Вправа 47. Дайте означення солі, лугу і кислоти як електролітів. Солі — електроліти, які дисоціюють у водних розчинах або розплавах на катіони металічних елементів та аніони кислотних залишків. Луги — електроліти, які дисоціюють у водних розчинах або розплавах з утворенням аніонів одного типу — гідроксид-іонів OH–. Кислоти — електроліти, які дисоціюють у водних розчинах з утворенням катіонів одного типу — йонів Гідрогену Н+.
Вправа 48. Чи можуть бути електролітами прості речовини? Ні не можуть. Відповідь обґрунтуйте. Електролітами є речовини, які розпадаються у розчині чи розплаві на йони. Серед них є сполуки йонної будови та молекулярної будови з дуже полярним ковалентним зв'язком. А прості речовини - це речовини атомної і молекулярної будови з неполярним ковалентним зв'язком. Вони не розчиняються у воді (полярному розчиннику) або слабо розчиняються, причому молекули, потрапляючи у воду, не зазнають ніяких змін, тобто не розпадаються на йони.
Вправа 49. Складіть формулу солі та запишіть рівняння її електролітичної дисоціації, якщо в розчині сполуки містяться йони:
а) K+ та CO32-
K2CO3 = 2K+ + CO32-
б) Fe3+ та NO3–;
Fe(NO3)3 = Fe3+ + 3NO3-
в) Mg2+ та Cl–.
MgCl2 = Mg2+ + 2Cl-
Вправа 50. Напишіть рівняння електролітичної дисоціації у водному розчині сполук із такими формулами: LiOH, HNO3, CuSO4, H2S, K3PO4.
LiOH = Li+ + OH-
HNO3 = H+ + NO3-
CuSO4 = Cu2+ + SO42-
Гідроген сульфід дисоціює ступінчасто:
H2S = H+ + HS- - перша стадія
HS- = H+ + S2- - друга стадія
Зверніть увагу: заряд йона в лівій частині рівняння другої стадії дорівнює сумі зарядів двох йонів у правій частині.
K3PO4 = 3K+ + PO43-
Яка сполука дисоціює ступінчасто? Кислота H2S.
Вправа 51. Чому, на вашу думку, кальцій хлорид дисоціює в одну стадію і повністю (CaCl2 = Ca2++2Cl–), а не ступінчасто — у дві стадії? Бо є йонною речовиною.
При розчинені йонної речовини у воді кристали руйнуються і у розчині стають гідратованими всі йони, тому ця сіль (як і всі середні солі) дисоціює в одну стадію.
Вправа 52. Обчисліть кількість катіонів і кількість аніонів у розчині, що містить:
а) 2,4 г літій гідроксиду;
Відомо: m(LiOH)=2,4 г. Знайти: N(Li+), N(ОH-)-?
Розв’язування:
Кількість речовини у порції заданої маси обчислюємо за формулою n=m/M, де
M=Mr г/моль.
Mr(LiOH)=Ar(Li)+Ar(O)+Ar(H)=7+16+1=24; M(LiOH)=24 г/моль.
n(LiOH)=m(LiOH)/M(LiOH)=2,4 г : 24 г/моль = 0,1 моль
Запишемо рівняння електролітичної дисоціації:
LiOH (1 моль)= Li+ (1 моль) + OH- (1 моль)
n(Li+)=n(ОН-)=n(LiOН)=0,1 моль.
Число структурних частинок (йонів) знаходимо за формулою N=n•NА, де NА- стала Авогадро і чисельно дорівнює 6,02•1023 моль-1.
N(Li+)=N(ОН-)=n(Li+)•NА=0,1 моль • 6,02•1023 моль-1=0,602•1023= 6,02•1022
Відповідь: N(Li+)=N(OH-)= 6,02•1022.
б) 2,9 г калій сульфату.
Відомо: m(K2SO4)=2,9 г. Знайти: N(K+), N(SO42-)-?
Розв’язування:
Кількість речовини у порції заданої маси обчислюємо за формулою n=m/M, де
M=Mrг/моль.
