5. Вычислите химический потенциал электролита А в водном раст-
воре при 298 К и концентрации m.Электролит А=HNO3;m=0,5 моль/1000г
Ответы
Ответ:
Переносчиками электрического тока в растворах электролитов являются ионы, образующиеся при диссоциации молекул электролитов. Поскольку при диссоциации число частиц в растворе возрастает, растворы электролитов обладают аномальными коллигативными свойствами.
Уравнения, описывающие коллигативные свойства неэлектролитов, можно применить и для описания свойств идеальных растворов электролитов, если ввести поправочный изотонический коэффициент Вант-Гоффа i, например:
осм. = iCRT или Tзам. = iKm.
Изотонический коэффициент связан со степенью диссоциации электролита:
i = 1 + (n - 1),
где n - количество ионов, образующихся при диссоциации одной молекулы.
Свойства реальных растворов описываются уравнениями, в которых вместо концентраций вводится активность. Активность иона ai выражается в виде произведения концентрации иона mi на его коэффициент активности i:
ai = i mi.
Экспериментально определить активности катиона a+ и аниона a- невозможно, поэтому вводится понятие средней ионной активности a . Для электролита, образующего n + катионов и n - анионов,
,
где n = n + + n -.
Аналогично определяют средний ионный коэффициент активности
и среднюю ионную моляльность m
,
где - моляльность электролита.
Активность электролита определяется как
Согласно закону ионной силы, коэффициенты активности ионов не зависят от конкретного вида ионов, находящихся в растворе, а зависят от ионной силы I раствора:
,
где zi - заряд иона (в единицах заряда протона), mi - его моляльная концентрация.
Согласно первому приближению теории Дебая-Хюккеля, можно рассчитать как коэффициент активности i отдельного иона
,
так и средний ионный коэффициент активности :
,
где z+ и z- заряды катиона и аниона, I - ионная сила раствора, A - константа, зависящая от диэлектрической проницаемости растворителя и температуры. Для водного раствора при 25o C A = 0.509.
ПРИМЕРЫ
Пример 11-1. Рассчитать активность электролита a и среднюю ионную активность a в 0.1 m растворе CaCl2 при 25 o C, если средний ионный коэффициент активности = 0.518.
Решение.
, где n = n + + n -
a = 0.518. 0.1.(11 .22)1/3 = 8.223.10-2
a(CaCl2) = (a )n = 5.56.10-4
Ответ. a = 8.223.10-2; a(CaCl2) = 5.56.10-4.
Пример 11-2. Рассчитать моляльность раствора Na2SO4. имеющего ионную силу 0.24 моль. кг-1.
Решение.
,
где m1 и m2 - моляльности катиона и аниона соли, равные соответственно m1 = 2m и
m2 = m, где m - моляльность раствора Na2SO4. Отсюда
0.24 = 0.5 (2m.12 + m.22)
m = 0.08 моль.кг-1.
Ответ. m = 0.08 моль. кг-1.
Пример 11-3. Растворимость AgCl в воде при 25 o C равна 1.274.10-5 моль. кг-1. Рассчитать: а) стандартную энергию Гиббса для реакции AgCl(тв) Ag+ (aq) + Cl- (aq); б) растворимость AgCl в 0.020 моль. кг-1 водном растворе K2SO4.
Решение. а) Константа равновесия для реакции AgCl(тв) Ag+ (aq) + Cl- (aq) равна
K = a(Ag+). a(Cl-). = . m2
Ионная сила раствора
I = m = 1.274.10-5 моль. кг-1.
Тогда
lg = -0.509. (1.274.10-5)0.5 = -1.82.10-3. откуда = 0.996
Следовательно
K = 0.9962 (1.274.10-5)2