ЗАДАЧИ
Константа диссоциации
Процессдиссоциацииэлектролитовявляетсяравновесным и, как любой равновесный процесс, характеризуется константой равновесия, которая в этом случае называться константой диссоциации. Рассмотрим пример диссоциации уксусной кислоты, которая протекает по уравнению:
CH3COOH Û CH3COO- + H+
молекулярная форма ионная форма
Поскольку уксусная кислота является слабым электролитом, то равновесие процесса диссоциации сдвинуто в сторону молекулярной формы кислоты. Запишем выражение для константы равновесия этого процесса по закону действующих масс:
[H+]рав [CH3COO-]рав
Крав =Кдис = ¾ ¾¾¾¾¾¾¾¾ = 1,8 10 - 5
[CH3COOH]рав
По своему смыслу Кдис определяет степень необратимости процесса диссоциации. Кдис не зависит от концентрации слабого электролита в растворе, а зависит только от температуры и природы электролита. Значение Кдис говорит о силе электролита - чем больше значение Кдис, тем сильнее электролит.
HCN Û H+ + CN- Кдис = 4 10-4
|
|
HNO2 Û H+ + NO2- Кдис = 7,2 10-10
Из сравнения значений Кдис для уксусной, синильной и азотистой кислот видно, что HCN сильнее HNO2 , а уксусная кислота - сильнее HNO2, но слабее HCN.
Для слабых многоосновных кислот и многокислотных оснований, диссоциация которых происходит ступенчато, каждая ступень является процессом равновесным и характеризуется своей констатой диссоциации.
H2CO3 Û H+ + HCO3- I ступень диссоциации К1дис = [H+] [HCO3-] / [H2CO3] = 4,3 10-7
HCO3- Û H+ + CO32- II ступень диссоциации К2дис = [H+][CO32-] / [HCO3-] = 5,6 10-11
H2CO3 Û 2H+ + CO32 - Суммарный процесс Кдис = К1дис К2дис = [H+]2 [CO32-] / [H2CO3] =2 10-17.
Zn(OH)2 Û ZnOH+ + OH- I ступень диссоциации К1дис = [ZnOH+] [OH-] / [Zn(OH)2]= 10-6
ZnOH+ Û Zn2+ + OH- II ступень диссоциации К2дис = [Zn2+] [OH-] / [ZnOH-] = 10-11
Zn(OH)2 Û Zn2+ + 2OH- Суммарный процесс Кдис = 10-6 *10-11 = [Zn2+] [OH-]2 / [Zn(OH)2] =10-17.
34. Напишите уравнения диссоциации кислот. Для слабых многоосновных кислот напишите уравнения ступенчатой диссоциации.
а) НNO3, H3AsO3, H2SiO3, HI, HCIO2, H3SbO4, H2S .
б) НNO2, H3РO3, H2СO3, HBr, H2Se, HCIO3.
в) Н3NbO3, H3РO4, H2СO3, HBrO2, CH3COOH, H2SeO4.
Для выделенных кислот из справочника выпишите значения Кдис.
35. Напишите уравнения диссоциации оснований. Для слабых многокислотных оснований напишите уравнения ступенчатой диссоциации:
а) LiOH, Mg(OH)2, Pb(OH)4, Zn(OH)2, Sn(OH)2, NH4OH
б) NaOH, Ca(OH)2, AI(OH)3, Sr(OH)2, RbOH
в) KOH, Ba(OH)2, Bi(OH)3, Cr(OH)2, CsOH
36. Напишите уравнения диссоциации солей. Для кислых и основных солей напишите уравнения первичной диссоциации:
а) АlСl3, KNO3, (CuОН)2SO4, NaНCOз, (NH4)2S, Fe(OH)2NО3, CuCl2.
б)BaCl2, РbОН(NО3)3, К2НРO4, Na2SO3, ZnBr2, СrOH(NО3)2, СoCI3 LiNO2
в)К2НAsO3, СrОН(NО3)2, CuОНI, (NН4)2СО3, (СН3СОО)2Ва, NаH2РO4, Nа3AIO3
г)ВiOН(NО3)2, (CuOH)2SO4, FeCl3, CaCI2, Аl2(SO4)3 NaHSO3; Ni(NО3)3, KHS.
37..Выпишите из справочника Кдис следующих слабых кислот и решите, какая из них сильнее:
|
|
а) Н3PO4 по 2 - й ступени или Н2SO3 по 2 –й ступени; б) Н2S или H2CO3;
в) НCNS или HCN; г) Н3PO3 по 2-й ступени или HNO2;
д) Н3AsO3 или Н3PO3; е) H2CO3 или Н3PO3 по 2-й ступени.
Степень диссоциации (αдис) и константа диссоциации (Кдис) слабого электролита количественно связаны между собой. Выведем уравнение этой связи на примере слабой одноосновной кислоты типа НАn.
Из уравнения НАn Û Н+ + Аn- видно, что из одной молекулы кислоты в растворе в результате диссоциации появляется один катион (Н+) и один анион (Аn-). Зная, какая часть электролита в растворе продиссоциировала, можно рассчитать концентрацию ионов в растворе. Пусть концентрация кислоты в растворе равна См (моль/ л), степень диссоциации кислоты в этом растворе - αдис, тогда:
Концентрация кислоты, которая продиссоциировала - См дис(НАn) = aдис См (НАn)
Концентрация ионов в растворе - См (Н+) = См дис(НАn) = a См (моль/л),
См (Аn-) = См дис(НАn) = aдис См дис (моль/л).
Часть концентрация кислоты, которая не продиссоциировала и находится в растворе в молекулярной форме:
См(мол) = См (НАn) - См дис(НАn) = См (НАn) - aдис См (НАn) = (1-aдис) См.
