Прыклады пытанняў па моцных электралітах, слабых электралітах і неэлектралітах
Электраліты — гэта фундаментальнае паняцце ў хіміі, якое мае вырашальнае значэнне, асабліва пры вывучэнні рэакцый, якія праходзяць з удзелам раствораў. Электраліты — гэта злучэнні, якія пры растварэнні ў вадзе ўтвараюць іоны, што дазваляюць раствору праводзіць электрычнасць. У залежнасці ад іх здольнасці дысацыяваць на іоны, электраліты падзяляюцца на тры катэгорыі: моцныя электраліты, слабыя электраліты і неэлектраліты. У гэтым артыкуле будуць разгледжаны розныя прыклады задач, звязаных з гэтымі трыма тыпамі электралітаў, а таксама прыведзены зразумелыя тлумачэнні.
Моцны электраліт
Моцныя электраліты — гэта злучэнні, якія цалкам іянізуюцца ў вадзе. Гэта азначае, што калі моцны электраліт раствараецца ў вадзе, амаль усе яго малекулы дысацыююць на іоны. Звычайнымі прыкладамі моцных электралітаў з'яўляюцца солі, такія як хларыд натрыю (NaCl), моцныя кіслоты, такія як саляная кіслата (HCl), і моцныя асновы, такія як гідраксід натрыю (NaOH).
Пытанне 1:
Як разлічыць малярнасць іонаў у 0,1 М растворы HCl?
Абмеркаванне:
HCl — моцная кіслата, якая цалкам дысацыюе ў вадзе згодна з ураўненнем:
\[ \text{HCl} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
Паколькі HCl з'яўляецца моцным электралітам, можна прыняць пачатковую канцэнтрацыю HCl (0,1 М) за канцэнтрацыю ўтвораных іонаў H+ і Cl-. Такім чынам, у 0,1 М растворы HCl:
[\(\text{H}^+\)] = 0,1 М
[\(\text{Cl}^-\)] = 0,1 М
Слабы электраліт
Слабыя электраліты толькі часткова іянізуюцца ў растворы. Гэта азначае, што толькі невялікая частка малекул слабага электраліта ўтварае іоны пры растварэнні ў вадзе. Прыкладамі слабых электралітаў з'яўляюцца слабыя кіслоты, такія як воцатная кіслата (CH3COOH), і слабыя асновы, такія як аміяк (NH3).
Пытанне 2:
Вызначце ступень іанізацыі і канцэнтрацыю іонаў у 0,1 М CH3COOH. Канстанта дысацыяцыі кіслаты (\(K_a\)) для CH3COOH роўная 1,8 × 10^-5.
Абмеркаванне:
Рэакцыю дысацыяцыі CH3COOH у вадзе можна запісаць наступным чынам:
\[ \text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+ \]
Ступень дысацыяцыі (α) вызначаецца як доля кіслаты, якая дысацыюе на іоны. Выкарыстоўваючы значэнне K₁, можна запісаць наступную залежнасць для 0,1 М раствора CH₃COOH:
\[ K_a = [\text{CH}_3\text{COO}^-][\text{H}^+] / [\text{CH}_3\text{COOH}] \]
Паколькі іанізацыя CH3COOH адбываецца часткова, канцэнтрацыя ўтвораных іонаў роўная cα, дзе c — пачатковая канцэнтрацыя CH3COOH (0,1 М). Тады ўраўненне мае выгляд:
\[1,8 \times 10^{-5} = \frac{(0,1\альфа)(0,1\альфа)}{0,1(1-\альфа)} \]
Спрасціце да:
\[1,8 \times 10^{-5} = \frac{0,01\α^2}{0,1 – 0,1\α} \]
Дапусцім, што α дастаткова малое, каб можна было занядбаць α ў назоўніку:
\[1,8 \times 10^{-5} \прыблізна 0,01\α^2 / 0,1 \]
\[1,8 \times 10^{-5} \прыблізна \α^2 \]
\[ \альфа \прыблізна \sqrt{1,8 \times 10^{-5}} \]
\[ \альфа \прыблізна 4,24 \раз 10^{-3} \]
Такім чынам, ступень іанізацыі складае 4,24 × 10^-3 або 0,424%.
Канцэнтрацыя іонаў H+ і CH3COO- у растворы складае:
\[ [\text{H}^+] = 0,1 \times 4,24 \times 10^{-3} \прыблізна 4,24 \times 10^{-4} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 \times 4,24 \times 10^{-3} \прыблізна 4,24 \times 10^{-4} \]
Неэлектраліты
Неэлектраліты — гэта злучэнні, якія не іянізуюцца ў водным растворы. Гэта азначае, што неэлектралітныя растворы не ўтвараюць іёнаў і таму не могуць праводзіць электрычнасць. Прыкладамі неэлектралітаў з'яўляюцца цукар (цукроза), мачавіна і спірт.
Пытанне 3:
Чаму 0,1 М раствор этанолу (C2H5OH) не праводзіць электрычнасць?
Абмеркаванне:
Этанольны раствор не з'яўляецца электралітам. Этанол пры растварэнні ў вадзе не дысацыюе на іоны. Малекулярная структура этанолу застаецца нязменнай у водным растворы. З-за адсутнасці іёнаў у растворы этанол не можа праводзіць электрычнасць. Такім чынам, хоць этанол лёгка раствараецца ў вадзе, паколькі іоны не ўтвараюцца, этанольныя растворы не могуць праводзіць электрычнасць нават пры любой канцэнтрацыі, у тым ліку 0,1 М.
Выснова
Разуменне ўласцівасцей моцных электралітаў, слабых электралітаў і неэлектралітаў з'яўляецца важнай асновай хіміі раствораў. Моцныя электраліты цалкам іянізуюцца ў вадзе і таму добра праводзяць электрычнасць, у той час як слабыя электраліты іянізуюцца толькі часткова, што сведчыць аб больш нізкай электраправоднасці. Неэлектраліты, з іншага боку, зусім не іянізуюцца і таму не могуць праводзіць электрычнасць. Разуменне гэтай канцэпцыі дапамагае студэнтам вызначаць злучэнні на аснове іх паводзін у растворы і правільна адказваць на адпаведныя пытанні.
