Механизм электролитической диссоциации

Лекция №3 «Растворимость веществ.

 Теория электролитической диссоциации С.Аррениуса».

Теоретические вопросы:

1.Что такое концентрация? Какие способы выражения концентрации раствора вы знаете?

Концентрация показывает, какая масса вещества (в граммах) или его количество (в молях) содержится в 1л раствора.

2.Какой еще способ выражения состава раствора вы знаете?

Массовая доля и массовый процент – это отношение массы растворенного вещества к массе раствора, в котором это вещество содержится. Выражается в долях единицы или в процентах.

Формулировка и мотивация темы.

На занятии узнаем о том, что такое растворимость, как она выражается; о том, что такое насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные растворы. А также ответим на вопрос: почему растворы одних веществ проводят электрический ток, а других – нет. Для этого нам необходимо рассмотреть теорию электролитической диссоциации.

Растворимость. Коэффициент растворимости.

Растворимость – способность вещества образовывать растворы. Эта способность определяется характером сил взаимодействия между молекулами растворителя и растворенного вещества. Понятие «растворимость» имеет качественный смысл (то есть можно говорить о том, в каком растворителе лучше, а в каком хуже растворяется данное вещество). Растворы с большим количеством растворенного вещества называют концентрированными, а с малым – разбавленными.

Количественной характеристикой растворимости вещества в данном растворителе при данной температуре является коэффициент растворимости. Он равен массе вещества, насыщающей при данных условиях 100г растворителя.

Коэффициент растворимости зависит от температуры:

Вещество	КР при t=20°С	КР при t=60°С
NaCl	36г/100г воды	29г/100г воды
KNO3	35г/100г воды	85г/100г воды
KBr	60г/100г воды	75г/100г воды
NaNO3	80г/100г воды	120г/100г воды

Растворимость веществ по-разному зависит от температуры (например, NaCl с повышением температуры растворяется хуже, а NaNO₃ гораздо лучше).

 Также растворимость можно выразить через концентрацию насыщенного раствора.

Задача 1.

КР (NaNO₃) при 20°С равен 80г/100г воды. Вычислить массовое содержание соли в ее насыщенном растворе при данной температуре.

Решение:  КР_20ºС (NaNO₃)= 80г/100г Н₂О.

1. Вычислим массу раствора: m(р-ра)==m (NaNO₃) + m (воды)=80+100=180г.

2. w(NaNO₃)= m(NaNO₃)*100/m(р-ра)= =80*100/180=44,4%.

Ответ: в насыщенном растворе NaNO₃ при 20°С содержится 44,4% соли.

 

По растворимости в воде вещества подразделяют на:

- растворимые (КР>1г/100г воды);

- малорастворимые (КР =0,1-11г/100г воды);

- нерастворимые (КО < 0,1г/100г воды).

 

Растворимость газов с увеличение температуры уменьшается.

Растворимость различных солей в воде отражена в таблице растворимости солей (приложение к учебнику И.Г.Хомченко «Общая химия», а также приложение 2 к данной МР)

 

Если в растворе при данной температуре можно растворить еще какое-то количество вещества (т.е. повысить его концентрацию), то такой раствор называется ненасыщенным.

Раствор, концентрацию которого при данной температуре повысить нельзя, называется насыщенным.

Также существуют пересыщенные растворы, которые содержат растворенного вещества больше, чем это следует из его растворимости. Пересыщенные растворы обычно получают путем охлаждения растворов, насыщенных при более высокой температуре. Пересыщенные растворы являются нестабильными – при внесении в них кристалликов («затравок») растворенного вещества начинается бурная кристаллизация и выделение из раствора избытка растворенного вещества. Эти затравки выполняют роль центров кристаллизации.

Водные электролиты и неэлектролиты.

Электролиты – вещества, которые при растворении в воде проводят электрический ток (кислоты, основания, соли).

Растворы неэлектролитов ток не проводят (сахар, спирты).

Теория электролитической диссоциации С.Аррениуса.

1. При растворении в воде молекулы электролитов диссоциируют (распадаются) на положительно и отрицательно заряженные ионы. Ионы могут быть простыми (Cu²⁺, Cl^-, S^2-) и сложными (SO₄^2-, MnO₄^2-). Этот процесс распада электролитов на ионы называется электролитической диссоциацией.

