Część IX

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
Projekt „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość” jest współfinansowany
przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
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 - HmRm
Kwasy dysocjują na kationy wodorowe i aniony reszty kwasowej, wg schematu:
H2O
HmRm
mmH+ + R
R – reszta kwasowa
m – wartościowość reszty kwasowej równa ilości atomów wodoru w cząsteczce kwasu
Dysocjacja elektrolityczna zasad - Mn(OH)n
Zasady dysocjują na kationy metalu i aniony wodorotlenowe, wg schematu:
H2O
Mn(OH)n
Mn+ + n (OH)
M – symbol metalu
n – wartościowość metalu równa ilości grup hydroksylowych w cząsteczce
Dysocjacja elektrolityczna soli - M mn Rnm
Sole dysocjują na kationy metali i aniony reszty kwasowej zgodnie ze schematem:
Mmn Rnm
H2 O
m Mn+ + n Rm-
Przykładowe reakcje dysocjacji jonowej podano poniżej:
H2O
Mg(OH)2
H2O
H2SO3
Mg2+ + 2OH2 H+ + SO32-
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
H2O
A+ + B
[ A ] [B ]
[ AB]
+
[A ], [B ] – stężenie jonów w stanie równowagi
[AB] – stężenie cząsteczek niezdysocjowanych w stanie równowagi
można wyrazić jako
Kd
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.
Projekt „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość” jest współfinansowany
przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
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 (Nzdysocj.) do liczby cząsteczek
N zdysocj .
N zdysocj .
100% )
wprowadzonych do roztworu (N0),
(lub
N0
N0
 stosunek liczby moli cząsteczek zdysocjowanych (nzdysocj.) do liczby moli cząsteczek
n zdysocj .
n zdysocj.
100% )
wprowadzonych do roztworu (n0)
(lub
n0
n0
 stosunek stężenia cząsteczek zdysocjowanych (Czdysocj.) do stężenia cząsteczek
C zdysocj.
wprowadzonych do roztworu (stężenie molowe roztworu) (C0)
C0
C zdysocj.
100% )
(lub
C0
Stopień dysocjacji α przyjmuje wartości z przedziału
0,1 jeśli ma wartość niemianowaną
lub zawiera się w granicach 0<α≤100 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>30%), należą do nich:
- wszystkie sole rozpuszczalne w wodzie,
- wodorotlenki litowców i berylowców z wyjątkiem Be(OH)2 i Mg(OH)2,
- niektóre kwasy np. H2SO4, HCl, HClO4, HNO3, 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.
H2O
Zn(OH)2
ZnOH+
H2O
H2O
H3PO4
H2PO4HPO42-
H2 O
H2 O
ZnOH+ + OHZn2+ + OHH+ + H2PO4H+ + HPO42H+ + PO43-
Prawo rozcieńczeń Ostwalda:
Określa zależność pomiędzy stałą dysocjacji słabego elektrolitu Kd, stopniem dysocjacji
α a stężeniem molowym elektrolitu.
C 2
Kd
1
Projekt „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość” jest współfinansowany
przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
K
C
Stopień dysocjacji jest odwrotnie proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego ze stężenia
elektrolitu.
Kd
2
C
lub przekształcając:
Wyprowadzenie wzoru:
W roztworze słabego elektrolitu AB o stężeniu C0 = C oraz stopniu dysocjacji α:
[A+] = [B-] = Czdysocj.
C zdysocj.
+
C0
[AB] = C0 – Czdysocj. = C0 – C0 ∙ α
-
więc: [A ] = [B ] = C0 ∙ α
2
2
C0
C0
C0
C0 2
Kd
C0
C0
C0 (1
)
1
Uproszczony wzór prawa rozcieńczeń Ostwalda można zastosować gdy wartość (1-α) ≈ 1
C
5% (
dla:
400 lub
0,05 )
Kd
wtedy wzór przyjmuje postać: K d
C
2
Zadania:
1. Oblicz stopień dysocjacji elektrolitu, wiedząc, że w roztworze znajduje się 0,3 mola
cząsteczek zdysocjowanych i 0,9 mola cząsteczek, które nie uległy dysocjacji jonowej.
2. Oblicz stężenie jonów wodorowych w 0,4 molowym roztworze kwasu
fluorowodorowego, dla którego stała dysocjacji wynosi 6,3 ∙10-4.
3. Oblicz stałą dysocjacji kwasu jednoprotonowego, jeżeli w 1,5 molowym roztworze
tego kwasu stopień dysocjacji wynosi 3%.
4. Oblicz stężenie roztworu kwasu metanowego (HCOOH), którego stopień dysocjacji
wynosi 3% a stała dysocjacji tego kwasu Kd = 1,8 ∙ 10-4. Zapisz wyrażenie na stałą
dysocjacji dla tego kwasu.
5. Oblicz stopień dysocjacji kwasu butanowego (masłowego) o wzorze
CH3-CH2-CH2-COOH w roztworze o stężeniu 0,06 mol/dm3 i stałej dysocjacji równej
Kd = 1,5 ∙ 10-5. Zapisz reakcję dysocjacji jonowej tego kwasu i wyrażenie na stałą
dysocjacji.
6. Oblicz jaki jest stopień dysocjacji α elektrolitu, jeśli na 30 cząsteczek wprowadzonych
do roztworu 6 cząsteczek tego elektrolitu uległo reakcji dysocjacji.
Projekt „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość” jest współfinansowany
przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
7. Oblicz stopień dysocjacji zasady M(OH)2 jeśli w jej wodnym roztworze znajduje się
0,03 mola jonów wodorotlenowych i 0,07 mola cząsteczek niezdysocjowanych.
8. Ułóż równania dysocjacji elektrolitycznej podanych substancji:
HBr, H2SO4, HNO3, H4P2O7, Ca(OH)2, Fe(OH)2, Al(OH)3, CaF2, Cr2(SO4)3, K3PO4,
CaCl2, CH3COOH, (NH4)2SO3, Sn(OH)4, HCN
9. Uzupełnij równania dysocjacji stopniowej:
a)
......
HS-
b)
H4P2O7
2...... + S
...... + H3P2O7
H3P2O7-
H+ + ......
......
H+ + ......
......
c)
H+ + HS-
4...... + P2O7
......
Cr(OH)2+ + OH-
......
CrOH2+ + OH-
CrOH2+
...... + OH-
Projekt „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość” jest współfinansowany
przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego