Растворы

Растворы
Раствор – это двух- или многокомпонентная гомогенная
однофазная система, в которой одно вещество равномерно
распределено в среде другого или других веществ.
Растворитель – это компонент, присутствующий в избытке по
сравнению с другими.
Различные способы выражения
концентрации растворов
1. Молярная концентрация
C
количество моль растворенного вещества
1 л (дм 3 ) раствора
Размерность: моль/л или М.
2. Моляльная концентрация
m
Размерность: моль/кг.
количество моль растворенного вещества
1 кг растворителя
Различные способы выражения
концентрации растворов
3. Массовый процент (процентная концентрация):
масса растворенного вещества
w
100 г растворa
Размерность: г/100 г раствора.
4. Мольная доля
количество моль i  ого компонента
x
сумма моль всех компонентов
Величина безразмерная.
Тема: ЭЛЕКТРОХИМИЯ
1.Электролиты. Классификация электролитов.
Закон Оствальда.
2. Электрическая проводимость растворов
Электролитов. Кондуктометрия.
3. Электродвижущие силы электрохимических
элементов.
4.Типы электродов. Уравнение Нернста.
Химические цепи.
Раздел: Электролиты
Электролиты – химические соединения, полностью либо
частично диссоциирующие на ионы в растворе.
Классификация электролитов
Сильные электролиты
Электролиты
в
растворах
диссоциируют
практически
нацело.
Например: HCl, HNO3, H2SO4,
NaOH, KOH, NaCl, K2SO4 и
др.
Слабые электролиты
Электролиты
в
растворах
диссоциируют частично и в
растворе
устанавливается
динамическое равновесие между
ионами и недиссоциированными
молекулами.
Например: CH3COOH, H2CO3,
H3PO4, H2S, NH4OH
Сванте Август Аррениус
шведский физико-химик и астрофизик,
лауреат Нобелевской премии по химии
степень диссоциации () – отношение числа молекул
электролита, распавшихся в растворе на ионы, к
первоначальному числу его молекул в растворе.
Раздел: Закон Оствальда
Вильгельм Фридрих Оствальд
немецкий физико-химик и философидеалист, лауреат лауреат
Нобелевской премии по химии
Электролитическая диссоциация слабого
электролита
Исходное
CH 3COOH  CH 3COO   H 
С
-
Продиссоц.
-


Равновесие
С(1-)
С
С
По закону действующих масс константа
(равновесия) выражается уравнением:
K
C H   CCH COO 
3
CCH 3COOH
диссоциации
 2 C

1
где C – молярная концентрация электролита, моль/л;  – степень
диссоциации электролита.
Электрическая проводимость растворов
электролитов
Электрическая проводимость растворов электролитов (L) –
это способность электролитов проводить электрический ток.
1
L
R
Виды электрической проводимости
Удельная
Молярная
Удельная электрическая проводимость (  )
–
электрическая
проводимость
объема
раствора,
заключенного между двумя параллельными электродами
площадью 1 м2, расположенными на расстоянии 1 м друг от
друга.

Единицы измерения:
1


l
RS
См/м (См – сименс).
Зависимость удельной электрической проводимости сильных
и слабых электролитов от концентрации раствора
Молярная электрическая проводимость (λ) –
электрическая
проводимость
объема
раствора
электролита,
содержащего
1
моль-эквивалент
растворенного вещества, находящегося между двумя
параллельными
электродами,
расположенными
на
расстоянии 1 м друг от друга.
Единицей измерения молярной электрической проводимости
является См∙м2/моль.
Зависимость λ от подвижностей ионов
    
Для предельно разбавленных растворов (С→0, α→1)
справедливо равенство
,
    
Закон независимого движения ионов Кольрауша (закон
аддитивности электрической проводимости): молярная
электрическая проводимость при предельном разведении
равна сумме подвижностей ионов при предельном разведении.
Зависимость молярной электрической проводимости
сильных и слабых электролитов от концентрации
раствора
В разбавленных
растворах слабых
электролитов
электрическое
взаимодействие между
ионами мало.
В растворах сильных
электролитов изменение
молярной электрической
проводимости зависит от
электростатического
взаимодействия ионов.
Связь удельной и молярной электрической проводимости
1000


C
Кондуктометрия
Кондуктометрия – метод исследования, основанный на
измерении электрической проводимости растворов электролитов.
Практическое применение
1. Определяют константу и степень диссоциации слабых
электролитов;
2. Определяют
растворимость
и
произведение
растворимости малорастворимых соединений;
3. Определяют основность органических кислот;
4. Определяют степень минерализации почв, вод и
грунтов.
Определение константы и степень диссоциации уксусной
кислоты
По закону действующих масс константа диссоциации
(равновесия) выражается уравнением:
K
CH   CCH
3 COO