 

2. Диссоциация – обратимый процесс.

HCl ↔ H⁺+Cl^-

В системе устанавливается подвижное равновесие: скорость диссоциации равна скорости образования исходных молекул.

3. Ионы в растворе находятся в хаотичном движении. Если в раствор электролита опустить электроды, то ионы будут двигаться направленно: положительные – к отрицательному катоду (катионы H⁺, Cu²⁺, K⁺), отрицательные – к положительному аноду (анионы Cl^-, SO₄^2-).

Вывод: растворы электролитов проводят электрический ток за счет диссоциации растворенного вещества (электролита) на ионы. Вещества-неэлектролиты при растворении не диссоциируют на ионы, поэтому их растворы электрический ток не проводят.

Механизм электролитической диссоциации.

Молекулы воды полярны:

 

При растворении веществ ионного строения:

кристалл растворяемого гидратированные ионы
    вещества      

 

Молекулы воды электростатически взаимодействуют с ионами кристаллической решетки и отрывают их.

При растворении веществ молекулярного строения:

 

молекула растворенного             гидратированные ионы

вещества

 

Молекулы воды электростатически взаимодействуют с частями молекулы и разрывают ее на ионы.

Молярную концентрацию ионов (B^-) при растворении вещества А_KB_N можно найти по формуле:

с(B^-)=c(А_KB_N)*N,

где c(А_KB_N) – молярная концентрация вещества А_KB_N,

N – количество ионов B^-, которое образуется при диссоциации вещества А_KB_N.

Эта формула верна, если распались все молекулы электролита.

 

Часто молекулы диссоциируют неполностью. Количественной характеристикой диссоциации является степень диссоциации α. α=n_дисс/n_общ.

 Степень диссоциации равна отношению количества вещества электролита, распавшегося на ионы, к общему количеству электролита, введенному в раствор. Тогда предыдущая формула примет вид: с(B^-)=c(А_KB_N)*N*α

 

Задача: Концентрация хлорида алюминия в растворе AlCl₃ 0,002моль/л. Рассчитать концентрацию ионов Cl^- при α=1, при α=0,7.

Решение:

AlCl₃ ↔ Al³⁺+3Cl^-. с(Cl ^-)=c(AlCl₃)*N*α

с(Cl^-)=0.002*3*α₁=0,002*3*1=0,006моль/л.

 с(Cl^-)=0.002*3*α₂=0,002*3*0,7=0,0042моль/л.

 

Теоретические вопросы:

1.Что такое растворимость? Какова ее количественная характеристика?

2.Какой раствор считается насыщенным? ненасыщенным?

3.Как разделяют вещества по растворимости в воде?

4.Дайте определение понятию «электролиты». Приведите примеры веществ-электролитов и веществ-неэлектролитов.

5.Назовите основные положения теории растворимости Аррениуса.

6.Что такое «ионы», какими они бывают (по составу, заряду)?

7.Что такое «электролитическая диссоциация»?

8.Что такое обратимый процесс? Напишите уравнение диссоциации как обратимого процесса.

9.Что собой представляют ионная и молекулярная кристаллические решетки?

10.Опишите механизм диссоциации для веществ ионного и молекулярного строения.

11.Какова количественная характеристика неполной диссоциации? Объясните ее смысл.

12.По какой формуле можно вычислить молярную концентрацию иона, имея значения α и молярной концентрации растворенного вещества?

 

Практические задания

1. Сколько ионов К⁺ образуется при полной диссоциации молекулы K₂SO₄? Ответ: 2 иона.

2. Задача: Концентрация K₂SO₄ в растворе 0,03 моль/л. Вычислите молярную концентрацию ионов К⁺ при условии полной диссоциации.

Решение: K₂SO₄ ↔ 2К⁺ + SO₄^2-

                  с (К⁺) =c(K₂SO₄)*N*α

Если диссоциация проходит полностью, то α=1, значит: с (К⁺) =0,03*2*1=0,06моль/л.

Ответ: с (К⁺) =0,06моль/л.

 

Домашнее задание:

1. Задача: Вычислите массовое содержание KNO₃ при 20°С в насыщенном растворе (значение КР взять из таблицы).

 

2. Задача: Концентрация Са(ОН)₂ в растворе 0,01 моль/л. Вычислите концентрацию ионов ОН^- при α=0,7.