Свойства растворов электролитов

Теоретические сведения.

Электролитами называют вещества, диссоциирующие в растворах или расплавах на ионы. Растворы и расплавы электролитов проводят электрический ток. Распад молекул на ионы называют электролитической диссоциацией. Перенос тока в растворах и расплавах осуществляется ионами, поэтому их называют ионными проводниками или проводниками второго рода.

Для количественной характеристики электролитической диссоциации вводится понятие степени диссоциации α она показывает отношение числа молекул, распавшихся на ионы (n) к общему числу молекул, введенных в раствор (N)

α = n / N

Все электролиты делят на сильные и слабые.

Сильные электролиты

Это вещества, которые при растворении в воде практически полностью распадаются на ионы. Как правило, к сильным электролитам относятся вещест-ва с ионными или сильно полярными связями: все хорошо растворимые соли, сильные кислоты (HCl, HBr, HI, HClO₄, H₂SO₄, HNO₃) и сильные основания (LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ba(OH)₂, Sr(OH₎₂, Ca(OH)₂).

В растворе сильного электролита растворённое вещество находится в основном в виде ионов (катионов и анионов); недиссоциированные молекулы практически отсутствуют.

Слабые электролиты

Вещества, частично диссоциирующие на ионы. Растворы слабых электролитов наряду с ионами содержат недиссоциированные молекулы. Слабые электролиты не могут дать большой концентрации ионов в растворе.

К слабым электролитам относятся: почти все органические кислоты (CH₃COOH, C₂H₅COOH и др.); некоторые неорганические кислоты (H₂CO₃, H₂S и др.); почти все малорастворимые в воде соли, основания и гидроксид аммония (Ca₃(PO₄)₂; Cu(OH)₂; Al(OH)₃; NH₄OH); вода. Они плохо (или почти не проводят) электрический ток.

Константу равновесия электролитической диссоциации слабого электролита называют константой диссоциации. Степень диссоциации и константа диссоциации связаны зависимостью (закон Оствальда)

Ионные реакции в растворе

Реакции ионного обмена – это реакции между ионами, образовавшимися в результате диссоциации электролитов.

Правила составления ионных уравнений реакций

1. Нерастворимые в воде соединения (простые вещества, оксиды, некоторые кислоты, основания и соли) не диссоциируют.

2. Если малорастворимое вещество образуется в результате реакции, то при записи ионного уравнения его считают нерастворимым.

3. Сумма электрических зарядов ионов в левой и в правой части уравнения должна быть одинаковой.

Порядок составления ионных уравнений реакции

1. Записывают молекулярное уравнение реакции

MgCl₂ + 2AgNO₃  2AgCl + Mg(NO₃)₂

2. Определяют растворимость каждого из веществ с помощью таблицы растворимости

MgCl₂ (р) + 2AgNO₃ (р)  2AgCl (н) + Mg(NO₃)₂ (р)

3. Записывают уравнения диссоциации растворимых в воде исходных веществ и продуктов реакции

MgCl₂  Mg²⁺ + 2Cl^–

AgNO₃  Ag⁺ + NO^3–

Mg(NO₃)₂  Mg²⁺ + 2NO^3–

4. Записывают полное ионное уравнение реакции

Mg²⁺ + 2Cl^– + 2Ag⁺ + 2NO^3–  2AgCl + Mg²⁺ + 2NO^3–

5. Составляют сокращенное ионное уравнение, сокращая одинаковые ионы с обеих сторон

Ag⁺ + Cl^–  AgCl

Условия необратимости реакций ионного обмена – это уменьшение концентрации иона в растворе при:

1. Образовании осадка () (смотри таблицу растворимости)

Pb(NO₃)₂ + 2KI  PbI₂ + 2KNO₃

Pb²⁺ + 2I^–  PbI₂

2. Выделении газа ()

Na₂CO₃ + H₂SO₄  Na₂SO₄ + H₂O + CO₂

CO₃^2– + 2H⁺  H₂O + CO₂

3. Образовании малодиссоциированного вещества (H₂O)

Ca(OH)₂ + 2HNO₃  Ca(NO₃)₂ + 2H₂O

H⁺ + OH^–  H2O

4. Образовании комплексных соединений (малодиссоциированных комплексных ионов)

CuSO₄  5H₂O + 4NH₃  [Cu(NH₃)₄]SO₄ + 5H₂O

Cu²⁺ + 4NH₃  [Cu(NH₃)₄]²⁺

В тех случаях, когда нет ионов, которые могут связываться между собой с образованием осадка, газа, малодиссоциированных соединений (H₂O) или комплексных ионов реакции обмена обратимы .

Задачи

211. (Р.497) Изотонический коэффициент 0,2 н. NaOH равен 1,8. Вычислите осмотическое давление этого раствора при 10 °С.

Ответ: 8,47 × 10⁴ Па.

212. (Р.501) Раствор, содержащий 16,05 г Ba(NO₃)₂ в 500 г воды, кипит при 100,122 °С. Рассчитайте изотонический коэффициент этого раствора.

Ответ: 1,92.

213. (Р.503) Изотонический коэффициент 1 н. HNO₃ равен 1,03. Сколько растворенных частиц содержится в 10^–3 л этого раствора?

Ответ: 6,20 × 10²⁰.

214. (Р.505) Кажущаяся степень диссоциации MgCl₂ в 0,1 н. растворе равна 0,75. Вычислите изотонический коэффициент этого раствора.

Ответ: 2,5.

215. (Р.506) Рассчитайте кажущуюся степень диссоциаци и КС1 и KNO₃ в 0,2 н. растворах, если изотонические коэффициенты растворов этих солей соответственно равны 1,81 и 1,78.

Ответ: 81 %, 78 %.

216. (Р.508) Определите осмотическое давление 0,01 н. MgSO₄ при 18 °С, если кажущаяся степень диссоциации этого электролита равна 66 %.

Ответ: 2,01 × 10⁴ Па.

217. (Р.510) Вычислите кажущуюся степень диссоциации NaCl в 0,25 н. растворе, если этот раствор изотоничен с 0,44 М раствором глюкозы C₆H₁₂O₆ при 18 °С.

Ответ: 76 %.

218. (Р.512) Определите давление пара водного раствора гидроксида калия ( = 0,5 %) при 50 °С. Давление пара воды при этой температуре равно 12 334 Па. Кажущаяся степень диссоциации гидроксида калия в этом растворе равна 87 %.

Ответ: 1,23 × 10⁴ Па.

219. (Р.513) Давление пара раствора, содержащего 31,5 г Ca(NO₃)₂ в 500 г раствора, равно 1903,5 Па при 17 °С. Давление пара воды при этой температуре равно 1937 Па. Рассчитайте кажущуюся степень диссоциации нитрата кальция в этом растворе.

Ответ: 68 %.

220. (Р.514) Какова должна быть молярная концентрация водного раствора NaNO₃, чтобы давление пара растворителя над этим раствором было такое же, как и у водного раствора глицерина  = 1,5 %.

Ответ: 0,01 моль/кг.

221. (Р.515) Кажущаяся степень диссоциации NaNO₃ в этом растворе равна 65 %. Найдите относительное понижение давления водяного пара над раствором, содержащим 0,1 моль Na₂SO₄ в 900 г воды при 70 °С. Кажущаяся степень диссоциации в этом растворе равна 80 %.

Ответ: 5,2 × 10^–3.

222. (Р.517) Водные растворы мочевины CO(NH₂)₂ и хлорида кальция, содержащие в одинаковых массах растворителя соответственно 0,5 и 0,25 моль растворенного вещества, кипят при одной и той же температуре. Найдите кажущуюся степень диссоциации СаС1₂ в этом растворе.

Ответ: 50 %.

223. (Р.524) Степень диссоциации уксусной кислоты СН₃СООН в 1; 0,1; 0,01 н. растворах соответственно равна 0,42; 1,34; 4,25 %. Вычислив К_Д уксусной кислоты для растворов указанных концентраций, докажите, что константа диссоциации не зависит от концентрации раствора.

Ответ: 1,76 × 10^–5; 1,80 × 10^–5; 1,81 × 10^–5.

224. (Р.525) Во сколько раз концентрация ионов Н⁺ в 0,1 н. растворе HNO₂ больше, чем в 0,1 н. растворе HCN?

Ответ: В 1000 раз.

225. (Р.528) Какова концентрация водородных ионов C(H⁺) в 1 н. HCN, если ее К_Д = 4,9 × 10^–10? Какая масса ионов CN^– содержится в 1,5 л указанного раствора?

Ответ: 2,21 × 10^–5 моль/л; 5,75 × 10^–4 г.

226. (Р.531) Угольная кислота по первой ступени диссоциирует:

Н₂С0₃  Н⁺ + НСО₃^–.

Концентрация ионов водорода в 0,005 М растворе равна 4,25 × 10^–5 моль/л. Определите константу диссоциации Н₂СО₃ по первой ступени.

Ответ: 3,6 × 10^–7.

227. (Р.532) Кажущаяся степень диссоциации 0,12 М AgNO₃ равна 60 %. Вычислите концентрации ионов Ag⁺ и NO₃^– (моль/л и г/л).