Тогда запишем выражение для Крав с учетом сделанных вычислений:
Клис = Cм(Н+)*См(An-) = (aдис См) *(aдис См) = (aдис)2 (См ) 2 = (aдис)2 См
См (мол) (1-aдис) См (1-aдис) См (1-aдис)
Для слабых электролитов aдис << 1, поэтому уравнение для Кдис можно упростить:
Клис = aдис2 См
Это выражение носит название закона разбавления Оствальда и определяет зависимость aдис от концентрации слабого электролита в растворе: aдис = (Клис / См(HAn))1/2.
Из уравнения видно, при уменьшении концентрации слабого электролита в растворе, степень диссоциации его увеличивается. Для многоосновных кислот по закону разбавления Оствальда степень диссоциации рассчитывается для каждой ступени отдельно.
Пример 1. Рассчитайте концентрацию ионов водорода в 0.01 М растворе сернистой кислоты.
Решение. Напишем уравнение диссоциации кислоты по ступеням и выпишем Кдис из справочника
H2SO3 Û H+ + HSO3- Кдис1 = 10-2 HSO3- Û H+ + SO32- Кдис2 = 10-8
Рассчитаем по закону Оствальда степень диссоциации по первой ступ ени aдис1 и по второй - aдис2
aдис1 = (10-2 / 0,01) ½ = 1 (100%); aдис2 = (10-8 / 0,01) ½ = 0,001 (0,1%).
Результаты расчета показали, что концентрация ионов водорода в растворе по первой ступени диссоциации в 1000 раз больше, чем по второй. Очевидно, что концентрацией ионов водорода по второй ступени диссоциации можно пренебречь.
Пример 2 Рассчитайте кажущуюся степень диссоциации хлорида алюминия в 0,4 М растворе этой соли, если концентрация иона хлора равна 0,99 моль/л.
Решение. Напишем уравнение диссоциации соли AICI3 Û AI3+ + 3CI-. Из уравнения видно, что при диссоциации одной молекулы соли в растворе появляется один катион AI3+ и три аниона хлора CI-. Очевидно, что
[CI-] = aдис 3 *CM, а [AI3+] = aдис CM.
Используя условия задачи, находим
aдис = [CI-] / 3 CM = 0,99 / 3 0,4 = 0,825 (82,5 %).
Константы диссоциации слабых электролитов при 25 0С
НАЗВАНИЕ ФОРМУЛА | К1 | К2 | К3 | Кобщ |
АЗОТИСТАЯ HNO2 | 10-4 | |||
АЛЮМИНИЕВАЯ (МЕТА) HAIO2 | 4 10-13 | |||
БОРНАЯ Н3BO3 | 5 10-10 | 2 10-13 | 1 10-14 | |
ВОДА H2O | 1,8 10-16 | КW = 10-14 | ||
ГИДРОКСИД АММОНИЯ NH4OH | 1,8 10-5 | |||
ИОДНАЯ HIO4 | 2,4 10-2 | |||
ИОДНОВАТАЯ HIO3 | 1,7 10-1 | |||
ИОДНОВАТИСТАЯ HIO | 2,3 10-1 | |||
КРЕМНЕВАЯ H2SiO3 | 1,3 10-10 | 1,8 10-12 | ||
МАРГАНЦОВИСТАЯ H2MnO4 | 1 10-1 | 7,1 10-11 | ||
МЫШЬЯКОВАЯ H3AsO4 | 5,6 10-3 | 1,7 10-7 | 1 10-11 | 1 10-20 |
МЫШЬЯКОВИСТАЯ H3AsO3 | 5,9 10-10 | |||
РОДАНИСТОВОДОРОДНАЯ HCNS | 10-10 | |||
СЕЛЕНИСТАЯ H2SeO3 | 1,8 10-3 | 3,2 10-9 | ||
СЕЛЕНОВОДОРОДНАЯ H2Se | 1,3 10-4 | 10-11 | ||
СЕРНИСТАЯ H2SO3 | 1,4 10-2 | 6,2 10-8 | ||
СЕРОВОДОРОДНАЯ H2S | 10-7 | 2,5 10-13 | ||
ТЕЛЛУРОВАЯ H2TeO4 | 4 10-8 | 1,1 10-11 | ||
ТЕЛЛУРИСТАЯ H2TeO3 | 2,7 10-3 | 1,6 10-8 | ||
ТЕЛЛУРОВОДОРОДНАЯ H2Te | 2,3 10-3 | 6,9 10-13 | ||
ТИОСЕРНАЯ H2S2O3 | 2,5 10-7 | 1,9 10-12 | ||
УГОЛЬНАЯ H2CO3 | 4,5 10-7 | 4,8 10-11 | ||
УКСУСНАЯ CH3COOH | 2,3 10-5 | |||
ФОСФОРИСТАЯ-ОРТО H3PO3 | 3,1 10-2 | 1,6 10-7 | 2,9 10-12 | |
ФОСФОРНАЯ-ОРТО H3PO4 | 7,1 10-3 | 6,2 10-8 | 5,0 10-13 | |
ФТОРИСТОВОДОРОДНАЯ HF | 6,2 10-4 | |||
ХЛОРИСТАЯ HCIO2 | 1,1 10-2 | |||
ХЛОРНОВАТАЯ HCIO3 | 103 | |||
ХЛОРНОВАТИСТАЯ HCIO | 10-8 | |||
ХРОМОВАЯ H2CrO4 | 1,6 10-1 | 3,2 10-7 | ||
ЦИАНИСТОВОДОРОДНАЯ HCN | 5 10-10 |
|
|