
m(FeSO4) = 0,02·2,06 = 0,0412 кг = 41,2 г
5. Найдем молярность, которая определяется как количество молей растворенного вещества в одном литре раствора:
n = m/М
n = 41,2/152 = 0,27 моль
См = n/V
См = 0,27/2 = 0,135 моль/л
6. Найдем нормальность:
nэ = 41,2/76 = 0,54 моль
Сн = 0,54/2 = 0,27 моль/л
7. Найдем моляльность раствора. Моляльная концентрация равна:
b (x) = n(x)/m
Масса растворителя, т.е. воды в растворе равна:
mH2O = 2,06-0,0412 = 2,02 кг
b (FeSO4) = n(FeSO4)/m = 0,27/2,02 = 0,13 моль/кг
8. Найдем титр раствора, который показывает какая масса вещества содержится в 1 мл раствора:
Т(х) = m (х)/V
Т(FeSO4) = m (FeSO4)/V = 41,2/2000 = 0,0021 г/мл
Молярная концентрация эквивалента
Эквивалент – это реальная или условная частица, которая может присоединять или высвобождать один ион водорода в кислотно-основных реакциях или один электрон в окислительно-восстановительных реакциях. Единицей количества вещества эквивалента является моль – n экв(B).
Фактор эквивалентностиfэкв(В) – число, показывающее, какая доля реальной частицы вещества В эквивалентна одному иону H + в данной кислотно-основной реакции или одному электрону в окислительно-восстановительной реакции. Фактор эквивалентности – безразмерная величина, fэкв £ 1. Его рассчитывают из формулы кислоты, основания, соли, кристаллогидрата или по стехиометрии указанной реакции.
.
Например, fэкв(HCl) = 1, fэкв(H2SO4) = 1/2, fэкв(H3PO4) =1/3. Но если многоосновная кислота в конкретной реакции проявляет себя как одноосновная кислота или двухосновная, то fэкв ее будет меняться.
.
.
Молярная масса эквивалентов вещества Мэкв(В)– это масса моля эквивалентов вещества В. Она равна произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества В:
.
Например: Mэкв(H2SO4) = 98 г/моль ´ 1/2 = 49 г/моль.
Молярная концентрация эквивалента Сэкв(В)или упрощенно
Cэкв – это отношение количества вещества эквивалента nэкв(В) к объему раствора (V) в литрах, т.е. количество вещества эквивалента, находящееся в 1 литре раствора:
Если объем раствора измеряется в миллилитрах, то
.
Молярная концентрация и молярная концентрация эквивалента связаны между собой соотношением: CВ = Cэкв ´ fэкв(В).
Старое обозначение Cэкв – N (нормальность). Например, запись: 0,1N означает, что в 1 л раствора содержится 0,1 моль-эквивалентов растворенного вещества.
Моляльная концентрация раствора
Моляльная концентрация вещества В в растворе (символ СМ, единица измерения моль/кг) – это отношение числа молей растворенного компонента к массе растворителя, выраженному в килограммах, т.е. количество вещества, содержащееся в килограмме растворителя:
;
Титр раствора
Титр раствора вещества В(символ Т, единица г/мл) – это отношение массы вещества к объему раствора, т.е. это масса вещества в граммах, содержащаяся в 1 мл раствора:
.
Все виды концентраций пропорциональны друг другу, следовательно, можно от одного способа выражения концентрации перейти к другому. Так, например:
;
;
.
Обучающие задачи
Задача 1. Навеску 5,63 г KBr растворили в 150 г воды, плотность полученного раствора r = 1,14 г/мл. Рассчитайте СВ, Сэкв, Т и С% полученного раствора.
Задача 2. Определите навеску соли и массу воды, необходимые для приготовления 500 мл 0,85%-го раствора NaCl (r = 1,005 г/мл).
1. Находим массу раствора:
mр-ра = 1,005 г/мл × 500 мл = 502,5 г.
