Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Transkrypt

1 Materiały dydaktyczne na zajęcia wyrównawcze z chemii dla studentów pierwszego roku kierunku zamawianego Inżynieria Środowiska w ramach projektu Era inżyniera pewna lokata na przyszłość Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

2 Reakcje dysocjacji elektrolitycznej Dysocjacja elektrolityczna (jonowa rozpad na jony dodatnie kationy i jony ujemne aniony, pod wpływem wody. Elektrolity substancje, które pod wpływem wody lub innego rozpuszczalnika polarnego ulegają dysocjacji, przewodzą prąd elektryczny w wodnych roztworach. Elektrolitami są związki o budowie jonowej lub wiązaniu kowalencyjnym spolaryzowanym. Dysocjacja elektrolityczna kwasów H m R m Kwasy dysocjują na kationy wodorowe i aniony reszty kwasowej, wg schematu: H m R m mh + + R m R reszta kwasowa m wartościowość reszty kwasowej równa ilości atomów wodoru w cząsteczce kwasu Dysocjacja elektrolityczna zasad M n (OH n Zasady dysocjują na kationy metalu i aniony wodorotlenowe, wg schematu: M n (OH n M n+ + n (OH M symbol metalu n wartościowość metalu równa ilości grup hydroksylowych w cząsteczce n m Dysocjacja elektrolityczna soli M mrn Sole dysocjują na kationy metali i aniony reszty kwasowej zgodnie ze schematem: n m M m M n+ + n R m n mr Przykładowe reakcje dysocjacji jonowej podano poniżej: Mg(OH Mg + + OH H SO 3 H + + SO 3 Stała dysocjacji stosunek iloczynu stężeń jonów podniesionych do odpowiednich potęg, do stężenia cząsteczek niezdysocjowanych. Stałą dysocjacji wyznacza się dla elektrolitów średniej mocy i słabych. Stałą reakcji dysocjacji jonowej przedstawionej zgodnie z poniższym ogólnym zapisem: AB A + + B [ A ] [ B ] można wyrazić jako [ AB] [A + ], [B ] stężenie jonów w stanie równowagi [AB] stężenie cząsteczek niezdysocjowanych w stanie równowagi Stała dysocjacji jest miarą mocy kwasu i zasady; im większa jest wartość tej stałej tym bardziej elektrolit jest zdysocjowany. Stała dysocjacji, tak jak inne stałe równowagi, nie zależy od początkowego stężenia elektrolitu, a zależy od temperatury.

3 Stopień dysocjacji (α stosunek ilości moli jonów, które powstały w wyniku dysocjacji do całkowitej liczby moli cząsteczek wprowadzonych do roztworu. Wyrażamy jako: stosunek liczby cząsteczek dysocjowanych (N zdysocj. do liczby cząsteczek N zdysocj. N zdysocj. wprowadzonych do roztworu (N, (lub 1% N N stosunek liczby moli cząsteczek zdysocjowanych (n zdysocj. do liczby moli cząsteczek n zdysocj. n zdysocj. wprowadzonych do roztworu (n (lub 1% n n stosunek stężenia cząsteczek zdysocjowanych ( zdysocj. do stężenia cząsteczek wprowadzonych do roztworu (stężenie molowe roztworu ( zdysocj. zdysocj. (lub 1% Stopień dysocjacji α przyjmuje wartości z przedziału, 1 jeśli ma wartość niemianowaną lub zawiera się w granicach <α 1 gdy jest podawany w procentach. Ze względu na stopień dysocjacji elektrolity można podzielić na: mocne, które w roztworach wodnych są silnie zdysocjowane i zawierają niewielką ilość cząsteczek niezdysocjowanych (α>3%, należą do nich: wszystkie sole rozpuszczalne w wodzie, wodorotlenki litowców i berylowców z wyjątkiem Be(OH i Mg(OH, niektóre kwasy np. H SO 4, Hl, HlO 4, HNO 3, HBr, słabe, które w roztworach wodnych ulegają niewielkiej dysocjacji na jony (α<5%, należą do nich pozostałe wodorotlenki i większość kwasów. Słabe wielowodorotlenowe zasady i wieloprotonowe kwasy dysocjują stopniowo. Zn(OH ZnOH + ZnOH + + OH Zn + + OH H 3 H H H + + H H + + H H Prawo rozcieńczeń Ostwalda: Określa zależność pomiędzy stałą dysocjacji słabego elektrolitu, stopniem dysocjacji α a stężeniem molowym elektrolitu. 1

4 lub przekształcając: K Stopień dysocjacji jest odwrotnie proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego ze stężenia elektrolitu. Wyprowadzenie wzoru: W roztworze słabego elektrolitu AB o stężeniu = oraz stopniu dysocjacji α: [A + ] = [B ] = zdysocj. więc: [A + ] = [B ] = α zdysocj. [AB] = zdysocj. = α (1 1 Uproszczony wzór prawa rozcieńczeń Ostwalda można zastosować gdy wartość (1α 1 dla: 4 lub 5 % (, 5 wtedy wzór przyjmuje postać: Zadania: 1. Oblicz stopień dysocjacji elektrolitu, wiedząc, że w roztworze znajduje się,3 mola cząsteczek zdysocjowanych i,9 mola cząsteczek, które nie uległy dysocjacji jonowej.. Oblicz stężenie jonów wodorowych w,4 molowym roztworze kwasu fluorowodorowego, dla którego stała dysocjacji wynosi 6, Oblicz stałą dysocjacji kwasu jednoprotonowego, jeżeli w 1,5 molowym roztworze tego kwasu stopień dysocjacji wynosi 3%. 4. Oblicz stężenie roztworu kwasu metanowego (HOOH, którego stopień dysocjacji wynosi 3% a stała dysocjacji tego kwasu = 1, Zapisz wyrażenie na stałą dysocjacji dla tego kwasu. 5. Oblicz stopień dysocjacji kwasu butanowego (masłowego o wzorze H 3 H H OOH w roztworze o stężeniu,6 mol/dm 3 i stałej dysocjacji równej = 1, Zapisz reakcję dysocjacji jonowej tego kwasu i wyrażenie na stałą dysocjacji. 6. Oblicz jaki jest stopień dysocjacji α elektrolitu, jeśli na 3 cząsteczek wprowadzonych do roztworu 6 cząsteczek tego elektrolitu uległo reakcji dysocjacji.

5 7. Oblicz stopień dysocjacji zasady M(OH jeśli w jej wodnym roztworze znajduje się,3 mola jonów wodorotlenowych i,7 mola cząsteczek niezdysocjowanych. 8. Ułóż równania dysocjacji elektrolitycznej podanych substancji: HBr, H SO 4, HNO 3, H 4, a(oh, Fe(OH, Al(OH 3, af, r (SO 4 3, K 3, al, H 3 OOH, (NH 4 SO 3, Sn(OH 4, HN a 9. Uzupełnij równania dysocjacji stopniowej:... H + + HS HS... + S b H H 3 H 3 H H c... r(oh + + OH... roh + + OH roh OH