Работа 8. Свойство водных растворов электролитов.

Цель работы: ознакомится с электропроводностью растворов, ионными равновесиями в растворах электролитов.

Согласно теории электролитической диссоциации электролиты при растворении в воде распадаются (диссоциируют) на положительно и отрицательно заряженные ионы. Этот процесс можно выразить уравнением:

Как видно из уравнения, этот процесс равновесный, а следовательно, константа равновесия может быть выражена через равновесные концентрации:

Константа равновесия характеризует диссоциацию вещества в растворах и носит название константа диссоциации.

Величина зависит от природы электролита и растворителя, а также от температуры, но не зависит от концентрации раствора.

Константа диссоциации () является величиной, характеризующий способность электролита к диссоциации. Например:

Константа диссоциации уксусной и угольной кислоты соответственно равны:

Сравнивая значения этих констант, можно сказать, что у угольной кислоты способность к диссоциации на ионы меньше, чем у уксусной.

Степень диссоциации и константа диссоциациислабого электролита связанны между собой зависимостью (закона Оствальда):

где - разведение раствора, л/моль.

Все электролиты можно разделить на две группы: сильные и слабые электролиты. Сильные растворы в водных электролитах диссоциируют полностью. Слабые электролиты в водных растворах диссоциируют частично, и в растворе устанавливается динамическое равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами.

В растворах электролитов осуществляется межионное взаимодействие, обусловленное силами притяжения и отталкивания. Наиболее заметны межионные взаимодействия в растворах сильных электролитов. Для количественной характеристики межионных взаимодействий используется ионная сила раствора I (полусумма произведений концентраций всех ионов, присутствующих в растворе, на квадрат их заряда):

Зная ионную силу раствора I, можно найти коэффициент f, позволяющий определить некоторую величину А (активность), формально заменяющую концентрацию С при математических описаниях свойств растворов электролитов:

- коэффициент активности иона, который является функцией ионной силы раствора I и заряда иона .

Количественной характеристикой способности электролита проводить электрический ток является электрическая проводимость. Различают удельную и молярнуюэлектрическую проводимость.

Сильные электролиты диссоциируют в растворе полностью, но на границе малорастворимого сильного электролита с раствором ионы из осадка переходят в раствор и вновь возвращаются на поверхность твердого вещества, т.е. устанавливается равновесие между осадком и его ионами. Например: .

Растворение вещества происходит до тех пор, пока не установится равновесие между осадком и его ионами в растворе. В момент наступления равновесия раствор становится насыщенным. Количественно это равновесие можно охарактеризовать константой равновесия:

Так как концентрация твердой соли - величина постоянная, то, умножая величину константы равновесия на эту концентрацию, мы получаем новую константу: .

Таким образом, в насыщенном растворе малорастворимого электролита произведение концентраций ионов является величиной постоянной при данной температуре. Эта величина называется произведением растворимости :.

Зная величину произведения растворимостей, можно вычислить концентрацию труднорастворимого электролита в насыщенном растворе. Например:

откуда ионов. Здесь величину ПР, можно рассчитать, выпадет или нет данное вещество в осадок. Например, если 0,001 мольпоместить в 1л воды, то все это количество соли растворится, так как величинаменьше. Следовательно, этот раствор будет не насыщенным.

Водородный показатель среды рН.

Вода диссоциирует по уравнению

Путем измерения электропроводности было найдено, что концентрация ионов водорода в тщательно очищенной воде при равна 10^-7 моль/л.. Это характеризует воду как очень слабый электролит.

Константа диссоциации воды при 295 К равна 1.8*10^-16, а при той же температуре равна примерно 55,56 моль/л.

отсюда

Величина называется ионным произведением воды. В нейтральных растворахмоль/л (рН=7), в кислыхмоль/л (рН<7) в щелочахмоль/л (рН>7).

Вместо концентрации ионов водорода часто пользуются водородным показателем (рН), равному взятому с обратным знаком десятичному логарифму активности ионов водорода в этом растворе.

Наряду с показателем рН пользуются показателем рОН:

Исходя из значений ионного произведения воды при 295 К

Для приблизительного определения рН пользуются индикаторами, т.е. веществами, меняющими свою окраску в зависимости от щелочности или кислотности среды. Часто с этой целью применяют лакмус, фенолфталеин, метиловый оранжевый. Изменение окраски различных индикаторов происходит при вполне определенных для каждого из этих значений рН. Например, окраска метилового оранжевого от красной до желтой меняется в интервале рН от 3,1 до 4,4. Промежуток между двумя значениями рН, в котором изменяется окраска индикатора, называется интервалом индикатора.