2. Определяем массу NaCl, необходимую для приготовления 502,5 г раствора:
3. Находим массу воды, необходимую для приготовления раствора:
Задача 3. Сколько миллилитров 36%-го HCl c r = 1,18 г/мл нужно взять, чтобы приготовить 200 мл раствора с Сэкв = 0,1 моль/л?
1. Определяем массу чистой HCl в 200 мл раствора:
2. Рассчитаем массу 36%-го раствора HCl, который содержит 0,73 г чистой HCl:
3. Определяем объем 36%-го раствора HCl:
.
Отмеряем цилиндром 1,72 мл 36%-го раствора HCl, помещаем в мерную колбу на 200 мл и доливаем до метки водой, закрываем колбу и тщательно перемешиваем раствор. Получаем раствор HCl с концентрацией Сэкв = 0,1 моль/л.
Задача 4. Какой объем 35%-го раствора H2SO4 (r = 1,35 г/мл) нужно взять, чтобы приготовить 250 мл раствора с Т = 0,005 г/мл?
1. Определяем массу безводной H2SO4 в 500 мл раствора:
.
2. Рассчитываем объем 35%-го раствора, который содержит 1,25 г безводной H2SO4:
.
Задача 5. В техническом KОН содержание основного вещества составляет 92 %. Сколько граммов технического KОН надо взять для приготовления 250 мл раствора с концентрацией Сэкв = 0,1 моль/л?
1. Определяем молярную массу эквивалента KОН:
.
2. Определяем массу KОН в 250 мл раствора, который необходимо приготовить:
.
3. Расчитываем навеску технического KОН, содержащего 8 % примесей:
.
Помещают навеску 1,5217 г KOH в мерную колбу на 250 мл, растворяют, доливают водой до метки и перемешивают раствор. Получают раствор KOH с приблизительной концентрацией Cэкв = 0,1 моль/л.
Вопросы для самоконтроля
1. Основные понятия: раствор, растворенное вещество, растворитель, эквивалент, фактор эквивалентности.
2. Основные способы выражения концентраций растворов: массовая доля, молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента, титр, моляльная концентрация раствора.
4.1.4. Домашнее задание № 4
Решите задачу приготовления раствора заданной концентрации.
Задание 1.Рассчитайте массу соли и объем воды, необходимые для получения 250 мл раствора с заданной молярной концентрацией (СB, моль/л) (см. свой вариант в табл. 9).
Задание 2.Рассчитайте массовую долю (в %), молярную концентрацию эквивалента, моляльную концентрацию и титр этого раствора.
Номер варианта | |||||||||||||
Заданное соединение | KCN | CoCl2 | Na2SiO3 | NH4Cl | Na2CO3 | (NH4)2CO3 | CuSO4 | СН3СООK | NH4CN | FeI2 | K3PO4 | Al(NO3)3 | Ba(NO2)2 |
СВ, моль/л | 0,5 | 0,3 | 1,5 | 0,6 | 0,4 | 1,2 | 1,1 | 0,9 | 0,2 | 0,7 | 0,1 | ||
r, г/мл | 1,12 | 1,09 | 1,05 | 1,24 | 1,13 | 1,32 | 1,1 | 1,17 | 1,19 | 1,15 | 1,02 | 1,14 | 1,01 |
номер варианта | |||||||||||||
Заданное соединение | ZnSO4 | Cr(MnO4)3 | AlBr3 | K2SO3 | Na3AsO4, | CuCl2 | Na2S2O3, | KNO2 | NiSO4 | Na2S | MnBr2 | KClO | Fe(NO3)3 |
СВ, моль/л | 1,4 | 2,5 | 1,6 | 0,45 | 1,9 | 0,8 | 0,04 | 1,7 | 1,3 | 0,26 | 0,03 | 0,27 | 0,46 |
r, г/мл | 1,22 | 1,29 | 1,25 | 1,11 | 1,3 | 1,12 | 1,04 | 1,2 | 1,21 | 1,05 | 1,01 | 1,04 | 1,01 |
Задание 3.Рассчитайте ионную силу раствора, в котором содержится соль, указанная в вашем варианте (табл. 9) и BaCl2 c концентрацией 0,25 моль/кг.
