В В Приседський, В М Виноградов, О І Волкова - Курс загальної хімії у прикладах - страница 28

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67 

вип          в ип    кип      вип'

AH * AS

in(1 - N2) =------- вип ^вип. (12.19)

 

 

При кипінні чистого розчинника (N2 = 0)

Ah AS

in1 =                  . (12.20)

 

Віднімаючи рівняння (12.19) з рівняння (12.20) і враховуючи, що при малих N2 in(1 - N2) » -N2, отримаємо

 

- in(1 - N 2)» N 2 = AHR^ (T4-

 

1      1      Т   - T* AT

/__________ \ _     кип__ кип______ кип

T *     Т             T     T *        T *2

кип      кип         кип      кип кип

AH* AT

N __         кип '

2    R С

 

де АТкип = Ткип - Тк*ип =      - підвищення температури кипіння розчину в

порівнянні з чистим розчинником. Звідси отримуємо

RT *2

At   = (         —) ^ N

вип

Перейдемо до моляльної концентрації розчиненої речовини:

г   = N2 ■Ю3 m 2   M1 N1 '

 

Оскільки в розведених розчинах N1 » 1, то N2 » МГС„^10-3. ОтжеAT


г *

v     АН"

V вип


С m 2іK e


(12.21)Аналогічним чином можна показати, що кріоскопічна константа розчинника в наближенні розведеного ідеального розчину дорівнюєV

 

K к


fRT2M. -10 -3Л

пл 1

ая;


(12.22)Приклад 12.11. Розрахуйте кріоскопічну константу води, знаючи, що теплота плавлення льоду складає 334 Дж/г.

Розв'язання. Для розрахунку величини Кк(Н2О) використовуємо рівняння (12.22). Розраховуємо необхідну для підстановки в рівняння (12.22) величину молярної теплоти плавлення води:

 

Аяп = (334 Дж/г) - (18 г/моль) = 6010 Дж/моль = 6,01 кДж/моль ,

Гп*л = 0 + 273 = 273 К; М1 = 18 г/моль. Підставляємо ці величини в рівняння (12.22) і обчислюємо

2О) = 8,31 - 2732-183-10-3 = 1,86 К - кг/моль. к 6,01-103

 

Контрольне питання. Розрахуйте в наближенні ідеального розчину ебуліоскопічну константу бензолу С6Н6 за наступними експериментальними даними: точка кипіння бензолу 80,1°С; теплота випаровування бензолу АЯвоип = 30,8 кДж/моль.

 

 

 

 

 

13. ЕЛЕКТРОЛІТИЧНА ДИСОЦІАЦІЯ

 

Основні поняття: електролітична дисоціація, дійсні і уявні ступені дисоціації (а), слабкі і сильні електроліти, константа дисоціації (КД), закон розведення, іонні рівноваги у розчинах, концентрація іонів (Сі), активність іонів (а), коефіцієнт активності (у).

Перелік умінь: складати рівняння дисоціації електролітів; обчислювати концентрацію іонів в розчині, ступінь і константу дисоціації, ізотонічний коефіцієнт.Електролітами називаються речовини, які в розчиненому або розплавленому стані проводять електричний струм. Перенесення електричного заряду в розплавах і розчинах здійснюється іонами, тому електроліти на відміну від електронних провідників (провідників першого роду, таких як метали) є іонними провідниками (провідниками другого роду). Висока іонна провідність можлива і в твердому стані, проте такі речовини -тверді електроліти - в нашому курсі не розглядаються. Електролітами є солі, кислоти і основи.

Електролітичною дисоціацією називається самочинний процес розкладу речовини в розчині або в розплаві на іони. Механізм цього процесу пояснюється теорією електролітичної дисоціації, основні ідеї якої вперше сформульовані С.Арреніусом (1887) і отримали подальший розвиток в працях І.А.Каблукова (1891) і багатьох інших учених.

Дисоціюють головним чином речовини з іонним або ковалентним полярним зв'язком. Електролітична дисоціація в розчинах перебігає під дією полярних молекул розчинника.

У речовинах з іонним зв'язком (у солях, лугах) вже є готові іони. Тому під дією полярних молекул розчинника відбувається розрив іонного зв'язку і перехід іонів в розчин (дисоціація), що можна представити такою схемою:

 

дисоціація ^
(+Х-) + хРШ 4 ---------------- ► (+)-тН2О + ( -(x - ш)Н2О

асоціація

Якщо ж розчиняти електроліт, що складається з полярних молекул, то спочатку під дією розчинника відбувається поляризація хімічного зв'язку, що приводить до утворення іонів, а потім дисоціація, що можна представити такою схемою:

____  іонізація     /--v^n,                                    дисоціація і^

(+Э + хНО 4                         > ОО + *НО «                             ► ©ш^О +0 -(x - ш)Я2О

асоціація

Чим більше полярність молекул розчинника, яка може бути охарактеризована його діелектричною проникністю (є), тим легше перебігає процес електролітичної дисоціації. З рідких розчинників найбільшу полярність мають молекули води ( є = 81).

Зверніть увагу на те, що в розчинах електролітів іони знаходяться не у вільному стані, а сполучені з певною кількістю молекул розчинника, утворюючі сольвати (гідрати - якщо розчинником є вода).Кількість молекул розчинника в сольватній (гідратній) оболонці іонів змінюється залежно від природи іона, температури і концентрації розчину. Наприклад, іон водню з'єднується з однією молекулою води, утворюючи іон

гідроксонію: Н+ + Н2Ог±Н3О+, а катіон Na+ може приєднувати шість і більше молекул води.

Сольватні (гідратні) оболонки екранують електричні заряди іонів і протидіють об'єднанню протилежно заряджених іонів в молекули - асоціації іонів.

При написанні рівнянь дисоціації зазвичай іони записують без молекул розчинника, наприклад:

НС1 ® Н+ + СІ-.

 

Контрольне питання. Чому розчин оцтової кислоти у воді = 81 при 20°С) проводить електричний струм, а її розчин в бензолі = 2,23 при 20°С)

 

- не проводить? Для відповіді можна використати закон Кулона (F = ——^-).

є-r

Кількісно електролітична дисоціація може бути охарактеризована ступенем дисоціації а, яка показує частку розчинених молекул, що розпалися на іони. Ступінь дисоціації може мати значення від 0 до 1 (від 0 до 100%). Залежно від величини а всі електроліти поділяються на сильні і слабкі.

Сильні електроліти дисоціюють практично повністю. До них відносяться всі солі (окрім деяких солей ртуті), гідроксиди лужних, лужноземельних і деяких інших (Tl, La) металів, сильні кислоти (наприклад, НС1, НЖ)з, ^S04, HCIO4).

Слабкими є електроліти, у яких а <<1. До слабких електролітів відносяться Н2О, Н2СО3, Ц£О3, H2S, HCN, СН3СООН і багато інших органічних кислот, Мі4ОН, а також гідроксиди більшості металів, окрім перерахованих вище.

В більшості випадків електролітична дисоціація є ендотермічним процесом. Тому відповідно до принципу Ле Шательє з підвищенням температури ступінь дисоціації а зростає.

Оскільки електролітична дисоціація є оборотним процесом, який можна виразити схемою:

АВ + ПН2О т± A+(H20)x + В-((Н20)и.хто розбавлення розчину водою сприятиме зсуву рівноваги управо, тобто сприяє підвищенню ступеня дисоціації електроліту АВ.

При складанні рівняння дисоціації сильних електролітів замість знаку рівності можна писати одну стрілку, направлену вправо, наприклад:

НЖ)3 ® Н+ + N03-

КС1 ® К+ + С1-

Оборотність процесу дисоціації слабких електролітів необхідно відображати при складанні рівнянь дисоціації, наприклад:

 

H20 Н+ + ОН-

 

Мі4ОН NН4+ + ОН-

Дисоціація слабких багатоосновних кислот і багатокислотних основ перебігає за стадіями (ступінчаста дисоціація), наприклад:

 

Н2СО3 ^ Н+ + НСО3-

 

НСО3-^ Н+ + СО32-

або

Mg(0H)2 +± Mg0H+ + 0H-

 

Mg0H+ +± Mg2+ + 0H-

Зверніть увагу, що кислі і основні солі, що утворені від слабких кислот або слабких основ, спочатку дисоціюють як сильні електроліти, а потім кислотні або основні залишки, що утворилися, дисоціюють як слабкі електроліти, наприклад:

Mg(НСОз)2 ® Mg2+ + 2НСО3-НСО3-^ Н+ + СО32-

або

(Mg0H)2S04 ® 2Mg0H+ + S042-

 

Mg0H+ +± Mg2+ + 0H-

Приклад 13.1. Складіть рівняння дисоціації наступних електролітів: H2S, (Cu0H)2S04, Ва(НСО3)2, K2S04.Розв'язання. а) Так як розчин H2S у воді є слабкою двоосновною кислотою, то її дисоціація перебігає ступінчасто:

 

H2S +± Н+ + HS-

 

HS-^ Н+ + S2-

б)   (Cu0H)2S04 - основна сіль, що утворена слабкою основою. Вона
спочатку дисоціює як сильний електроліт:

(Cu0H)2S04 ® 2Cu0H+ + S042-а далі дисоціює слабкий електроліт СиОН+:

 

СиОН+ +± Cu2+ + 0H-

в)   Ва(НСО3)2 - кисла сіль слабкої вугільної кислоти. Вона також
спочатку дисоціює як сильний електроліт:

Ва(НСО3)2 ® Ва2+ + 2НСО3-Потім дисоціює слабкий електроліт НСО3-:

 

НСО3-^ Н+ + СО32-

г)   K2S04 - нормальна сіль сильної кислоти і сильної основи,
дисоціюватиме в одну стадію:

K2S04 ® 2К+ + S042-.

Як випливає із стехіометрії процесу дисоціації, концентрація іонів в розчині (Сі) дорівнює добутку молярної концентрації електроліту (СМ) на ступінь дисоціації (а) і на число іонів даного виду (v), що утворюються з однієї молекули електроліту

Сі = См а v. (13.1)

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67 


Похожие статьи

В В Приседський, В М Виноградов, О І Волкова - Курс загальної хімії у прикладах