CCH 3COOH
Согласно
закону (закон разбавления Оствальда):
.
2 C
K
1
.
В разбавленных растворах слабых электролитов степень
диссоциации определяют по уравнению:



Электродвижущие силы
электрохимических элементов
Основные понятия и определения
Электрод в электрохимическом элементе есть двух- или
трехфазная система, состоящая из окисленной и
восстановленной форм одного и того же вещества,
находящихся в равновесии.
Условный электродный потенциал (Е(+) или E()), или
просто
электродным
потенциалом,
называют
ЭДС
гальванического элемента, составленного из данного
электрода и второго электрода, электродный потенциал
которого условно принят за нуль.
Правила записи электрохимических элементов
 для электродов (полуэлементов): вещества, находящихся в
растворе, указываются слева от вертикальной черты, справа
указываются вещества, образующие другую фазу, или
электродный материал. Если одна фаза содержит несколько
веществ, то их символы разделяются запятыми;
 для электрохимических цепей: слева располагается электрод,
имеющий более отрицательный потенциал. По краям цепей
записываются металлы. Растворы обоих электродов отделяются
вертикальной пунктирной линией, если они контактируют друг с
другом;
 если между растворами находится солевой мостик, то растворы
обоих электродов отделяются двумя сплошными линиями.
Уравнение Нернста
Зависимость равновесного электродного потенциала (Ер) от
активностей компонентов реакции выражается
aOx
b0  aOx
RT

0
Eр  E 
ln
 Eр  ln
zF  aRe d
z  aRe d
0
р
RT
b0 
 0,02569 B;
F
RT
b  2,303
 0,05916 B
F
Типы электродов
1. Первого рода
2. Второго рода
3. Амальгамные
4. Газовые
5. Окислительно-восстановительные
Электроды первого рода
Металлические электроды – электроды, состоящие из
металла, погруженного в раствор, содержащий катионы
этого металла.
Схематическая запись:
Zn2  / Zn0
Электродная реакция:
Zn 2  2e  Zn
Уравнение Нернста:
EZn 2 / Zn  E
E
0
Zn 2 / Zn
0
Zn 2 / Zn
b aZn 2
 lg

2 aZn
b
 lg aZn 2 , т.к. aZn  1
2
Электроды первого рода
Неметаллические электроды – электроды, состоящие из
неметалла, погруженного в раствор, содержащий анионы этого
неметалла.
2
0
Схематическая запись:
Se / Se
Электродная реакция:
Se  2e  Se
2
Электроды второго рода
Электрод, состоящий из металла, покрытый
малорастворимым соединением этого металла и погруженный
в раствор соли, содержащий анионы малорастворимого
соединения.

Схематическая запись: Cl / AgCl, Ag
Электродные реакции
AgCl  1e  Ag  Cl
,

Окислительно-восстановительные электроды
Электроды, состоящие из инертного металла, погруженного
в раствор, содержащий ионы какого-либо вещества в
окисленной и восстановленной формах.
3
2
Схематическая запись:
Fe , Fe / Pt
Электродная реакция:
Fe
3
 1e  Fe
2
Газовые электроды – электроды, состоящие из инертного
металла (обычно Pt), находящегося в одновременном
контакте с газом и с раствором, содержащем ионы этого газа.

Схематическая запись:
H / H 2 ( Pt )
Амальгамные электроды – электроды, состоящие из
амальгамы металла (раствора металла в ртути),
погруженного в раствор, содержащий катионы этого
металла. Например, амальгамный кадмиевый электрод.
2
Схематическая запись:
Cd / Cd ( Hg )
Электродная реакция:
2
Cd
 2e  Hg  Cd ( Hg )
Электрохимические элементы
Электрохимические (гальванические) элементы – это
устройства для получения электрического тока за счет
самопроизвольного протекания электрохимических реакций
на электродах.
Электродвижущая сила (ЭДС) гальванического элемента
вычисляется как разность двух условных электродных
потенциалов, каждый из которых вычисляется по
уравнению Нернста
Е = Е(+) – Е().
Химические цепи
1. Химические цепи с одним электролитом
1.1. В химических цепях первого вида один электрод
обратим относительно катиона, другой – относительно
аниона.
()Cd / CdCl2 ( aq) / Hg 2Cl2 , Hg ()
1.2. В химических цепях второго вида оба электрода
обратимы относительно аниона.
() Ag , AgCl / KCl( aq) / Cl2 , Pt ()
Применение метода ЭДС
1.Определение рН растворов
2.Определение среднего коэффициента
активности
3. Определение термодинамических
констант
4.Определение термодинамических
потенциалов