4.2. КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ.
МЕТОД НЕЙТРАЛИЗАЦИИ
Теоретическая часть
Метод нейтрализации позволяет по результатам титрования определить точную концентрацию компонента кислотного или основного характера в исследуемом растворе и вычислить его содержание в граммах. В основе метода лежит реакция нейтрализации между кислотой и основанием, кислотой и основной солью, основанием и кислой солью и др., т.е. реакция взаимодействия гидратированных ионов Н + и ОН – : Н + + ОН – → Н2О.
Теоретической основой метода является закон эквивалентов: массы реагирующих веществ пропорциональны их молярным массам эквивалентов:
,
где mкислоты и mоснования – массы реагирующих веществ кислотно-основного характера, г; Мэкв – молярные массы эквивалентов взаимодействующих веществ, г/моль; Мэкв(В) = M(В) × fэкв.
Следствие из закона эквивалентов позволяет оперировать объемами реагирующих веществ:
где Сэкв –молярные концентрации эквивалентов реагирующих веществ, моль/л; V – объемы растворов реагирующих веществ, мл.
В качестве рабочих растворов в методе нейтрализации используют:
1) титрованный раствор HCl (или H2SO4) Cэкв = 0,1 или 0,01 моль/л;
2) титрованный раствор NaOH (или KOH) Cэкв = 0,1 или
0,01 моль/л;
3) установочный раствор буры (Na2B4O7×10H2O) (для установления титра кислоты);
4) установочный раствор щавелевой кислоты H2C2O4×2H2O (для установления титра щелочи).
Для установления точки эквивалентности в реакции нейтрализации используют индикаторы (метиловый оранжевый, фенолфталеин и др.). Например, для определения концентрации соляной кислоты в исследуемом растворе (Сэкв(HCl)) точный объем исследуемого раствора
(5 или 10 мл) переносят пипеткой в колбу для титрования и титруют из бюретки титрованным раствором щелочи с Сэкв = 0,1 моль/л до достижения эквивалентной точки, которая определяется по изменению цвета индикатора. Зная объем исследуемого раствора кислоты (Vисслед.к-ты), Сэкв(NaOH), экспериментально определив V(NaOH), определяют Сэкв(HCl):
.
содержание компонента кислотного или основного характера в определенном объеме раствора в граммах можно определить:
б) , г – масса в объеме (V), выраженном в мл.
Зная Сэкв, всегда можно выразить концентрацию вещества в виде С(В), См, С% и Т.
Обучающие задачи
Задача 1. Сколько граммов натрия тетрабората (буры) –
Na2B4O7 10H2O надо взять, чтобы приготовить 250 мл Сэкв = 0,1 моль/л раствора для установления точной концентрации раствора HCl?
Запишем уравнения процесса нейтрализации буры соляной кислотой, учитывая, что натрия тетраборат подвергается в воде гидролизу с образованием NaOH, который затем вступает в реакцию с HCl:
а)
1. Определяем молярную массу эквивалента Na2B4O7 × 10H2O, учитывая, что:
2. Рассчитывают массу буры, необходимую для приготовления
250 мл раствора:
Взвешивают вычисленную навеску на аналитических весах, помещают ее в мерную колбу на 250 мл, растворяют и доливают водой до метки, закрывают пробкой и перемешивают. Получают 250 мл Сэкв =
= 0,1 моль/л раствора буры точной концентрации. Этот раствор называют в количественном объемном анализе «установочным» или «приготовленным» раствором, т.е. раствором с концентрацией, рассчитанной по точной навеске.
