Exemplos de preguntas sobre electrólitos fortes, electrólitos débiles e non electrólitos
Os electrólitos son un concepto fundamental en química que resulta crucial, especialmente no estudo das reaccións que implican solucións. Os electrólitos son compostos que, cando se disolven en auga, producen ións que permiten que a solución conduza a electricidade. En función da súa capacidade para disociarse en ións, os electrólitos divídense en tres categorías: electrólitos fortes, electrólitos débiles e non electrólitos. Este artigo tratará varios exemplos de problemas relacionados con estes tres tipos de electrólitos, xunto con explicacións fáciles de entender.
Electrolito forte
Os electrolitos fortes son compostos que se ionizan completamente na auga. Isto significa que cando un electrolito forte se disolve na auga, case todas as súas moléculas se disocian en ións. Exemplos comúns de electrolitos fortes inclúen sales como o cloruro de sodio (NaCl), ácidos fortes como o ácido clorhídrico (HCl) e bases fortes como o hidróxido de sodio (NaOH).
Pregunta 1:
Como calcular a molaridade dos ións nunha solución de HCl 0,1 M?
Debate:
O HCl é un ácido forte que se disocia completamente en auga segundo a ecuación:
\[ \text{HCl} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
Dado que o HCl é un electrolito forte, podemos tomar a concentración inicial de HCl (0,1 M) como a concentración dos ións H+ e Cl- formados. Polo tanto, nunha solución de HCl 0,1 M:
[\(\text{H}^+\)] = 0,1 M
[\(\text{Cl}^-\)] = 0,1 M
Electrolito débil
Os electrolitos débiles só se ionizan parcialmente en solución. Isto significa que só unha pequena fracción das moléculas dun electrolito débil forman ións cando se disolven en auga. Algúns exemplos de electrolitos débiles son os ácidos débiles como o ácido acético (CH3COOH) e as bases débiles como o amoníaco (NH3).
Pregunta 2:
Determina o grao de ionización e a concentración de ións en CH3COOH 0,1 M. A constante de disociación ácida (\(K_a\)) para CH3COOH é 1,8 × 10^-5.
Debate:
A reacción de disociación do CH3COOH en auga pódese escribir como:
\[ \text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+ \]
O grao de disociación (\(\alpha\)) defínese como a fracción do ácido que se disocia en ións. Usando o valor de \(K_a\), podemos escribir a seguinte relación para unha solución de CH3COOH 0,1 M:
K_a = [CH_3 COO_{-}^-] / [CH_3 COOH}]
Dado que a ionización do CH3COOH é parcial, a concentración dos ións formados é cα, onde c é a concentración inicial de CH3COOH (0,1 M). Entón, a ecuación convértese en:
\[ 1,8 × 10^{-5} = \frac{(0,1\alpha)(0,1\alpha)}{0,1(1-\alpha)} \]
Simplificar a:
\[ 1,8 × 10^{-5} = \frac{0,01\alpha^2}{0,1 – 0,1\alpha} \]
Supoñamos que α é o suficientemente pequeno como para poder ignorar α no denominador:
\[ 1,8 × 10^{-5} \aprox. 0,01\alpha^2 / 0,1 \]
\[ 1,8 × 10^{-5} \aprox. \alpha^2 \]
\[ \alpha \approx \sqrt{1,8 \× 10^{-5}} \]
\[ \alpha \aprox. 4,24 \x 10^{-3} \]
Entón, o grao de ionización é 4,24 × 10^-3 ou 0,424 %.
A concentración de ións H+ e CH3COO- na solución é:
\[ [\text{H}^+] = 0,1 \times 4,24 \times 10^{-3} \aprox. 4,24 \times 10^{-4} \]
\[ [CH_3 COO -] = 0,1 × 4,24 × 10 -3 \aprox. 4,24 × 10 -4]
Non electrolitos
Os non electrolitos son compostos que non se ionizan en solución acuosa. Isto significa que as solucións non electrolíticas non producen ións e, polo tanto, non poden conducir a electricidade. Algúns exemplos de non electrolitos son o azucre (sacarosa), a urea e o alcohol.
Pregunta 3:
Por que unha solución de etanol (C2H5OH) 0,1 M non conduce a electricidade?
Debate:
Unha solución de etanol non é un electrólito. O etanol, cando se disolve en auga, non se disocia en ións. A estrutura molecular do etanol permanece intacta en solución acuosa. Debido á ausencia de ións na solución, o etanol non pode conducir a electricidade. Polo tanto, aínda que o etanol é facilmente soluble en auga, debido a que non se forman ións, as solucións de etanol non poden conducir a electricidade mesmo a calquera concentración, incluíndo 0,1 M.
Conclusión
Comprender as propiedades dos electrólitos fortes, os electrólitos débiles e os non electrólitos é unha base esencial na química de solucións. Os electrólitos fortes ionízanse completamente na auga e, polo tanto, conducen ben a electricidade, mentres que os electrólitos débiles só se ionizan parcialmente, o que indica unha menor condutividade eléctrica. Os non electrólitos, pola contra, non se ionizan en absoluto e, polo tanto, non poden conducir a electricidade. Comprender este concepto axuda aos estudantes a identificar compostos en función do seu comportamento en solución e a responder correctamente ás preguntas relacionadas.
