Näide elektrolüütide aruteluküsimustest
Elektrolüüdid on ained, mis vees või muudes lahustites lahustatuna juhivad elektrit. Elektrolüüdid jagunevad kahte põhitüüpi: tugevad elektrolüüdid ja nõrgad elektrolüüdid. Tugevad elektrolüüdid ioniseeruvad lahuses täielikult, nõrgad elektrolüüdid aga ainult osaliselt. Elektrolüütidel on oluline roll erinevates keemilistes reaktsioonides ja igapäevaelus. Selles artiklis käsitleme mitmeid elektrolüütidega seotud näidisprobleeme ja nende selgitusi.
Näidisküsimus 1: Ionisatsiooniastme määramine
Küsimus: Äädikhappe (CH₃COOH) lahuse kontsentratsioon on teadaolevalt 0,1 M ja ionisatsiooniaste (α) 4%. Milline on ioonide kontsentratsioon lahuses?
Arutelu:
1. Määrake ionisatsiooniaste:
Ionisatsiooniaste (α) on aine osakaal, mis on lahuses ioniseeritud. Arvestades, et α = 4% = 0.04.
2. Äädikhappe ionisatsioonivõrrand:
\[
\text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+
\]
3. Kontsentratsiooni arvutamine:
CH₃COOH algkontsentratsioon on 0,1 M. Kuna ionisatsiooniaste on 0,04, siis:
\[
[\text{CH}_3\text{COO}^-] = [\text{H}^+] = 0.1 × 0.04 = 0.004 \text{M}
\]
Ioniseerimata CH₃COOH kontsentratsioon:
\[
[\text{CH}_3\text{COOH}] = 0.1 \text{ M} – 0.004 \text{ M} = 0.096 \text{ M}
\]
Vastus:
\[
[\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0.004 \text{M}
[\tekst{H}^+] = 0.004 \tekst{M}
[\text{CH}_3\text{COOH}] ioniseerimata = 0.096 \text{ M}
\]
Näidisküsimus 2: Ksp (lahustuvusprodukti) arvutamine
Küsimus: Antud on sool BaSO₄, mis on vees vähelahustuv lahustuvusastmega 1,0 × 10⁻⁵ M. Arvutage BaSO₄ Ksp väärtus.
Arutelu:
1. BaSO₄ soola lahustuvusvõrrand:
\[
\text{BaSO}_4 (s) \rightleftharpoons \text{Ba}^{2+} (aq) + \text{SO}_4^{2-} (aq)
\]
2. Lahustuvus:
Arvestades BaSO₄ lahustuvust = 1,0 × 10⁻⁵ M.
3. Arvutage ioonide kontsentratsioon:
Kui BaSO₄ lahustuvus = s = 1,0 × 10⁻⁵ M, siis:
\[
[\text{Ba}^{2+}] = 1,0 korda 10^{-5} \text{M}
\]
\[
[\text{SO}_4^{2-}] = 1,0 korda 10^{-5} \text{M}
\]
4. Ksp arvutamine:
\[
K_{sp} = [\text{Ba}^{2+}] × [\text{SO}_4^{2-}]
\]
\[
K_{sp} = (1,0 × 10^{-5}) × (1,0 × 10^{-5})
\]
\[
K_{sp} = 1,0 korda 10^{-10}
\]
Vastus:
\[
K_{sp} \text{BaSO₄} = 1,0 \times 10^{-10}
\]
Näidisküsimus 3: Happe- ja aluseliste lahuste pH
Küsimus: Arvutage 0,01 M kontsentratsiooniga HCl lahuse pH.
Arutelu:
1. HCl ionisatsioonivõrrand:
\[
\text{HCl} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Cl}^-
\]
HCl on tugev hape, seega on ionisatsioon täielik.
2. Arvutage vesinikioonide kontsentratsioon:
HCl kontsentratsioon = 0,01 M tähendab:
\[
[\tekst{H}^+] = 0.01 \tekst{M}
\]
3. pH arvutamine:
\[
pH = -log[H^+]
\]
\[
pH = -log(0.01)
\]
\[
pH = 2
\]
Vastus:
\[
\text{pH} \text{ HCl lahus} = 2
\]
Näidisküsimus 4: Aluslahuse pOH arvutamine
Küsimus: Arvutage 0,001 M kontsentratsiooniga KOH lahuse pOH ja pH.
Arutelu:
1. KOH ionisatsioonivõrrand:
\[
\text{KOH} \rightarrow \text{K}^+ + \text{OH}^-
\]
KOH on tugev alus, seega on ionisatsioon täielik.
2. Arvutage hüdroksiidioonide kontsentratsioon:
KOH kontsentratsioon = 0,001 M tähendab:
\[
[\text{OH}^-] = 0.001 \text{M}
\]
3. pOH arvutamine:
\[
pOH = -log[OH^-]
\]
\[
\text{pOH} = -\log(0.001)
\]
\[
\text{pOH} = 3
\]
4. pH arvutamine:
\[
pH = 14 – pOH
\]
\[
pH = 14–3
\]
\[
pH = 11
\]
Vastus:
\[
\text{pOH} \text{ KOH lahus} = 3
\text{pH} \text{ KOH lahus} = 11
\]
Näidisküsimus 5: Hüdroksiidioonide kontsentratsiooni määramine
Küsimus: Vesinikfluoriidhappe (HF) lahuse pH on 3. Milline on hüdroksiidioonide (OH⁻) kontsentratsioon lahuses?
Arutelu:
1. Määrake vesinikioonide kontsentratsioon:
Arvestades pH = 3, siis:
\[
[\tekst{H}^+] = 10^{-3} \tekst{M}
\]
2. Kasutades pH ja pOH vahelise seose kontseptsiooni:
\[
pH + pOH = 14
\]
3. pOH arvutamine:
\[
pOH = 14 – pH
\]
\[
\text{pOH} = 14 – 3 = 11
\]
4. Arvutage hüdroksiidioonide kontsentratsioon:
\[
[\text{OH}^-] = 10^{-\text{pOH}}
\]
\[
[\text{OH}^-] = 10^{-11} \text{ M}
\]
Vastus:
\[
[\text{OH}^-] \text{ HF lahuses} = 1 \times 10^{-11} \text{ M}
\]
Järeldus
Elektrolüütide ja lahustuvuse põhimõistete mõistmine on keemias ülioluline. Teades, kuidas arvutada ionisatsiooniastet, Ksp, pH-d ja pOH-d, saame lahendada mitmesuguseid elektrolüüdilahustega seotud probleeme. Selles artiklis on käsitletud mitmeid näidisülesandeid ja nende lahendusi, et anda selge arusaam elektrolüütidega seotud probleemide lahendamisest. Loodetavasti on see selgitus abiks lugejatele, kes soovivad süvendada oma teadmisi elektrolüütidest keemias.