Задача 2. Определите молярную концентрацию эквивалента (Сэкв), титр, поправочный коэффициент (K) раствора HCl, если на титрование 10 мл его затрачено 10,4 мл Cэкв = 0,1 моль/л раствора буры?
1. Запишем уравнения реакций гидролиза и нейтрализации, в которые вступает натрия тетраборат:
2. Расчитаем молярную концентрацию эквивалента Сэкв раствора HCl по следствию закона эквивалентов:
.
3. Определяем молярную массу эквивалента НСl:
Мэкв(НСl) = М(НСl) × fэкв(НСl) = 36,5 г/ моль × 1=36,5 г/ моль.
4. Определяем титр раствора HCl:
.
5. Определяем поправочный коэффициент:
.
Задача 3. Вычислить граммовое содержание NaOH в 250 мл и титр рабочего раствора NaOH, если на титрование 10 мл этого раствора было израсходовано 8,5 мл щавелевой кислоты (H2C2O4 × 2H2O) с Сэкв =
= 0,1 моль/л
1. Записываем уравнение реакции нейтрализации:
2. Определяем фактор эквивалентности, молярную массу эквивалента H2C2O4×2H2O и NaOH:
.
3. Определяем Сэкв раствора NaOH:
;
.
4. Определяем титр раствора NaOH:
.
5. Определяют граммовое содержание NaOH в 250 мл раствора:
m = V × T= 250 × 0,0034 = 0,85 г.
Задача 4. В колбе на 250 мл растворили 1 г технического реактива NaOH, на титрование 10 мл этого раствора пошло 8 мл раствора HCl с Сэкв = 0,1 моль/л, поправочный коэффициент K(Cэкв) = 0,95. Определить массовую долю (в %) NaOH в навеске.
1. Записываем уравнение реакции нейтрализации:
HCl + NaOH = NaCl + H2O.
2. Определяем молярные массы эквивалентов веществ, вступающих в реакцию:
Мэкв(HCl) = 36,5 г/моль; Мэкв(NaOH) = 40 г/моль.
3. Определяем практическую молярную концентрацию эквивалента (Cэкв) раствора HCl, зная поправочный коэффициент:
.
4. Расcчитываем Сэкв раствора NaOH:
.
5. Определяем граммовое содержание NaOH в 250 мл раствора:
;
.
6. Определяем массовую долю (С%) NaOH (в %) в исследуемом образце:
,
т.е. в техническом образце содержится 76 % химически чистого NaOH.
Задача 5. Сколько граммов KОН оттитровывается 8 мл HCl с Сэкв(HCl)теор = 0,1 моль/л K(Сэкв) = 0,98?
1. Записываем уравнение реакции и определяем молярные массы эквивалентов реагирующих веществ:
KОН + HCl = KCl + H2O;
Мэкв(KОН) = М(KОН) × fэкв(KОН) = 56 г/моль × 1 = 56 г/моль;
Мэкв(HCl) = М(HCl) × fэкв(HCl) = 36,5 г/моль × 1 = 36,5 г /моль.
2. Определяем практическую молярную концентрацию эквивалента раствора KОН:
3. Определяем содержание в граммах HCl в 8 мл раствора:
4. Определяем массу KОН, пошедшую на реакцию с HCl по закону эквивалентов:
4.2.3. Домашнее задание № 5
Задание 1.Рассчитайте, сколько граммов HCl оттитровываются раствором NaOH с заданными значениями Сэкв и объмом (см. свой вариант в табл. 10)
Номер вари-анта | V, мл NaOH | Сэкв, моль/л NaOH | Номер вари-анта | V, мл NaOH | Сэкв, моль/л NaOH | Номер вари-анта | V, мл NaOH | Сэкв, моль/л NaOH |
0,2 | 0,2 | 0,55 | ||||||
0,5 | 0,4 | 0,45 | ||||||
0,55 | 0,6 | 0,3 | ||||||
0,3 | 0,25 | 0,1 | ||||||
0,1 | 0,2 | 0,6 | ||||||
0,25 | 0,5 | 0,3 | ||||||
0,35 | 0,7 | 0,6 | ||||||
0,4 | 0,3 | 0,5 | ||||||
0,5 | 0,4 |
Лабораторная работа № 4
ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРОВ ЗАДАННОЙ
КОНЦЕНТРАЦИИ. ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД
Цель работы. Приобретение практических навыков в приготовлении растворов различной концентрации, в использовании титриметрического метода анализа для определения точной концентрации исследуемого раствора.