Ответ: 0,072 моль/л; 7,77 г/л; 4,45 г/л.

228. (Р.533) Концентрация ионов NO₃^– в растворе Pb(NO₃)₂ равна 2,232 г/л. Кажущаяся степень диссоциации этой соли равна 72 %. Найдите молярную концентрацию раствора нитрата свинца.

Ответ: 2,5 × 10^–2 моль/л.

229. (Р.534) Растворимость Ag₂SO₄ при 0 °С равна 0,02 моль/л. Рассчитайте концентрации ионов Ag⁺ и SO₄^2– в насыщенном растворе соли, если кажущаяся степень диссоциации Ag₂SO₄ равна 52 %.

Ответ: 1,04 × 10^–2 моль/л, 2,08 × 10^–2 моль/л.

230. (Р.535) Как изменится концентрация ионов ОН^– в 1 н. NH₄OH, если к 5 л раствора добавить 26,75 г хлорида аммония, кажущаяся степень диссоциации которого 85 %? Константа диссоциации NH₄OH равна 1,77 × 10^–5.

Ответ: Уменьшилась в 20раз.

231. (Р.537) Какую массу HCOONa надо добавить к 1 л 1 М НСООН для того, чтобы концентрация ионов Н⁺ стала равной 10^–4 моль/л? Кажущаяся степень диссоциации HCOONa равна 75 %. Кнсоон = 1,77 × 10^–4.

Ответ: 16,05 г.

232. (Р.539) Рассчитайте ионную силу раствора, содержащего 2,08 г ВаС1₂ и 5,85 г NaCl в 500 г воды.

Ответ: 0,26.

233. (Р.541) Пользуясь справочными данными (коэффициенты активности ионов), рассчитайте активную концентрацию фосфата натрия в водном растворе, содержащем 0,82 г Na₃PO₄ в 200 г Н₂О.

Ответ: 6,88 × 10^–7.

234. (Р.542) Вычислите активные концентрации ионов Fe³⁺, NO₃^–, Са²⁺ в растворе, содержащем 0,02 моль Fe(NO₃)₂ и 0,02 моль Са(NO₃^–)₂ в 1000 г Н₂О.

Ответ: 3,86 × 10^–3, 8,42 × 10^–3, 7,65 × 10^–2.

235. (Р.543) Вычислите активные концентрации сульфата меди и сульфата калия в растворе, содержащем 1,59 г CuSO₄ и 0,44 г K₂SO₄ в 250 г воды.

Ответ: 3,00 × 10^–4, 4,20 × 10^–6.

236. (Р.544) Раствор содержит Pb(N0₃)₂, HC1, CH₃COONa соответственно в количестве 0,005; 0,001 и 0,0005 моль в 500 г воды. Рассчитайте активную концентрацию каждого из электролитов в .этом растворе.

Ответ: 1,96 × 10^–6, 3,19 × 10^–6, 0,79 × 10^–6.

237. (Р.545) Определите средний коэффициент активности ионов сульфата хрома (III) в водном растворе, моляльная концентрация которого 0,01 моль/1000 г Н₃О.

Ответ: 0,065.

238. (Р.546) Средний коэффициент активности ионов иодида калия в водном растворе равен 0,872. Рассчитайте ионную силу этого раствора.

Ответ: 0,014.

239. (Р.549) ПР(Ca₃(PO₄)₂) при 25 °С равно 1 × 10^–25. Рассчитайте концентрации ионов Са²⁺ и PO₄^3– в насыщенном растворе Ca₃(PO₄)₂ при этой температуре.

Ответ: 1,18 × 10^–5, 0,78 × 10^–5 моль/л.

240. (Р.551) Насыщенный раствор Ag₂Cr₂O₇ объемом 5 л содержит 0,5 моль Na₂Cr₂O₇. Найдите концентрацию ионов Ag⁺ в этом растворе, если ПР(Ag₂Cr₂O₇) = 2 × 10^–7 и (Ag₂Cr₂O₇) = 75 %.

Ответ: 1,64 × 10^–3 моль/л.

241. (Р.552) Определите растворимость Ag₂CO₃ в воде; ПР(Ag₂CO₃) = 6,15 × 10^–12.

Ответ: 1,15 × 10^–4 моль/л.

242. (Р.553) Насыщенный при комнатной температуре раствор PbSO₄ объемом 3 л содержит 0,132 г соли. Вычислите ПР(PbSO₄).

Ответ: 2,1 × 10^–8 моль/л.

