Слайд 1
Основные положения теории растворов электролитов, используемых в аналитической химии
Слайд 3
Электролиты – вещества, водные растворы которых проводят электрический ток
Неэлектролиты –
вещества, водные раство-ры которых не проводят электрический ток
Слайд 4
В 1887 году Аррениус предложил теорию электролитической диссоциации
Слайд 6
Суть теории: все электролиты при раство-рении в воде распадаются на
ионы, создавая электропроводящую среду
NaCl Na+ + Cl–
Al2(SO4)3 2Al3+
+ 3SO42–
Слайд 7Количественно диссоциация электролита в растворе характеризуется степенью диссоцииации
Nдисс Cдисс
= ———— = ————
Nобщ Cобщ
Выражается в долях единицы или
процентах
Nдисс = 95, Nобщ = 100 = 0,95 или 95%
Слайд 8Классификация электролитов
< 3% – слабые электролиты
3% <
30% – электролиты средней силы
> 30% – сильные электролиты
Слайд 9Сильные электролиты
Неорганические кислоты: HNO3, HBr, HI, HCl, H2SO4(по первой ступени)
и др.
2. Гидроксиды щелочных и щелочно-земель-ных металлов: NaOH, KOH, Ca(OH)2,
Ba(OH)2, Sr(OH)2
3. Большинство солей: CaCl2, NH4Cl, Na3PO4, CH3COONa и т.д.
Слайд 10Слабые электролиты
Неорганические кислоты: H2S, H3PO4, H2SO4(по второй ступени), H2CO3 и
др.
2. Большинство органических кислот: янтарная, уксусная, щавелевая и др.
3.
Аммиак и большинство органических
оснований: пиридин, N2H4, NH2OH, (CH3)2NH и др.
Слайд 11
Общая (истинная) и активная
концентрация ионов в растворе
Слайд 12Общая концентрация ионов в растворе определяется молярной концентрацией растворенного электролита
Na2SO4
2Na+ + SO42–
0,02 м/л 0,04 м/л 0,02 м/л
K4[Fe(CN)6] 4K+ + [Fe(CN)6]4–
0,005 м/л 0,02 м/л 0,005 м/л
Слайд 13Активная концентрация (активность)– это концентрация свободных, не связанных в ассоциаты
ионов
Слайд 14
aA = fA·[A]
aA – активная концентрация вещества A
fA – коэффициент
активности
A – общая концентрация вещества A
Слайд 15Коэффициент активности зависит от ионной силы раствора и заряда иона
I
= ½ Сi · zi2
При вычислении ионной силы раствора
учитываются концентрации и заряды всех ионов, находящихся в растворе (ионами слабых электролитов пренебрегают)
Слайд 16Задача 1. Рассчитайте ионную силу раствора, содержащего 0,01 М CaCl2,
0,02 M HCl и 0,025 M уксусной кислоты.
Решение:
Какие электролиты сильные,
какие электро-литы слабые.
2. Проверить концентрацию сильных электро-литов.
3. Найти концентрацию каждого иона и ион-ную силу раствора.
2Cl–
0,01 M
0,01 M 0,02 M
HCl H+ + Cl–
0,02 M 0,02 M 0,02 M
C(Ca2+) = 0,01 M
C(H+) = 0,02 M
C(Cl–) = 0,04 M
Слайд 18
I = ½ Сi · zi2
I = ½ (0,01
· 22 + 0,02 · 12 + 0,04 ·
12 ) =
= 0,05 (моль/л)
Ответ: 0,05 моль/л
Слайд 19
Задача 2. Смешали равные объемы 0,02 М раствора серной кислоты
и 0,01 М раствора щавелевой кислоты. Рассчитайте ионную силу полученного
раствора.
Слайд 20
C1 · V1 = C2 · V2
C1 · V1
C2 = –––––––––
V2
0,02 ·
X
C2 = –––––––– = 0,01 (M)
2X
Слайд 21H2SO4 H+ + HSO4–
0,01 M
0,01 M 0,01 M
I = ½ Сi · zi2
I = ½(0,01 · 12 + 0,01 · 12) = 0,01 (M)
Ионная сила растворов сильных электро-литов, состоящих только из однозаряд-ных ионов, равна их общей молярной концентрации
Слайд 22
Расчет коэффициента активности
1. Расчетный путь
2. Используя справочные данные
Слайд 23Водные растворы
t = 25 оС
I = 0,01 0,2
М
Уравнение Дебая Хюккеля:
I
lg fi = 0,509 · zi2 · –––––––––––
1+ I
Слайд 24
I < 0,01 M
lg fi = 0,509 · zi2
· I
Слайд 25
Правило ионной силы
(выведено эмпирически Льюисом и Рендаллом)
В разбавленном растворе с
данной ионной силой все ионы с одинаковым зарядом по абсолют-ной
величине имеют один и тот же коэффи-циент активности
Слайд 27
Задача 3. Рассчитать (по справочнику) коэффициент активности иона
калия для ионной силы 0,015 моль/л.
I
f
0,01 – 0,899
0,025 – 0,850
——— ———
I ' = - 0,015 f ' = 0,049
0,01 – 0,899
0,015 – x
——— ———
I " = - 0,005 f " = 0,899 –x
I '
f '
——— = ———
I " f "
- 0,015 0,049
——— = ———
- 0,005 0,899 –x
(- 0,005) · 0,049
X =
0,899 — —————— = 0,883
(- 0,015)
I = 0,015 моль/л f (K+) = 0,883
Ответ: f (K+) = 0,883
Слайд 32 Чем меньше ионная сила раствора, тем больше коэффициент активности
Для сильно
разбавленных растворов
(I < 0,0001 M)
f 1
Тогда aA = [A]
Слайд 33Задача 4.
0,3264 г хлорида цинка растворили в
300 мл воды. Рассчитайте активность ионов в растворе.
m 0,3264
С(ZnCl2) = ———— = ———— = 0,008 M
M · V(л) 136 · 0,3
Zn2+ + 2Cl–
0,008 0,008 0,016
I = ½(0,008 · 22 + 0,016 · 12) = 0,024 (M)
0,024
lg f(Zn2+) = 0,509 · 22 · ––––––––––– =
1+ 0,024
= 0,2731
f(Zn2+) = 0,533
0,024
lg f(Cl–) = 0,509 ·
12 · ––––––––––– =
1+ 0,024
= 0,0683
f(Cl–) = 0,854
a(Zn2+) = 0,533 · 0,008 = 0,004 (моль/л)
a(Cl–) = 0,854 · 0,016 = 0,014 (моль/л)
Ответ: 0,004 моль/л; 0,014 моль/л.