Опыт 1. Приготовление 30 г водного раствора кристаллогидрата натрия карбоната с массовой долей 15 %
Задание. Рассчитайте массу кристаллогидрата натрия карбоната Na2CO3·10H2O, которую необходимо взять для приготовления 30 г раствора с массовой долей 15 % в пересчете на безводную соль Na2CO3. Рассчитайте массу воды, необходимую для приготовления 30 г этого раствора. Все вычисления приведите в своем отчете (оформите задачей). Сделайте вывод (укажите, какими должны быть навеска кристаллогидрата соли и объем воды для приготовления раствора).
Выполнение опыта. Взвесьте на лабораторных технических весах навеску кристаллогидрата соли, которую получили в результате расчета, и количественно перенесите ее в стаканчик емкостью 50 мл. Мерным цилиндром отмерьте количество воды, которое необходимо для приготовления 30 г раствора. Влейте воду в станчик с солью (воду необходимо приливать постепенно, все время перемешивая раствор).
Опыт 2. Приготовление 100 мл водного раствора кристаллогидрата хлорида железа (III) концентрацией Сэкв = 0,5 моль/л
Задание. Рассчитайте навеску кристаллогидрата железа (III) хлорида FeCl3·6H2O, которую необходимо взять для приготовления 100 мл раствора с концентрацией Сэкв= 0,5 моль/л. Все вычисления приведите в своем отчете (оформите задачей). Сделайте вывод (укажите, какими должны быть навеска кристаллогидрата соли и объем воды для приготовления раствора).
Выполнение опыта. Взвесьте на лабораторных технических весах навеску кристаллогидрата и перенесите ее через воронку в мерную колбу на 100 мл. Ополаскивание воронки водой продолжайте до тех пор, пока вся навеска соли не будет перенесена в мерную колбу. Раствор в колбе должен при этом занимать примерно две третьих части ее объема. Если все кристаллы соли растворились, перемешайте раствор круговыми движениями колбы и после этого долейте его до метки дистиллированной водой. Закройте колбу пробкой и снова перемешайте раствор, переворачивая колбу вверх то дном, то горловиной.
Опыт 3. Установление точной концентрации соляной кислоты по буре
Для установления точной концентрации раствора кислоты используют натрия тетраборат (буру) Na2B4O7×10H2O, соль сильного основания (NaOH) и слабой кислоты (H3BO3), которая в водном растворе подвергается гидролизу, и раствор имеет щелочную реакцию:
.
Процесс гидролиза обратим, но при добавлении HCl ионы H + связываются с ОН – и гидролиз идет до конца.
Именно по этой причине эта соль может использоваться как основной компонент кислотно-основного взаимодействия в методе нейтрализации:
2HCl + 2NaOH = 2NaCl + 2H2O.
Суммарное уравнение взаимодействия буры с HCl:
Количество NaOH, образовавшегося при гидролизе буры, эквивалентно количеству взятой буры, а также количеству HCl, пошедшему на нейтрализацию NaOH. Поэтому по количеству буры, пошедшей на титрование, можно определить точную концентрацию раствора HCl.
В конце реакции накапливается слабая борная кислота, следовательно, pH раствора в точке эквивалентности будет несколько меньше 7 и для титрования следует взять индикатор метиловый оранжевый.
а) Приведите в рабочее состояние бюретку, налейте в нее до отметки «0» приготовленный вами или лаборантами раствор HCl с приблизительной концентрацией Сэкв = 0,1 моль/л.
