Закон разбавления Оствальда

Степень диссоциации (α_дис) и константа диссоциации (Кдис) слабого электролита количественно связаны между собой. Выведем уравнение этой связи на примере слабой одноосновной кислоты типа НАn.

Из уравнения НАn Û Н⁺ + Аn^- видно, что из одной молекулы кислоты в растворе в результате диссоциации появляется один катион (Н⁺) и один анион (Аn^-). Зная, какая часть электролита в растворе продиссоциировала, можно рассчитать концентрацию ионов в растворе. Пусть концентрация кислоты в растворе равна С_{м (}моль/ л), степень диссоциации кислоты в этом растворе - α_дис, тогда:

Концентрация кислоты, которая продиссоциировала - С_{м дис}(НАn) = a_дис С_м (НАn)

Концентрация ионов в растворе - С_м (Н⁺) = С_{м дис}(НАn) = a С_м (моль/л),

С_м (Аn^-) = С_{м дис}(НАn) = a_дис С_{м дис} (моль/л).

Часть концентрация кислоты, которая не продиссоциировала и находится в растворе в молекулярной форме:

С_м(мол) = С_м (НАn) - С_{м дис}(НАn) = С_м (НАn) - a_дис С_м (НАn) = (1-a_дис) С_м.

Тогда запишем выражение для К_рав с учетом сделанных вычислений:

К_лис = C_м(Н⁺)_*С_м(An^-) = (a_дис С_м) _*( a_дис С_м) = (a_дис)² (С_м )² = (a_дис)² С_м

С_{м (мол)} (1-a_дис) С_м (1-a_дис) С_м (1-a_дис)

Для слабых электролитов a_дис << 1, поэтому уравнение для К_дис можно упростить:

К_лис = a_дис² С_м

Это выражение носит название закона разбавления Оствальда и определяет зависимость a_дис от концентрации слабого электролита в растворе: a_дис = (К_лис / С_м(HAn))^1/2.

Из уравнения видно, при уменьшении концентрации слабого электролита в растворе, степень диссоциации его увеличивается. Для многоосновных кислот по закону разбавления Оствальда степень диссоциации рассчитывается для каждой ступени отдельно.

Пример 1.Рассчитайте концентрацию ионов водорода в 0.01 М растворе сернистой кислоты.

Решение. Напишем уравнение диссоциации кислоты по ступеням и выпишем Кдис из справочника

H₂SO₃ Û H⁺ + HSO₃^- К_дис¹ = 10^-2 HSO₃^- Û H⁺ + SO₃^2- К_дис² = 10^-8

Рассчитаем по закону Оствальда степень диссоциации по первой ступ ени a_дис¹ и по второй - a_дис²

a_дис¹ = (10^-2 / 0,01) ^½ = 1 (100%); a_дис² = (10^-8 / 0,01) ^½ = 0,001 (0,1%).

Результаты расчета показали, что концентрация ионов водорода в растворе по первой ступени диссоциации в 1000 раз больше, чем по второй. Очевидно, что концентрацией ионов водорода по второй ступени диссоциации можно пренебречь.

Пример 2 Рассчитайте кажущуюся степень диссоциации хлорида алюминия в 0,4 М растворе этой соли, если концентрация иона хлора равна 0,99 моль/л.

Решение. Напишем уравнение диссоциации соли AICI₃ Û AI³⁺ + 3CI^-. Из уравнения видно, что при диссоциации одной молекулы соли в растворе появляется один катион AI³⁺ и три аниона хлора CI^-. Очевидно, что

[CI^-] = a_дис 3 _*C_M , а [AI³⁺] = a_дис C_M.

Используя условия задачи, находим

a_дис = [CI^-] / 3 C_M = 0,99 / 3 0,4 = 0,825 (82,5 %).

Константы диссоциации слабых электролитов при 25 ^0С

ЗАДАЧИ

38. Константа диссоциации масляной кислоты С₃Н₇СООН равна 1,5 10^-5. Вычислите степень ее диссоциации в 0,005 молярном растворе.

39. Найти степень диссоциации хлорноватистой кислоты НСlО в 0,2 М. растворе.

40. Чему равна концентрация кислоты и ионов Н⁺ в водном растворе уксусной кислоты, если α_дис = 0,03?

41. Вычислить C_M(H⁺) в 0,02 М растворе сернистой кислоты. Диссоциацией кислоты во второй ступени пренебречь.

42. Вычислите C_M(OH^-) в 0,001М и 0,1М растворах гидроксида аммония. Определите зависимость степени диссоциации гидроксида аммония от концентрации раствора.

43. Рассчитайте кажущуюся степень диссоциации нитрата магния в 0,08М растворе, если молярная концентрация нитрат-ионов в растворе равна 0,152М? Какова молярная ионов магния?

44. Рассчитайте кажущуюся степень диссоциации HCI в 0,1М растворе, если молярная концентрация ионов H⁺ в растворе равна 0,087.

45. Найти концентрацию катионов и анионов в 1,2 М растворе сульфата хрома (III), если кажущаяся степень диссоциации соли в растворе равна 0,64.