243. (Р.554) ПР(PbF₂) при 18 °С составляет 3,2 × 10^–8. Какое количество свинца содержится в 0,4 л насыщенного раствора? Какая масса свинца в виде ионов содержится в 5 л этого раствора?

Ответ: 0,8 × 10^–3 моль/л.

244. (Р.556) ПР(Ag₃PO₄) составляет 1,8 × 10^–18. В каком объеме насыщенного раствора содержится 0,050 г растворенной соли?

Ответ: 7,42 л.

245. (Р.557) ПР(Ag₂Cr₂O₇) при 25 °C равно 2,0 × 10^–7. Выпадает ли осадок Ag₂Cr₂O₇ при смешивании равных объемов 0,05 н. растворов AgNO₃ и К₂Сг₂О₇? Степень диссоциации этих электролитов равна 90 %.

246. (Р.558) Какова должна быть минимальная концентрация КВr, чтобы прибавление к его раствору равного объема 0,003 н. AgNO₃ вызвало появление осадка? ПР(AgBr) = 6,30 × 10^–13. Степень диссоциации этих электролитов принять равной единице.

Ответ: 8,4 × 10^–10 моль/л.

247. (Р.559) Выпадает ли осадок сульфата кальция, если к 0,1 л 0,01 М Ca(NO₃)₂ прибавлено 0,4 л 0,001 н. H₂SO₄? Степень электролитической диссоциации Ca(NO₃)₂ и H₂SО₄ равна 95%; ПР(CaSO₄ ) = 6,1 × 10^–5.

248. (Р.561) Образуется ли осадок Fe(OH)₃, если к 1 л 0,006 н. FeCl₃ прибавить 0,125 л 0,0001 М КОН? ПР(FeOH₃) = 3,8 × 10^–33. Степень электролитической диссоциации исходных веществ принять равной единице.

249. (Р.562) Раствор содержит ионы Ва²⁺ и Sr²⁺ в концентрации соответственно 5 × 10^–4 и 5 × 10^–1 моль/л. Какой из осадков будет первым выпадать из раствора при постепенном прибавлении раствора K₂CrO₄? ПР(SrCrO₄) = 3,6 × 10^–5.

250. (Р.564) Раствор содержит ионы SO₄^2– и СгО₄^2–. Концентрация какого иона должна быть больше и во сколько раз, чтобы осаждение сульфата и хромата серебра началось одновременно? ПР(Ag₂SO₄) = 7,7 × 10^–5; ПР(Ag₂CrO₄) = 4,05 × 10^–12.

Ответ: В 1,9 × 10⁷ раз.

251. (Р.566) При какой наименьшей концентрации сульфата натрия возможно превращение карбоната свинца в его сульфат?

Ответ: 4,61 × 10^–2 моль/л.

252. (Р.567) Карбонат кальция требуется перевести в сульфат. Какой реактив и в какой наименьшей концентрации необходим для этой цели?

Ответ: 0,87 моль/л.

253. (Г.423) В каком объеме раствора должен быть растворен 1 моль сахара, чтобы раствор был изотоничен с 0,1 н. раствором LiCl, кажущаяся степень диссоциации которого в растворе равна 0,9?

Ответ: 5,26 л.

254. (Г.426) Давление пара раствора, содержащего 16,72 г Са(NО₃)₂ в 250 г воды, составляет 1903 Па. Вычислите кажущуюся степень диссоциации соли, если известно, что давление пара воды при той же температуре составляет 1937 Па.

Ответ: 0,72.

255. (Г.428) Раствор, содержащий 33,2 г Ва(NО₃)₂ в 300 г воды, кипит при 100,466 °С. Вычислите кажущуюся степень диссоциации соли в растворе.

Ответ: 0,56.

256. (Г.434) Вычислите кажущуюся степень диссоциации СаСl₂ в растворе, содержащем 0,0995 моль СаСl₂ в 500 г воды. Температура кристаллизации такого раствора –0,740 °С.

Ответ: 0,50.

257. (Г.436) Какова температура кристаллизации раствора, содержащего 84,9 г NaNO₃ в 1000 г воды? Давление пара раствора составляет 2268 Па, а давление пара воды при той же температуре 2338 Па.

Ответ: –3,19 °С.

258. (Г.438) Вычислите концентрацию ионов ОН^–, если концентрация ионов Н⁺ (моль/л) равна: а) 10^–8; б) 2 × 10^–4; в) 8 × 10^–7; г) 0,4 × 10^–11.

Ответ: а) 10^–6; б) 5 × 10^–11; в) 1,25 × 10^–8; г) 2,5 × 10^–3 моль/л.

259. (Г.439) Вычислите концентрацию ионов Н⁺, если концентрация ионов ОН^– (моль/л) равна: а) 4 × 10^–10; б) 1,6 × 10^–13; в) 5 × 10^–6; г) 3,2 × 10^–7.

Ответ: а) 2,5 × 10^–5; б) 6,25 × 10^–2; в) 2 × 10^–9; г) 3,12 × 10^–8 моль/л.

260. (Г.449) Вычислите активность ионов К⁺, А1³⁺ и SO₄^2– в 1 × 10^–5 М растворе KAl(SO₄)₂ × 12Н₂О, считая, что их коэффициенты активности практически равны единице.

Ответ: 10^–5; 10^–5; 2 × 10^–5.

261. (Г.451) Вычислите ионную силу растворов и активность ионов: а) 0,05 М AgNO₃; б) 1,25 × 10^–3 M CaSO₄; в) 2,5 × 10^–3 М MgCl₂.

Ответ: а) 5 × 10^–2; 4,2 × 10^–2; 4,2 × 10^–2; б) 0,005; 0,00093; 0,00093; в) 0,0075; 0,0018; 0,0046.

262. (Г.454) Вычислите активность ионов Са²⁺ и NO₃^– в 0,05 М растворе Са(NO₃)₂, содержащем, кроме того, 0,05 моль/л НNO₃.

Ответ: 0,021; 0,08.

263. (Г.455) Вычислите активность ионов Аl³⁺ и Сl^– в 0,01 М растворе АlСl₃, содержащем, кроме того, 0,04 моль/л НСl.

Ответ: 0,00156; 0,057.

264. (Г.457) Вычислите ионную силу и активность ионов в 0,12 н. растворе Fе₂(SO₄)₃, содержащем, кроме того, 0,01 моль/л H₂SO₄.

Ответ: 0,33; 0,006; 0,016; 0,03.

265. (Г.458) Вычислите ионную силу и активность ионов Na⁺ и СО₃^2– в 0,1 н. растворе Na₂CO₃, содержащем, кроме того, 0,1 моль/л NaOH.

Ответ: 0,25; 00,16; 0,021.

266. (Г.465) Вычислите [Н⁺] в 0,1 М растворе HCN. Сколько граммов CN^– в виде ионов содержится в 0,6 л указанного раствора?

Ответ: 7,9 × 10^–6 моль/л; 1,23 × 10^–4 г.

267. (Г.470) Вычислите [Н⁺] и α в 1%-ном растворе уксусной кислоты приняв  = 1.

Ответ: 0,0017 моль/л; 0,01.

268. (Г.471) При каком процентном содержании муравьиной кислоты в растворе (  1) [Н⁺] = 8,4 × 10^–3 моль/л?

Ответ: 1,84 %.

269. (Г.473) Вычислите α и [Н⁺]: а) в 0,3 М растворе HF; б) в 0,01 М растворе той же кислоты.

Ответ: а) 4,8 %; 0,0143 моль/л; б) 23 %; 0,0023 моль/л.

270. (Г.474) Во сколько раз уменьшится концентрация ионов HS^–, если к 1 л 0,1 М раствора H₂S прибавить 0,1 моль НС1? Коэффициенты активности ионов Н⁺ = 0,81.

Ответ: В 700 раз.

271. (Г.477) Вычислите концентрацию ионов Н⁺, HSeO₃^– и SeO₃^2– в растворе Н₂SeO₃, при концентрации: а) 0,6 М; б) 0,1 М.

272. (Г.540) Вычислите: а) в каком объеме раствора содержится 0,1 г SrS0₄; б) в каком объеме раствора содержится 0,56 моль стронция.

Ответ: а) 0,96 л; б) 990 л.

273. (Г.543) Вычислите растворимость Ag₂CrO₄.

Ответ: 6,5 × 10^–5 моль/л.

274. (Г.545) Вычислите растворимость Ag₃PO₄ в молях на литр и в граммах на литр. В каком объеме насыщенного раствора Ag₃PO₄ содержится 0,003 моль серебра?

Ответ: 4,7 × 10^–6 моль/л, 0,002 г/л, 213 л.

275. (Г.546) Вычислите массу ионов Ag⁺ в 50 мл насыщенного раствора Ag₂CO₃.

Ответ: 0,0014 г.

276. (Г.549) В каком объеме насыщенного раствора СаСO₃ содержится 1 г соли?

Ответ: 144 л.

277. (Г.552) Учитывая активности ионов, вычислите, произойдет ли образование осадка малорастворимого СаCrO₄ при сливании равных объемов 0,1 М растворов СаСl₂ и К₂CrO₄.

Ответ: Нет; 4,4 × 10^–4 < 7,1 × 10^–4.