Mr(K2SO4)=2•Ar(K)+Ar(S)+4•Ar(O)=2•39+32+4•16=174; M(K2SO4)=174 г/моль.
n(K2SO4)=m(K2SO4)/M(K2SO4)=2,9 г : 174 г/моль = 0,017 моль
Запишемо рівняння електролітичної дисоціації:
K2SO4 (1 моль) <--> 2K+ (2 моль) + SO42- (1 моль)
n(K+)=2•n(K2SO4)=2•0,017 моль = 0,034 моль
n(SO42-)=n(K2SO4)= 0,017 моль.
Число структурних частинок (йонів) знаходимо за формулою N=n•NА, де NА- стала Авогадро і чисельно дорівнює 6,02•1023 моль-1.
N(K+)=n(K+)•NА=0,034 моль • 6,02•1023 моль-1=0,2•1023=2,0•1022
N(SO42-)=n(SO42-)•NА=0,017 моль • 6,02•1023 моль-1=0,1•1023=1,0•1022
Відповідь: N(K+)=2,0•1022, N(SO42-)=1,0•1022.
Вправа 53. Яка масова частка гідроксид-іонів у розчині, який виготовили із 4 г натрій гідроксиду і 36 г води? (Усно.)
Відомо: m(NaOH)=4 г, m(H2O)=36 г. Знайти: w(OH-)-?
Розв'язування:
Кількість речовини у порції заданої маси обчислюємо за формулою n=m/M, де
M=Mrг/моль.
Mr(NaOH)=Ar(Na)+Ar(O)+Ar(H)=23+16+1=40; M(NaOH)=40 г/моль.
n(NaOH)=m(NaOH)/M(NaOH)=4 г : 40 г/моль = 0,1 моль
Запишемо рівняння електролітичної дисоціації:
NaOH (1 моль) <--> Na+ (1 моль) + OH- (1 моль)
n(OH-)=n(NaOН)= 0,1 моль.
Масу заданої кількості йонів речовини обчислюємо за формулою m=n•M, де
M=Mr г/моль.
Mr(OH-)=Ar(O)+Ar(H)=16+1=17, тому М(ОН-)=17 г/моль.
m(OH-)=n(OH-)•M(OH-)=0,1•17 г/моль = 1,7 г.
Знаходимо масу розчину:
m(розчину)=m(NaOH)+m(H2O)=4 г + 36 г = 40 г
Масову частку йонів речовини у розчині обчислюємо за формулою:
w(речовини)=m(речовини)/m(розчину)
w(OH-)=m(OH-)/m(розчину)=1,7 г/40 г=0,0425 або,
помноживши це число на 100%, одержимо 4,25%.
Відповідь: w(OH-)=0,0425, або 4,25%
Вправа 54. Газ хлороводень об’ємом 560 мл (н. у.) розчинили в 100 мл води. Припустивши, що сполука дисоціює повністю, обчисліть масові частки йонів у розчині.
Відомо: V(HCl)=560 мл=0,56 л, V(H2O)=m(H2O)=100 г. Знайти: w(H+)-?, w(Cl-)-?
Розв'язування:
Кількість речовини хлороводню у порції заданого об'єму обчислюємо за формулою n=V/VM, де VМ – постійна величина і за н.у. дорівнює 22,4 л/моль.
n(HCl)=V(HCl)/VM=0,56 л : 22,4 л/моль=0,025 моль
Запишемо рівняння дисоціації:
HCl (1 моль) <--> H+ (1 моль) + Cl- (1 моль)
n(H+)=n(Cl-)=n(HCl)=0,025 моль
Масу заданої кількості йонів речовини обчислюємо за формулою m=n•M, де
M=Mr г/моль.
m(H+)=n(H+)•M(H+)=0,025 моль•1 г/моль = 0,025 г.
m(Cl-)=n(Cl-)•M(Cl-)=0,025 моль•35,5 г/моль = 0,8875 г.
Масову частку йонів речовини у розчині обчислюємо за формулою:
w(речовини)=m(речовини)/m(розчину)
w(H+)=m(H+)/m(Н2О)=0,025 г/100 г=2,5•10-4, або,
помноживши це число на 100%, одержимо 0,025%.
w(Сl-)=m(Cl-)/m(Н2О)=0,8875 г/100 г=8,9•10-3, або 0,89%.
Відповідь: w(H+)=0,025%, w(Сl-)=0,89%.
Вправа 55. У 800 г води розчинили 1 моль натрій сульфату і 2 моль натрій гідроксиду. Обчисліть масову частку кожного йона, що міститься в розчині.
Відомо: m(H2O)=800 , n(Na2SO4)=1 моль, n(NaOH)=2 моль.
Знайти: w(Na+)-? w(SO42-)-?, w(OH-)-?
Розв'язування:
Запишемо рівняння дисоціації речовин:
Na2SO4 (1 моль) <--> 2Na+ (2 моль) + SO42- (1 моль);
NaOH (1 моль) <--> Na+ (1 моль) + OH- (1 моль)
З першого рівняння маємо:
n(Na+)=2•n(Na2SO4)=2•1 моль=2 моль
n(SO42-)=n(Na2SO4)=1 моль
З другого рівняння маємо:
n(Na+)=1•n(NaОН)=1•2 моль=2 моль
n(OH-)=1•n(NaОН)=1•2 моль=2 моль
Сумарна кількість йонів Натрію n(Na+)=2 моль+2 моль=4 моль.
Масу заданої кількості йонів речовини обчислюємо за формулою m=n•M, де
M=Mr г/моль.
Mr(Na+)=Ar(Na)=23, тому М(Na+)=23 г/моль.
m(Na+)=n(Na+)•M(H+)=4 моль•23 г/моль = 92 г.
Mr(OH-)=Ar(O)+Ar(H)=16+1=17, тому М(ОН-)=17 г/моль.
m(OH-)=n(OH-)•M(OH-)=2 моль •17 г/моль = 34 г.
Mr(SO42-)=Ar(S)+4•Ar(O)=32+4•16=96, тому М(SO42-)=96 г/моль.
m(SO42-)=n(SO42-)•M(SO42-)=1 моль•96 г/моль = 96 г.
Знаходимо масу розчину:
m(розчину)=m(Na+)+m(OH-)+m(SO42-)+m(H2O)=
=92 г + 34 г + 96 г + 800 г=1022 г.
Масову частку йонів речовини у розчині обчислюємо за формулою:
w(речовини)=m(речовини)/m(розчину)
w(Na+)=m(Na+)/m(розчину)=92 г/1022 г=0,09, або 9%.
w(OH-)=m(OH-)/m(розчину)=34 г/1022 г=0,033, або 3,3%.
w(SO42-)=m(SO42-)/m(розчину)=96 г/1022 г=0,094, або 9,4%.
Відповідь: w(Na+)=9%, w(OH-)=3,3%, w(SO42-)=9,4%.
Вправа 56. В 1 л води деякого джерела міститься 60 мг йонів Сa2+ та 36 мг йонів Mg2+. Зіставте кількості цих йонів (спробуйте це зробити на підставі усних обчислень) і виберіть правильну відповідь:
а) йонів Ca2+ і Mg2+ — однакова кількість;
б) йонів Ca2+ більше, ніж йонів Mg2+;
в) йонів Mg2+ більше, ніж йонів Ca2+.
Відомо: m(Ca2+)=60 мг = 0,06 г, m(Mg2+)=36 мг = 0,036 г.
Знайти: n(Ca2+)-? n(Mg2+)-?
Розв'язування:
Кількість речовини йонів у порції заданої маси обчислюємо за формулою n=m/M, де
M=Mrг/моль.
Mr(Сa2+)=Ar(Сa)=40, тому М(Са+)=40 г/моль.
n(Сa2+)=m(Сa2+)/M(Ca2+)=0,06 г : 40 г/моль=0,0015 моль.
Mr(Mg2+)=Ar(Mg)=24, тому М(Mg2+)=24 г/моль.
n(Mg2+)=m(Mg2+)/M(Mg2+)=0,036 г : 24 г/моль=0,0015 моль.
Відповідь: однакова кількість йонів.