б) В стаканчик для титрования с помощью другой бюретки (наполненной раствором буры) отмерьте 5 мл раствора буры с Сэкв =
= 0,1 моль/л, добавьте 1 – 2 капли метилового оранжевого, раствор тщательно перемешайте, он приобретет желтый цвет.
в) К раствору буры медленно, небольшими порциями из бюретки приливайте раствор соляной кислоты до точки эквивалентности. При этом окраска метилоранжа переходит из желтой в бледно-розовую.
г) Заметьте по бюретке объем соляной кислоты, пошедшей на титрование. Титрование повторите три раза. Данные титрования занесите в табл. 11.
Задание. Запишите уравнение реакции. Заполните таблицу.
а) На основании уравнения для следствия закона эквивалентов:
Cэкв(буры)´V(буры) = Сэкв(HCl) ´ V(HCl) расчитайте Сэкв(HCl), взяв Vср(HCl) как среднее значение по результатам трех титрований.
б) Определите титр раствора соляной кислоты, используя формулу
.
в) Определите поправочный коэффициент (K) для исследуемого раствора HCl, учитывая, что Cэкв (теор) = 0,1 моль/л.
4.3. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ.
РАВНОВЕСИЕ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ
ЭЛЕКТРОЛИТОВ
Теоретическая часть
Электролитами называют вещества, которые в растворенном (или расплавленном) состоянии проводят электрический ток. Теория Аррениуса объясняет электропроводность растворов тем, что молекулы электролитов под действием полярных молекул растворителя диссоциируют на ионы. Эта способность электролитов к диссоциации на ионы служит мерой силы данного электролита. При растворении в полярных растворителях молекулы многих веществ практически полностью распадаются на ионы. Такие вещества называются сильными электролитами (NaCl, Na2SO4, HCl, KOH и др.). Однако электролитическая диссоциация многих других веществ в аналогичных условиях не доходит до конца. Процесс оказывается обратимым, причем равновесие наступает при распаде на ионы лишь небольшой части молекул, находящихся в растворе. Вещества подобного рода называются слабыми электролитами (СН3СООН, Н2СО3, NH4OH и др.). Отношение числа молекул, диссоциированных на ионы, к суммарному числу диссоциированных и недиссоциированных молекул называют степенью электролитической диссоциации, которую измеряют либо в долях единицы, либо в процентах.
.
Для сильных электролитов a > 30 %, для слабых a – ]×[Н + ].
В растворе быстро устанавливается равновесие между процессами диссоциации и ассоциации, т.е. cкорости прямой и обратной реакции будут равны: v 1 = v2 или k1 × [СН3СООН] = k2 × [СН3СОО – ] × [Н + ].
Преобразование последнего уравнения позволит выразить константу равновесия реакции диссоциации следующим образом:
.
Для растворов слабых бинарных электролитов Оствальд установил взаимосвязь между константой диссоциации (Kдис), степенью диссоциации (a) и молярной концентрацией раствора (СВ).
Рассмотрим эту взаимозависимость на примере диссоциации уксусной кислоты. Полагая, что количество диссоциированных молекул кислоты и, следовательно, концентрация каждого из образовавшихся ионов Н + и СН3СОО – в момент установления равновесия в системе равна [Н + ] = [СН3СОО – ] = СB·a. Тогда равновесная концентрация недиссоциированных молекул будет равна [СН3СООH] = СB – СB·a =
= СB·(1 – a). Подставив эти значения концентраций ионов и молекул в уравнение константы равновесия реакции диссоциации СН3СООН, получим
,
.
Это уравнение является математическим выражением закона разведения Оствальда. Поскольку степень диссоциации у слабых электролитов мала, то можно пренебречь этой величиной в знаменателе как слагаемым (им нельзя пренебречь в числителе как множителем). Тогда
.
Закон разведения Оствальда формулируется следующим образом.