 |
V. 3. Растворы электролитов и их свойства
|
|
|
|
V. 3. Растворы электролитов и их свойства
Типовые задачи и их решение
1. Температура кипения 3, 2%-ного раствора ВаСl2 равна 100, 208 оС. Вычислить кажущуюся степень диссоциации соли в растворе.
Решение. Согласно II-го закона Рауля для неэлектролитов:
Dtк ( теор. ) = ЭТ ∙ сm.
Определяем моляльность вещества сm.
По условию задачи w (ВаСl2) = 3, 2 %, следовательно:
3, 2г ВаСl2 содержится в 96, 8 г Н2О (100 – 3, 2)
m - « - 1000 г Н2О
m = 33 г/кг Н2О
208
где МВаСl2 = 208г/моль.
Эбулиоскопическая постоянная ЭТ (Н2О) = 0, 52.
Подставляем значения: Dtк (теор. ) = 0, 52 ∙ 0, 16 = 0, 082 оС
Dtк (опыт. ) = 100, 208 – 100 = 0, 208 оС
Определяем изотонический коэффициент:
Dtк (опыт. ) 0, 208
Dtк (теор. ) 0, 082
Вычисляем кажущуюся степень диссоциации:
i – 1
k – 1
k = 3, т. к. ВаСl2 → Ва2+ + 2Сl– ; (диссоциирует с образованием трех ионов).
Подставляем значения:
2, 54 – 1
3 – 1
т. е. ВаСl2 является сильным электролитом, т. к. α > 30%.
2. Раствор КIO3, в 500 см3 которого содержится 5, 35 г соли, оказывает при 17, 5 оС осмотическое давление, равное 221 кПа. Вычислить изотонический коэффициент и кажущуюся степень диссоциации соли в растворе.
R = = 8, 314 л∙ кПа/моль∙ К.
Решение.
π (опыт. )
π (теор. )
π (теор. ) = сВ∙ R∙ T, согласно закону Вант-Гоффа.
Определяем молярную концентрацию (сВ):
m КIO3 ∙ 1 5, 35 ∙ 1
|
|
|
M КIO3 ∙ Vp 214 ∙ 0, 5
где M КIO3 = 214 г/моль.
Определяем изотонический коэффициент:
π (опыт. ) 221
сВ ∙ R ∙ T 0, 05 ∙ 8, 314 ∙ (273 + 17, 5)
Кажущуюся степень диссоциации вычисляем, используя формулу:
i - 1
k - 1
KIO3 → К+ + IO3− ; k = 2 иона.
Подставляем значения:
1, 83 – 1
2 – 1
т. е. КIO3 является сильным электролитом.
3. Определить при 298 К давление насыщенного пара над раствором, содержащим 14, 0 г хлорида кальция в 400 см3, если давление насыщенного пара над водой при той же температуре равно 2, 34 кПа. Кажущаяся степень диссоциации хлорида кальция равна 0, 85.
Решение. Давление насыщенного пара над раствором определяем, исходя из формулы I-го закона Рауля для электролитов:
n CaCl2
n CaCl2 + n H2O
где n CaCl2 – количество вещества, моль;
n H2O – количество воды, моль.
Степень диссоциации равна:
i – 1
k – 1
откуда i = α ∙ (k – 1) + 1; k = 3 (иона), т. к. СаСl2 → Ca2+ + 2Cl − .
Подставляем значения и вычисляем изотонический коэффициент:
i = 0, 85 ∙ (3 – 1) + 1 = 2, 7.
n CaCl2 = m CaCl2 / M CaCl2 = 14, 0 / 111 = 0, 13 моль;
n H2O = m H2O / M H2O = 400 / 18 = 22, 2 моль,
где M CaCl2 = 111 г/моль; M H2O = 18 г/моль;
m H2O = V H2O ∙ ρ H2O = 400 ∙ 1 = 400 г, т. к. ρ H2O = 1 г/см3.
Подставляем значения и рассчитываем давление насыщенного пара над раствором:
0, 13
0, 13 + 22, 2
4. Вычислить степень диссоциации хлорноватистой кислоты и молярную концентрацию ионов водорода в 0, 05 М растворе.
Решение. НСlО – слабый электролит: НСlО ↔ Н+ + СlО− .
Следовательно, в соответствии с законом разбавления Оствальда, степень диссоциации определяем по формуле:
|
|
|
α = √ Кк / сВ,
где Кк – константа кислотности, определяющая полноту протекания протолиза слабой кислоты при данной температуре, моль/л;
сВ – молярная концентрация вещества, моль/л.