Интервалы некоторых индикаторов.

Индикатор	Область перехода рН	Окраска в растворе
		Более кислом	Более щелочном
Малахитовый зеленый	0,1-2,0	Желтая	Голубовато-зеленый
Метиловый оранжевый	3,1-4,4	Красная	Желтая
О - нитрофенол	5,0-7,0	Бесцветная	Желтая
Лакмус	5,0-8,0	Красный	Синий
Фенолфталеин	8,2-10,0	Бесцветная	Малиновая
Малахитовый зеленый	11,2-13,2	Голубовато-зеленый	Бесцветная

Экспериментальная часть.

ОПЫТ 1. Электропроводность растворов.

Соберите прибор, состоящий из химических стаканов емкостью 250мл; эбонитовый крышки, снабженной двумя универсальными клеймами для закрепления электродов и присоединения проводов; амперметра, вольтметра и лабораторного автотрансформатора (ЛАТР). Электропитание подается из сети через лабораторный трансформатор:

а) сильные и слабые электролиты.

В четыре стакана емкостью 250 мл налейте по 150 мл 1М растворов: серной кислоты , уксусной кислоты, гидроксида калияи аммония (растворв воде).

Испытайте последовательно электропроводность этих растворов. Для этого в каждый из стаканов с раствором погрузите электроды, включит ток и запишите показания амперметра. Выключите ток и ополосните электроды дистиллированной водой. Сделайте вывод, какие из испытанные веществ относятся к сильным и какие к слабым электролитам?

б) изменение электропроводности при нейтрализации слабого основания слабой кислотой.

Испытайте электропроводность 25% раствора аммиака (см. опыт а). Слейте раствор аммиака в стакан и прибавляйте к нему понемногу (осторожно) концентрированную уксусную кислоту. Дайте раствору охладиться и снова испытайте его электропроводность. Чем объяснить большую электропроводность раствора?

ОПЫТ 2. Смещение ионного равновесия.

а) к 2М раствору уксусной кислоты прибавьте 2 капли индикатора метилоранжа. Отметьте окраску индикатора (интервал рН перехода окраски индикатор -3,1+4,4). Внесите в ту же пробирку несколько кристаллов ацетата аммония или ацетата натрия. В чем причина изменения окраски индикатора? Рассчитайте, как изменяется рН раствора при добавлении ацетата аммония.

б) к SM раствору гидроксида аммония прибавьте 2 капли индикатора - фенолфталеина. Какую окраску приобрел индикатор? (интервал рН перехода окраски фенолфталеина (8,3+10,0)). В ту же пробирку добавьте несколько кристаллов хлорида аммония. В чем причина изменения окраски индикатора? Рассчитайте, как изменяется рН раствора при добавлении хлорида - аммония.

ОПЫТ 3. Образование осадков и произведение растворимости.

В две пробирки налейте по 3-4 капли 0.005М раствора нитрата свинца. В одну из них прибавьте, такой же объем 0.05М раствора хлорида калия, в другую - такой же объем 0.05М раствора иодида калия. В какой из пробирок выпал осадок? Объясните полученный результат, используя значение произведений растворимости. Составьте уравнения реакций.

Контрольные вопросы и задачи.

1. Какие вещества называются электролитами?

2. Почему электролиты называются проводниками электрического тока 2 рода? Какие вещества являются проводниками 1 рода?

3. Что называется степенью диссоциации? Чему равна степень диссоциации.

4. Каким образом способность электролитов к диссоциации зависит г вида химической связи?

5. Напишите уравнение диссоциации ,,,,,.

6. Вычислите степень диссоциации гидроксида аммония в его деци-, санти- и миллимолярных растворах. Постройте график зависимости степени диссоциации от концентрации раствора.

7. Имеются, сантимолярные растворы соляной и уксусной кислоты объясните, в каком из них разница между значениями иболее заметна.

8. Что такое произведение растворимости? Чем объяснить, что реакции:

идут практически только в прямом направлении?

9. Как влияет на растворимость добавление в раствор карбоната натрия?

10. Зная, что произведение растворимости равно 2,3*10^-4, вычислить выпадет ли осадок соли при сливании 100 мл 0,001М с 100 мл 0.001М.

ИОННЫЕ РЕАКЦИИ ОБМЕНА В РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ.