Теория растворов сильных электролитов

ТЕОРИЯ РАСТВОРОВ СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

 Процесс электролитической диссоциации сильного элек­тролита, в отличие от диссоциации слабого электролита, практически необратим, и его нель­зя охарактеризовать константой диссоциации. Так ионы в сильных электролитах диссоциированы практически нацело, то возрастает роль межионного взаимодействия, которое количественно характеризуется его активностью a(X) и ко­эффициентом активности f_a.

Активность иона a(X) - эффективная концентрация иона X, соответственно которой он участвует во взаи­модействиях, протекающих в растворах сильных элек­тролитов:

                         а(Х) =f_a ∙ c (Х),                                                       (1)

где с (Х) - концентрация иона Х в растворе,

f_a - коэффициент активности иона Х в растворе.

Коэффициент активности иона f_a показывает, во сколько раз активность иона отличается от его истин­ной концентрации в растворе сильного электролита. Значение коэффициента активности иона зависит от: 1) кон­центрации этого иона (сначала уменьшается, а затем растет с ростом концентрации); 2) температуры (увеличивается с ростом температуры); 3) концентрации других ионов (влияет общая концентрация всех ионов в растворе).

Г. Льюис(1907)ввел понятие ионной силы раствора электролита.

Ионная сила раствора I - величина, характеризующая интенсивность электростатического поля всех ионов в растворе, которая равна полусумме произведений мо­лярной концентрации (с) каждого иона на квадрат его заряда:

                            I = ,                                        (2)

где q₁, q₂, q₃, ... , q_n - заряды всех ионов, находящихся в растворе,

  c ₁, c ₂, c ₃, ... , c _n – молярные концентрации ионов.        

В очень разбавленных растворах зависимость между коэф­фициентом активности иона f_a, зарядом этого иона q₁и ионной силой I описывается уравнением Дебая — Хюккеля:

                                         lg f_a(Z₁) =                                                    (3)

 

Примеры решения задач

Пример 1.

Вычислите ионную силу водного раствора, содержащего 0, 05 М раствор Ba(NO₃)₂ и 0, 01 М раствор Al₂(SO₄)₃.

Решение:

1) Рассмотрим диссоциацию солей в водном растворе:

   Ba(NO₃)₂ → Ba²⁺ + 2NO₃^-

   Al₂(SO₄)₃ → 2Al³⁺ + 3SO₄^2-

2) Определим молярную концентрацию образующихся ионов:

С(Ba²⁺) = 0, 05 моль/л; С(NO₃^-) = 0, 05 ∙ 2 = 0, 1 моль/л;

С(Al³⁺) = 0, 01 ∙ 2 =0, 02 моль/л; С(SO₄^2-) = 0, 01 ∙ 3 =0, 03 моль/л

3) Рассчитаем ионную силу раствора по формуле:

             I = 1/2(c₁∙ q₁² + c₂∙ q₂² + …)

I = 1/2(0, 05∙ 2² + 0, 1∙ 1² + 0, 02∙ 3² + 0, 03∙ 2²) = 0, 3 моль/л

Ответ: 0, 3 моль/л.

 

Пример 2.

Вычислите степень диссоциации карбоната натрия, имеющего изотонический коэффициент i = 2, 8.

Решение:

1) По формуле α = i – 1 / n – 1 рассчитаем степень диссоциации Na₂CO₃, где n – число ионов, образующихся в растворе.

Na₂CO₃ → 2Na⁺ + CO₃^2-, n = 3.  

        α = 2, 8 – 1 / 3 – 1 = 0, 9                         

Ответ: 0, 9.

 

Задачи для самостоятельного решения

1. Вычислите ионную силу 0, 05 М раствора СаCl₂. Какова должна быть молярная концентрация раствора NaCl, чтобы он имел такую же ионную силу?

2. Ионная сила водного раствора KCl равна 0, 2 моль/л. Какова его молярная концентрация? Какова концентрация раствора BaCl₂ той же ионной силы?

3. Вычислите ионную силу 0, 02 М раствора Al₂(SO₄)₃. Каким он будет по отношению к плазме крови (изо-, гипо- или гипертоническим)?                       

4. Вычислите ионную силу 0, 5 М раствора MgCl₂. Какова должна быть молярная концентрация раствора KNO₃, чтобы он имел такую же ионную силу?

5. Рассчитайте ионную силу раствора «Трисоль», применяемого в медицинской практике в качестве плазмозамещающего раствора, учитывая его состав:

натрия хлорид – 0, 085 моль/л;

калия хлорид – 0, 013 моль/л;

натрия гидрокарбонат – 0, 048 моль/л.    

6. Сопоставьте ионные силы двух растворов при одинаковой молярной концентрации: раствора AgNO₃ и раствора Al₂(SO₄)₃. Для какого раствора ионная сила больше, во сколько раз?           

7. Рассчитайте ионную силу раствора «Рингера-Локка», применяемого в медицинской практике в качестве плазмозамещающего раствора, учитывая его состав:        натрия хлорид – 0, 9 г

калия хлорид – 0, 02 г

кальция хлорид -0, 02 г

натрия гидрокарбонат – 0, 02 г

глюкоза – 0, 1 г

вода для инъекций – до 100 мл         

Вычислите активность иона натрия в этом растворе, если коэффициент активности равен 0, 72.                       

8. Рассчитайте активность 0, 05 М раствора HCl, если коэффициент активности равен 0, 830.   

9. Вычислите изотонический коэффициент серной кислоты, имеющей степень диссоциации α = 0, 8.   

10. Водный раствор сульфата меди с массовой долей 1% назначают в малых дозах для улучшения кроветворной функции. Вычислите активность ионов меди в таком растворе, если коэффициент активности равен 0, 28; ρ = 1, 009 г/мл.  

11. Водный раствор сульфата цинка с массовой долей 0, 25% применяется в качестве глазных капель как антисептическое и вяжущее средство. Рассчитайте активность иона цинка в таком растворе, если коэффициент активности равен 0, 41; ρ = 1 г/мл.    

12. Вычислите степень диссоциации дихлоруксусной кислоты, имеющей изотонический коэффициент i = 1, 75.   

13. Вычислите степень диссоциации серной кислоты, если изотонический коэффициент i = 2, 61.   

 

⇐ Предыдущая18192021222324252627Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: