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
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.
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 + + 3 Prawo rozcieńczeń Ostwalda: Określa zależność pomiędzy stałą dysocjacji słabego elektrolitu, stopniem dysocjacji α a stężeniem molowym elektrolitu. 1
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 6,3 1 4. 3. 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 = 1,8 1 4. 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 = 1,5 1 5. 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.
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 4... + H 3 H 3 H + +...... H + +...... 4... + c... r(oh + + OH... roh + + OH roh +... + OH