Pavyzdiniai klausimai apie stipriuosius elektrolitus, silpnuosius elektrolitus ir neelektrolitus
Elektrolitai yra esminė chemijos sąvoka, ypač tiriant reakcijas, kuriose dalyvauja tirpalai. Elektrolitai yra junginiai, kurie, ištirpę vandenyje, išskiria jonus, kurie leidžia tirpalui praleisti elektros srovę. Remiantis jų gebėjimu skilti į jonus, elektrolitai skirstomi į tris kategorijas: stiprius elektrolitus, silpnus elektrolitus ir neelektrolitus. Šiame straipsnyje bus aptarti įvairūs su šiais trimis elektrolitų tipais susiję problemų pavyzdžiai ir pateikti lengvai suprantami paaiškinimai.
Stiprus elektrolitas
Stiprūs elektrolitai yra junginiai, kurie visiškai jonizuojasi vandenyje. Tai reiškia, kad kai stiprus elektrolitas ištirpsta vandenyje, beveik visos jo molekulės disocijuoja į jonus. Įprasti stiprių elektrolitų pavyzdžiai yra druskos, tokios kaip natrio chloridas (NaCl), stiprios rūgštys, tokios kaip druskos rūgštis (HCl), ir stiprios bazės, tokios kaip natrio hidroksidas (NaOH).
1 klausimas:
Kaip apskaičiuoti jonų moliariškumą 0,1 M HCl tirpale?
Diskusija:
HCl yra stipri rūgštis, kuri visiškai disocijuojasi vandenyje pagal lygtį:
\[ \text{HCl} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
Kadangi HCl yra stiprus elektrolitas, pradinę HCl koncentraciją (0,1 M) galime laikyti susidariusių H+ ir Cl- jonų koncentracija. Taigi, 0,1 M HCl tirpale:
[\(\text{H}^+\)] = 0,1 M
[\(\text{Cl}^-\)] = 0,1 M
Silpnas elektrolitas
Silpni elektrolitai tirpale jonizuojasi tik iš dalies. Tai reiškia, kad tik nedidelė silpno elektrolito molekulių dalis, ištirpusios vandenyje, sudaro jonus. Silpnų elektrolitų pavyzdžiai yra silpnos rūgštys, tokios kaip acto rūgštis (CH3COOH), ir silpnos bazės, tokios kaip amoniakas (NH3).
2 klausimas:
Nustatykite jonizacijos laipsnį ir jonų koncentraciją 0,1 M CH3COOH tirpale. Rūgšties disociacijos konstanta (\(K_a\)) CH3COOH tirpale yra 1,8 × 10^-5.
Diskusija:
CH₃COOH disociacijos reakciją vandenyje galima užrašyti taip:
\[ \text{CH}_3 \text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3 \text{COO}^- + \text{H}^+ \]
Disociacijos laipsnis (α) apibrėžiamas kaip rūgšties dalis, kuri disocijuojasi į jonus. Naudojant K a reikšmę, 0,1 M CH3COOH tirpalui galime užrašyti tokį ryšį:
\[K_a = [\text{CH}_3\text{COO}^-][\text{H}^+] / [\text{CH}_3\text{COOH}] \]
Kadangi CH₃COOH jonizacija yra dalinė, susidariusių jonų koncentracija yra cα, kur c yra pradinė CH₃COOH koncentracija (0,1 M). Tuomet lygtis tampa tokia:
\[1,8 × 10^{-5} = \frac{(0,1\alfa)(0,1\alfa)}{0,1(1-\alfa)} \]
Supaprastinkite iki:
\[1,8 × 10^{-5} = \frac{0,01\alpha^2}{0,1 – 0,1\alpha} \]
Tarkime, kad α yra pakankamai mažas, kad vardiklyje galime ignoruoti α:
\[1,8 \x 10^{-5} \apytiksliai 0,01\alpha^2 / 0,1 \]
\[1,8 \x 10^{-5} \apytiksliai \alpha^2 \]
\[ \alpha \apytiksl. \sqrt{1,8 \x 10^{-5}} \]
\[ \alfa \apytiksliai 4,24 \x 10^{-3} \]
Taigi, jonizacijos laipsnis yra 4,24 × 10^-3 arba 0,424%.
H+ ir CH3COO- jonų koncentracija tirpale yra:
\[ [\text{H}^+] = 0,1 × 4,24 × 10^{-3} \apytiksliai 4,24 × 10^{-4} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 × 4,24 × 10^{-3} \apytiksliai 4,24 × 10^{-4} \]
Neelektrolitai
Neelektrolitai yra junginiai, kurie nejonizuojasi vandeniniame tirpale. Tai reiškia, kad neelektrolitų tirpalai negamina jonų ir todėl negali praleisti elektros. Neelektrolitų pavyzdžiai: cukrus (sacharozė), karbamidas ir alkoholis.
3 klausimas:
Kodėl 0,1 M etanolio (C₂H₅OH) tirpalas nelaidus elektrai?
Diskusija:
Etanolio tirpalas yra neelektrolitas. Ištirpinus vandenyje, etanolis nesiskiria į jonus. Vandeniniame tirpale etanolio molekulinė struktūra išlieka nepakitusi. Dėl jonų nebuvimo tirpale etanolis negali praleisti elektros. Todėl, nors etanolis lengvai tirpsta vandenyje, nes nesusidaro jonai, etanolio tirpalai negali praleisti elektros net esant bet kokiai koncentracijai, įskaitant 0,1 M.
Išvada
Stipriųjų elektrolitų, silpnųjų elektrolitų ir neelektrolitų savybių supratimas yra esminis tirpalų chemijos pagrindas. Stiprieji elektrolitai vandenyje visiškai jonizuojasi ir todėl gerai praleidžia elektrą, o silpnieji elektrolitai jonizuojasi tik iš dalies, o tai rodo mažesnį elektrinį laidumą. Kita vertus, neelektrolitai visiškai nejonizuojasi ir todėl negali praleisti elektros. Šios sąvokos supratimas padeda mokiniams atpažinti junginius pagal jų elgseną tirpale ir teisingai atsakyti į susijusius klausimus.
