ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 05.07.2025

Просмотров: 538

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Равновесия в растворах электролитов

Расчет концентрации ионов водорода и рН в растворах сильных кислот и оснований

При растворении вещества в воде могут образовываться ионы. Частичный или полный распад вещества на ионы в результате взаимодействия с растворителем называют электролитической диссоциацией. Одной из основных характеристик электролитической диссоциации является степень диссоциации (α), которая равна отношению концентрации продиссоциировавших молекул к начальной концентрации растворенного вещества.

Степень диссоциации зависит от: природы растворителя; природы растворенного вещества; концентрации раствора (чем меньше концентрация раствора, тем больше степень диссоциации); температуры; наличия одноименного иона.

По степени диссоциации все электролиты делятся на сильные и слабые. Сильные электролиты в не слишком концентрированных растворах практически полностью диссоциируют на ионы. К сильным электролитам относятся:

-все растворимые в воде основания (LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2, Ra(OH)2;

-сильные кислоты (HNO3, H2SO4, HCl, HBr, HI, HClO4 и некоторые другие);

-почти все растворимые в воде соли, в том числе и комплексные.

Задача 5

В мерную колбу объемом V1 (мл) внесли V2 (мл) раствора S1 с концентрацией C1 (моль/л) (таблица 9). Объем раствора довели до метки. Какова молярная и нормальная концентрации полученного раствора и его рН?

Таблица 9 – Условие задачи 5

№

V1, мл

С1, моль/л

V2, мл

S1

№

V1, мл

С1, моль/л

V2, мл

S1

1

500

0,1000

5

H2SO4

31

500

0,4600

5

H2SO4

2

50

0,1120

10

Ba(OH)2

32

50

0,4720

10

Ba(OH)2

3

100

0,1240

15

HNO3

33

100

0,4840

15

HNO3

4

200

0,1360

20

KOH

34

200

0,4960

20

KOH

5

250

0,1480

25

HCl

35

250

0,5080

25

HCl

6

500

0,1600

5

LiOH

36

500

0,5200

5

LiOH

7

50

0,1720

10

HBr

37

50

0,5320

10

HBr

8

100

0,1840

15

CsOH

38

100

0,5440

15

CsOH

9

200

0,1960

20

HI

39

200

0,5560

20

HI

10

250

0,2080

25

Ca(OH)2

40

250

0,5680

25

Ca(OH)2

11

500

0,2200

5

H2SO4

41

500

0,5800

5

H2SO4

12

50

0,2320

10

Ba(OH)2

42

50

0,5920

10

Ba(OH)2

13

100

0,2440

15

HNO3

43

100

0,6040

15

HNO3

14

200

0,2560

20

KOH

44

200

0,6160

20

KOH

15

250

0,2680

25

HCl

45

250

0,6280

25

HCl

16

500

0,2800

5

LiOH

46

500

0,640

5

LiOH

17

50

0,2920

10

HBr

47

50

0,6520

10

HBr

17


Продолжение таблицы 9

№

V1, мл

С1, моль/л

V2, мл

S1

№

V1, мл

С1, моль/л

V2, мл

S1

18

100

0,3040

15

CsOH

48

100

0,6640

15

CsOH

19

200

0,3160

20

HI

49

200

0,6760

20

HI

20

250

0,3280

25

Ca(OH)2

50

250

0,6880

25

Ca(OH)2

21

500

0,3400

5

H2SO4

51

500

0,7000

5

H2SO4

22

50

0,3520

10

Ba(OH)2

52

50

0,7120

10

Ba(OH)2

23

100

0,3640

15

HNO3

53

100

0,7240

15

HNO3

24

200

0,3760

20

KOH

54

200

0,7360

20

KOH

25

250

0,3880

25

HCl

55

250

0,7480

25

HCl

26

500

0,4000

5

LiOH

56

500

0,7600

5

LiOH

27

50

0,4120

10

HBr

57

50

0,7720

10

HBr

28

100

0,4240

15

CsOH

58

100

0,7840

15

CsOH

29

200

0,4360

20

HI

59

200

0,7960

20

HI

30

250

0,4480

25

Ca(OH)2

60

250

0,8080

25

Ca(OH)2

Разберем решение этой задачи на примере вариантов 1 и 2.

Рассчитаем концентрацию раствора серной кислоты С2 (вариант 1), полученную при разбавлении раствора С1. Воспользуемся законом разбавления (14):

С =

C2 V2

= 5 0,1000 = 0,00100 (моль/л)

1

V1

500

Найдем нормальную концентрацию раствора (7):

Сн =

С

=

0,0010

= 0,00200

(моль экв/л)

fэкв

1/ 2

Запишем уравнение диссоциации серной кислоты. Это сильный электролит, который нацело диссоциирует на ионы:

0,0010 2·0,0010

H2SO4 → 2H+ + SO42–

Если начальная концентрация H2SO4 равна 0,00100 моль/л, то, согласно уравнению реакции, концентрация образовавшихся ионов водорода в два раза больше и равна 0,00200 моль/л. Рассчитаем рН полученного раствора:

рН = –lg C(H+) = –lg 0,00200 = 2,6990 (рН = 2,70)

Полученный результат можно округлить с точностью до ±0,01 рН, в соответствии с точностью обычного рН-метра.

Аналогично решаем эту задачу для второго варианта. Рассчитываем концентрацию раствора Ba(OH)2, полученного после разбавления раствора С1 и его нормальность Сн:

С

=

C2 V2

= 10 0,1120 = 0,02240 моль/ л;

Сн =

C

= 0,02240 = 0,04480 моль экв/ л

1

V1

50

fэкв

1/ 2

Запишем диссоциацию гидроксида бария:

0,0224 2·0,0224

Ba(OH)2 → Ba2+ + 2OH– С(ОН–) = 0,04480 моль/л.

18


Рассчитаем рН раствора: рОН = –lg C(OH–) = –lg 0,04480 = 1,3487; рН = 14 – рОН = 14 – 1,3487 = 12,6513 (рН = 12,65).

Таблица 10 – Ответы к задаче 5

Сн,

+

–

Сн,

+

–

№

С2, моль/л

моль экв/л

C(H /OH )

pH

№

С2, моль/л

моль экв/л

C (H /OH )

pH

1

0,00100

0,00200

0,00200

2,6990

7

0,03440

0,03440

0,03440

1,4634

2

0,02240

0,04480

0,04480

12,6513

8

0,02760

0,02760

0,02760

12,4409

3

0,01860

0,01860

0,01860

1,7305

9

0,01960

0,01960

0,01960

1,7077

4

0,01360

0,01360

0,01360

12,1335

10

0,02080

0,04160

0,04160

12,6191

5

0,01480

0,01480

0,01480

1,8297

11

0,00220

0,00440

0,00440

2,3565

6

0,00160

0,00160

0,00160

11,2041

12

0,04640

0,09280

0,09280

12,9675

Расчет концентрации ионов водорода и рН в растворах слабых кислот и оснований

Слабые электролиты диссоциируют не полностью, в их растворах кроме ионов присутствуют также и недиссоциированные молекулы, концентрации которых связаны константой диссоциации. Например, для слабой кислоты HA константа диссоциации может быть записана следующим образом:

С0–х х х

HA ↔ H+ + A–

Kc =

C(H + ) C(A− )

, (моль/л)

(16)

C(HA)

Если начальную концентрацию кислоты принять равной С0, а концентрацию продиссоциировавшей кислоты считать равной х, тогда в результате протекания реакции диссоциации в растворе останется (С0 – х) моль/л молекул кислоты и образуется х моль/л ионов водорода (С(Н+) = х) и х моль/л анионов кислоты (С(А–) = х). Эти концентрации для участников реакции называются равновесными. Для определения равновесных концентраций необходимо решить следующее квадратное уравнение:

K =

C(H + ) C(A−)

х х

х2

(17)

C(HA)

= С0 − х = С0 − х,

х2 + К х−К С0 = 0

х = − К +

( К)2 + К С0

(18)

2

2

Степень диссоциации НА (α) равна:

α =

Сдисс.к − ты

100 =

х

100

(19)

С0

С0

19


Если степень диссоциации слабой кислоты мала (меньше 0,1 %), то х<<С0 и в знаменателе уравнения (17) можно пренебречь величиной х:

х = К С0

(20)

В случае, когда в растворе находится слабое основание, например гидроксид аммония NH4OH, в растворе в равновесии будут находиться его молекулы (C0 – х), гидроксид-ионы ОН– (х) и ионы аммония NH4+ (х). Диссоциацию этого вещества в водном растворе и соответствующую константу диссоциации можно представить следующим образом:

С0–х

х

х

NH4OH ↔ NH4+ + OH–

К =

С(NH 4+ ) C(OH − )

=

х2

C(NH 4OH )

С0 − х

Решая это уравнение, можно найти х, который в этом случае будет равен концентрации ионов ОН–. Поэтому сначала будет получена величина рОН, а затем рН.

Задача 6

Рассчитайте рН и степень диссоциации слабой одноосновной кислоты, если ее

константа диссоциации равна К, а концентрация раствора – С0 (моль/л) (таблица 11). Таблица 11 – Условие задачи 6

№

С, моль/л

К

№

С, моль/л

К

№

С, моль/л

К

1

0,040

2,00·10–5

21

0,080

1,00·10–4

41

0,120

1,80·10–4

2

0,042

2,40·10–5

22

0,082

1,04·10–4

42

0,122

1,84·10–4

3

0,044

2,80·10–5

23

0,084

1,08·10–4

43

0,124

1,88·10–4

4

0,046

3,20·10–5

24

0,086

1,12·10–4

44

0,126

1,92·10–4

5

0,048

3,60·10–5

25

0,088

1,16·10–4

45

0,128

1,96·10–4

6

0,050

4,00·10–5

26

0,090

1,20·10–4

46

0,130

2,00·10–4

7

0,052

4,40·10–5

27

0,092

1,24·10–4

47

0,132

2,04·10–4

8

0,054

4,80·10–5

28

0,094

1,28·10–4

48

0,134

2,08·10–4

9

0,056

5,20·10–5

29

0,096

1,32·10–4

49

0,136

2,12·10–4

10

0,058

5,60·10–5

30

0,098

1,36·10–4

50

0,138

2,16·10–4

11

0,060

6,00·10–5

31

0,100

1,40·10–4

51

0,140

2,20·10–4

12

0,062

6,40·10–5

32

0,102

1,44·10–4

52

0,142

2,24·10–4

13

0,064

6,80·10–5

33

0,104

1,48·10–4

53

0,144

2,28·10–4

14

0,066

7,20·10–5

34

0,106

1,52·10–4

54

0,146

2,32·10–4

15

0,068

7,60·10–5

35

0,108

1,56·10–4

55

0,148

2,36·10–4

16

0,070

8,00·10–5

36

0,110

1,60·10–4

56

0,150

2,40·10–4

17

0,072

8,40·10–5

37

0,112

1,64·10–4

57

0,152

2,44·10–4

18

0,074

8,80·10–5

38

0,114

1,68·10–4

58

0,154

2,48·10–4

19

0,076

9,20·10–5

39

0,116

1,72·10–4

59

0,156

2,52·10–4

20

0,078

9,60·10–5

40

0,118

1,76·10–4

60

0,158

2,56·10–4

20