Степень диссоциации и константа диссоциации слабых электролитов

Слабые электролиты при растворении в воде распадаются на ионы частично, так как процесс диссоциации является обратимым и характеризуется константой равновесия. Для электролита, дающего при диссоциации одной молекулы два иона по уравнению KА Û K⁺ + Аˉ, константа химического равновесия равна

K =,

где [ K⁺ ], [ Аˉ ], [ KА ] – равновесные концентрации соответственно катиона, аниона и недиссоциированных молекул, моль/дм³. Константа равновесия в этом случае называется константой диссоциации K _дис . K _дис характеризует способность электролита распадаться на ионы. Она не зависит от концентраций электролита и ионов, а зависит от природы электролита и температуры.

Между K _диси степенью диссоциации aсуществует количественная зависимость (закон разбавления Оствальда):

K _дис =,

где С _М – исходная молярная концентрация, моль/дм³.

Для растворов очень слабых электролитов a<< 1 и (1 – a)» 1, формула упрощается:

K _дис = a² С _М .

Отсюда

a = или С _М =.

Из закона разбавления следует, что при понижении концентрации раствора степень диссоциации слабого электролита увеличивается. Если обозначить концентрацию иона [ион], то получим

[ион] = a C _М ,

следовательно,

[ион] = или [ион] =.

Для слабых электролитов, при диссоциации одной молекулы которых образуется более двух ионов, данный процесс протекает ступенчато. Например, для ортофосфорной кислоты:

Н₃РО₄ Û Н⁺ + Н₂РО, K _{дис 1} = 7,1×10^-3, a₁ = 27 % – для I ступени;

Н₂РОÛ Н⁺ + НРО, K _{дис 2} = 6,2×10^-8, a₂ = 0,15 % – для II ступени;

НРОÛ Н⁺ + РО, K _{дис 3} = 5,0×10^-13, a₃ = 0,005 % – для III ступени.

Константа диссоциации суммарного процесса равна произведению констант диссоциации по всем ступеням:

Н₃РО₄ Û 3Н⁺ + РО, K _дис = K _{дис 1} × K _{дис 2} × K _{дис 3} = 2,2 × 10^-22.

Значения констант диссоциации некоторых слабых электролитов приведены в табл. 3 приложения.

Пример 1. Вычислить степень диссоциации в 0,2 М растворе муравьиной кислоты, если K _дис= 2,1×10^-4.

Р е ш е н и е

По закону разбавления Оствальда a === 3,24×10^-2 =
= 3,24 %.

Пример 2. Какова концентрация водородных ионов в 0,1 М растворе германиевой кислоты Н₂GeO₃, если константа диссоциации кислоты по первой ступени равна 2,6 × 10^-9?

Р е ш е н и е

[Н⁺] = = = 1,61×10^-5 моль/дм³.

Пример 3. Вычислить концентрацию ионов ОН ˉ в растворе, содержащем смесь NH₄OH (С _{М, 1} = 0,2 M) и NH₄Сl (С _{М, 2} = 1 M), если K _дис NH₄OH равна 1,8×10^-4.

Р е ш е н и е

Концентрация ионов ОН ˉ определяется уравнением диссоциации

NH₄OH Û NH₄⁺ + OH ˉ .

Из выражения для константы диссоциации K _дис = можно получить [ОН ˉ] =.

[NH₄⁺] = С _{М, 2} = 1 моль/л, так как NH₄Сl – сильный электролит и практически полностью диссоциирует на ионы, а концентрацией, полученной за счет диссоциации слабого электролита NH₄OH, можно пренебречь. Тогда

[ОН ^–] = = 3,6×10^-6 моль/дм³.