[Н3O+] ∙ [СlО− ]
[НСlО]
Подставляем значения:
α = √ 5, 0∙ 10–8 / 5, 0∙ 10–2 = 10–3.
Молярную концентрацию ионов водорода определяем по формуле:
с H+ = с НСlО ∙ α ∙ n H+ ,
где n H+ – число ионов водорода, образовавшихся при электролитической дис-социации (протолиз) одной молекулы кислоты. Для НСlО n H+ = 1.
с H+ = 5∙ 10–2 ∙ 10–3 ∙ 1 = 5∙ 10–5 моль/л.
5. Вычислить степень диссоциации и концентрацию гидроксид-ионов при протолизе гидроксида аммония в 0, 01 М растворе.
Решение. NH4OH ↔ NH4+ + OH – (слабый электролит),
[NH4+] ∙ [ОН–]
[NH4ОН]
α = √ 2, 0∙ 10–5 / 10–2 = 4, 48∙ 10–2.
с ОН- = с NH4ОН ∙ α ∙ n ОН- = 10–2 ∙ 4, 48 ∙ 10–2 ∙ 1 = 4, 48∙ 10–4 моль/л.
Контрольные задачи
1. Осмотическое давление 0, 1 М водного раствора FеSO4 при 0 оС равно 1, 7 атм. Чему равна кажущаяся степень электролитической диссоциации FeSO4 в этом растворе? R = 8, 314 л∙ кПа/моль∙ К.
2. Раствор, содержащий 3 моль свекловичного сахара в 1 л воды, изотоничен (имеет одинаковое осмотическое давление) с водным раствором нитрата калия KNO3 концентрации 1, 8 моль/л. Вычислить кажущуюся степень электролитической диссоциации KNO3 в указанном растворе.
3. Раствор, содержащий 0, 834 г Na2SO4 в 1 литре воды, замерзает при температуре –0, 028 оС. Вычислить кажущуюся степень электролитической диссоциации Na2SO4 в указанном растворе. Криокопическая постоянная для воды равна 1, 86.
4. Вычислить кажущуюся степень диссоциации NaCl в 2 М водном растворе, если осмотическое давление этого раствора при 0 оС равно 68, 1 атм.
R = 0, 082 атм∙ л/моль∙ К.
5. При растворении 10, 1 г KNO3 в 100 см3 воды температура замерзания понизилась на 3, 01 оС. Определить кажущуюся степень диссоциации KNO3 в полученном растворе. Криокопическая постоянная для воды равна 1, 86.
|
|
|
6. Раствор, содержащий 0, 265 г Na2CO3 в 100 см3 воды, замерзает при температуре –0, 13 оС. Вычислить кажущуюся степень диссоциации Na2CO3 в полученном растворе. Криокопическая постоянная для воды равна 1, 86.
7. Раствор, содержащий 12 г NaOH в 100 см3 воды, кипит при температуре 102, 65 оС. Определить кажущуюся степень диссоциации NaOH в этом растворе. Эбулиоскопическая постоянная для воды равна 0, 52.
8. При какой температуре будет замерзать раствор CaCl2, содержащий 20 г соли в 1 литре воды, если кажущаяся степень диссоциации CaCl2 в этом растворе равна 70%? Криокопическая постоянная для воды равна 1, 86.
9. При какой температуре будет замерзать одномоляльный водный раствор K2SO4, если кажущаяся степень диссоциации K2SO4 в этом растворе равна 48, 6%? Криокопическая постоянная для воды равна 1, 86.
10. При какой температуре будет замерзать одномоляльный водный раствор NaOH, если кажущаяся степень диссоциации NaOH в данном растворе равна 73%? Криокопическая постоянная для воды равна 1, 86.
11. Является ли сильным электролитом серная кислота, если ее водный раствор с массовой долей H2SO4 равной 25%, кипит при 102, 8 оС. Обосновать ответ, рассчитав степень диссоциации. Учесть, что H2SO4 в водном растворе диссоциирует: H2SO4 + H2O → HSO4– + H3О+. Эбулиоскопическая для воды равна 0, 52.
12. Эритроциты имеют осмотическое давление 6, 08 атм при температуре человеческого тела равной 36 оС. При потере человеком крови ему вводят физиологический раствор хлорида натрия. Можно ли вводить человеку водный раствор хлорида натрия с массовой долей NaCl, равной 0, 7%, плотностью 1 г/см3, полагая, что диссоциация соли полная (α = 1)?
R = 0, 082 атм∙ л/моль∙ К. Температуру раствора принять равной 36 оС.
13. Вычислить температуру замерзания водного раствора серной кислоты с массовой долей H2SO4, равной 25%. Кажущаяся степень диссоциации H2SO4 в этом растворе составляет 58%. Учесть, что H2SO4 в водном растворе диссоциирует: H2SO4 + H2O → HSO4– + H3O+. Криокопическая постоянная для воды равна 1, 86.
14. Вычислить осмотическое давление водного раствора, в 1 литре которого содержится 87, 1 г K2SO4 при 27 оC. Кажущаяся степень диссоциации соли в растворе равна 53%. R = 8, 314 л∙ кПа/моль∙ К.
|
|
|
15. Вычислить осмотическое давление водного раствора, в 200 см3 которого находится 5, 85 г NaCl, при 25 оС. Кажущаяся степень диссоциации соли в растворе равна 80%. R = 8, 314 л∙ кПа/моль∙ К.
16. Определить температуру замерзания раствора, если в 150 см3 воды растворено 11, 1 г CaCl2. Кажущаяся степень диссоциации соли в водном растворе составляет 75%. Криокопическая постоянная для воды равна 1, 86.
17. Рассчитать понижение давления насыщенного пара раствора KI, если в 180 см3 воды растворено 16, 6 г KI. Кажущаяся степень диссоциации соли в водном растворе равна 70%. Давление насыщенного пара над водой составляет 1, 82 кПа.
18. Кажущаяся степень диссоциации сульфата натрия в водном растворе с массовой долей Na2SO4, равной 10%, равна 0, 65. Вычислить температуру кипения данного раствора. Эбулиоскопическая постоянная для воды равна 0, 52.
19. Для 0, 1 моляльного водного раствора нитрата свинца Pb(NO3)2 изотонический коэффициент равен 2, 3. Вычислить кажущуюся степень диссоциации соли в растворе и изменение температуры кипения данного раствора. Эбулиоскопическая постоянная для воды равна 0, 52.
20. Каково давление пара раствора, содержащего 20 г NaCl в 450 см3 воды при 20 оС? Давление насыщенного водяного пара при данной температуре равно 2, 34 кПа. Кажущаяся степень диссоциации соли в растворе составляет 0, 65.
21. Вычислить степень диссоциации и концентрацию ионов водорода при протолизе сернистой кислоты по I-ой ступени в 0, 01 М растворе.
Кк1 Н2SO3 = 1, 6∙ 10–2 (25 оС).
22. Вычислить степень диссоциации и концентрацию ионов водорода при протолизе угольной кислоты по I-ой ступени в 0, 01 М растворе.
Кк1 Н2СO3 = 4, 45∙ 10–7 (25 оС).
23. Вычислить степень диссоциации и концентрацию ионов водорода при протолизе ортофосфорной кислоты по I-ой ступени в 0, 01 М растворе.
Кк1 Н3РO4 = 7, 5∙ 10–3 (25 оС).
24. Вычислить степень диссоциации и концентрацию ионов водорода при протолизе иодноватой кислоты в 0, 1 М растворе. Кк НIO3 = 1, 7∙ 10–1 (25 оС).
25. Вычислить степень диссоциации и концентрацию ионов водорода при протолизе сероводородной кислоты по I-ой ступени в 0, 01 М растворе. Кк1 Н2S = 6∙ 10–8 (25 оС).
26. Кажущаяся степень диссоциации гидроксида натрия в растворе равна 91%. Определить относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором с массовой долей NaOH, равной 30% при 298 К.
27. Определить температуру кипения водного раствора азотной кислоты с массовой долей НNO3, равной 36%. Кажущаяся степень диссоциации НNO3 равна 92%. Эбулиоскопическая постоянная для воды равна 0, 52.
|
|
|
28. Определить кажущуюся степень диссоциации нитрата аммония в водном растворе с массовой долей NH4NO3, равной 25%, если его темпе-ратура кипения составляет 102, 5 оС. Эбулиоскопическая постоянная для воды равна 0, 52.
29. Температура кипения водного раствора хлорида натрия с массовой долей NaCl, равной 25%, составляет 104, 6 оС. Рассчитать кажущуюся степень диссоциации соли в растворе. Эбулиоскопическая постоянная для воды равна 0, 52.
30. Определить кажущуюся степень диссоциации хлорида натрия в водном растворе, если 10 г NaCl растворено в 90 см3 воды. Температура кипения этого раствора равна 101, 6 оС. Эбулиоскопическая постоянная для воды равна 0, 52.
|
|
|
