Растворы электролитов и неэлектролитов

Растворы электролитов имеют большое практическое применение в различных видах техники, в частности в качестве основного рабочего тела в химических источниках электроэнергии, применяемых в РКТ (аккумуляторы и гальванические элементы).

Поэтому этот раздел поможет будущим специалистам в области РКТ решать практические задачи, связанные с обеспечением летательных аппаратов автономными источниками питания.

Существует понятие сильных и слабых электролитов. Сильные электролиты – это те растворы, которые диссоциируют на ионы под действием поляризации молекул полностью, а слабые – это те, которые диссоциируют на ионы частично. Насколько сильно происходит диссоциация, оценивают параметром, называемым степенью диссоциации a и отличие электролитов от неэлектролитов оценивают изотоническим коэффициентом i. Величина i>1 для раствора электролитов, а для растворов неэлектролитов i»1.

Рассмотрим некоторые задачи, позволяющие определить основные химические параметры, характеризующие растворы электролитов.

Пример 1: Осмотическое давление 0.1н ZnSO₄ при 0⁰С равно 1.59*10⁵ Па. Вычислить изотонический коэффициент этого раствора.

Решение:

Осмотическое давление для раствора электролитов с учетом изотонического коэффициента равно:

P^¢_осм= (1.2.1)

где n – число молей растворенного вещества,

R – универсальная газовая постоянная.

Из формулы (1.2.1) изотонический коэффициент равен:

i= = = =1.4

Пример 2: Давление водяного пара над раствором 24.8г КCl в 100г Н₂О при 100⁰С равно 9.14*10⁴Па. Вычислить изотонический коэффициент, если давление водяного пара над растворителем при этой температуре равно 1.0133*10⁵Па.

Решение:

Первый закон Рауля для электролитов:

= (1.2.2)

где р₀ – давление пара над растворителем, (Па);

р – давление пара над раствором, (Па);

n – мольная доля растворенного вещества;

N – мольная доля растворителя.

Моль КCl = 74.56 (г); n= =0.33 (моля);

Моль Н₂О = 18.02 (г); N = =5.55 (моля).

Изотонический коэффициент равен:

i= = = = =1.75

Пример 3: Раствор, содержащий 8 г NaOH в 1000 г H₂O, кипит при 100,184⁰С. Определить изотонический коэффициент (для воды K_Э=0,516).

Решение:

Второй закон Рауля для растворов электролитов выражается уравнением:

t кип = (1.2.3),

где Кэ - эмбулиоскопическая постоянная, град;

g - количество растворенного вещества, г;

G - количество растворителя, г;

M - молекулярная масса растворенного вещества, г;

Молекулярная масса NaOH=40,0 г.

i = = =1,78.

Пример 4: Изотонический коэффициент 0,2 н раствора нитрата кальция равен 2,48. Вычислить кажущуюся степень диссоциации этого электролита.

Кажущаяся степень диссоциации определяется опытным путем и всегда меньше истинной степени диссоциации, которая очень близка к 1.

Решение:

Степень диссоциации и изотонический коэффициент электролита связаны между собой соотношением:

α = (1.2.4.),

где n - число ионов, образующихся при диссоциации молекул вещества.

При диссоциации Са(NO₃)₂ образуется 3 иона:

Са(NO₃)₂ Ca²⁺+2(NO₃)^-

α = = =0,74 или 74 %.

Пример 5: Рассчитать степень электролической диссоциации LiCL в 0,1 н растворе соли, если этот раствор изотоничен с 0,19м раствором сахара C₁₂H₂₂O₁₁

при 0⁰ С.

Решение:

Моль сахара равен 342,3 г; Осмотическое давление 0,19м раствора сахара равно:

P_осм= = =4,31* 10⁵ Па.

Моль LiCL =42,39 г. Для LiCL по осмотическому давлению определяем изотонический коэффициент раствора LiCL:

i= = = 1,9;

Степень диссоциации LiCL:

α = = = 0,9 = 90 %.

Пример 6: Давление пара 8 % водного раствора Na NO₃ равно 2268,8 Па при 20⁰ С. Давление паров воды при этой температуре равно 2337,8 Па. Найти кажущуюся степень диссоциации Na No₃ в этом растворе.

Решение:

С помощью первого закона Рауля для электролитов вычисляем величину изотонического коэффициента для Na NO₃:

i = ;

Моль NaNO₃ = 85 г; n = = 0.094 моля;

Моль N₂O =18,02 г; N = = 5,105 моля;

i= = =1,63;

Кажущаяся степень диссоциации NaNO₃ в этом растворе равна:

α = =0,63 или 63%.

Пример 7: Температура замерзания водного раствора содержащего 0,25 моля HNO₃ в 2,5 л воды, равна –0,35⁰ С. Рассчитайте кажущуюся степень диссоциации кислоты в этом растворе (Кк_H2O=1,85).

Решение:

Молекулярная масса HNO₃ =63,01 г; Из второго закона Рауля для электролитов находим величину i для раствора HNO₃:

i= = = 1,89;

Кажущаяся степень диссоциации:

α = = 0,89=89%.

Решение приведенных примеров поможет выполнить задачи, относящиеся по второй части первого раздела. Задачи по этой теме смотреть в приложении 2.