Электролитическая диссоциация

Electrolytic dissociation

 

Автор: Бадмаева Антонина Борисовна

МБОУ «ЭМГ», Элиста, Республика Калмыкия, Россия

e-mail: ox1genium@yandex.ru

Badmaeva Antonina Borisovna

Elista, Republic Of Kalmykia, Russia

e-mail: ox1genium@yandex.ru

 

Аннотация: Развитие логического мышления обучающихся является одним из приоритетных направлений работы школы. Технология "Укрупнение дидактических единиц" раскрывает возможности деятельности, познания, реализации и развития способностей обучающихся.

Abstract: The development of the logical thinking of students is one of the priority areas of the school's work. The technology "The consolidation of didactic units" reveals the possibilities of activity, cognition, implementation and development of the abilities of learners.

Ключевые слова: Электролитическая диссоциация, укрупнение дидактических единиц.

Keywords: Electrolytic dissociation, consolidation of didactic units.

Тематическая рубрика: Химия и материаловедение.

 

Одним из взаимосвязанных подходов к обучению, рассматриваемые в публикации, является обеспечение единства процессов составления и решения задач. Составление и решение обратной задачи выступает простым и удобным критерием развития творческого мышления обучающихся – она «всегда приводит ученика к постановке новых проблем» (П.М. Эрдниев).  

Укрупнение дидактических единиц – это технология обучения, обеспечивающая самовозрастание знаний учащегося благодаря активизации у него подсознательных механизмов переработки информации посредством сближения во времени и пространстве мозга взаимодействующих компонентов доказательной логики и положительных эмоций (П.М. Эрдниев).

П.М. Эрдниев – педагог-новатор, автор научной школы высокоэффективной технологии математического образования укрупнением дидактических единиц (УДЕ), доктор педагогических наук, академик РАО, заслуженный деятель науки РСФСР, Лауреат премии Президента РФ (1998 г.), создал в России свою школу последователей УДЕ (учителя-экспериментаторы, методисты, ученые), автор многочисленных публикаций, монографий и учебных пособий, научный руководитель аспирантов и ученых (20 кандидатских и более 10 докторских диссертаций по проблемам внедрения технологии УДЕ в массовую практику школ и вузов).

Укрупненная дидактическая единица обладает качествами системности и целостности, устойчивостью к сохранению во времени и быстрым проявлением в памяти. Особую актуальность УДЕ приобретает в условиях введения ФГОС. Принципы технологии УДЕ способствуют формированию универсальных учебных действий, ключевых метапредметных компетенций, развитию учебно-познавательных возможностей обучающихся.

Главная особенность укрупнения единицы усвоения – создание условий для постижения богатства связей и переходов между компонентами единого знания.

Укрупненная дидактическая единица определяется не объемом химической информации, а наличием связей при выполнении обратных задач. С точки зрения психологии, составление обратной задачи является гораздо более сложным мыслительным процессом, чем решение готовой задачи, процедура составления которой требует активизации познавательной деятельности обучающихся. Иногда составление и решение обратной задачи становится условием понимания прямой задачи. Таким образом, анализ прямых и обратных задач в их разнообразных соотношениях, определение информационной основы задач, значительно активизирует мыслительную деятельность обучающихся и способствует организации урока на достаточно высоком методическом уровне.

Матрица-обращение позволяет моделировать условия и определить неизвестный вопрос для обратных задач (Б. П. Эрдниев). От числа физических параметров прямой расчетной задачи в основном зависит и число обратных задач. В отличие от общепринятой записи условий задач предлагается строчная запись, внесенная в матрицу. Непременным условием решения обратных задач является составление текста задачи. Совокупность прямой и обратной задач приводит к достижению системности знаний по химии.

 

Электролитическая диссоциация

Степень электролитической диссоциации – величина переменная.

 Степень электролитической диссоциации.

Задача 1. В 1 литре воды растворили 2,5 моль фтороводорода. Полученный раствор содержит 0,07 моль ионов водорода. Определите степень диссоциации фтороводородной кислоты в процентах. Какой это электролит – сильный или слабый?

Матрица 1. Степень электролитической диссоциации.

№	ν0(НF), моль	ν(Н+), моль	α(НF), %
1	2,5	0,07
2	2,5		2,8
3		0,07	2,8

 

Обратные задачи:

Задача 1. В одном литре воды растворили 2,5 моль фтороводорода. Степень диссоциации фтороводородной кислоты составила 2,8%. Вычислите количество ионов водорода в растворе.  

Решение.

Уравнение диссоциации: HF     Н+ + F–,

α(НF) = ν(НF)/ν0(НF); α(НF) → ν(НF) → ν(Н+).

Задача 2. Какое количество фтороводорода растворили в одном литре воды, если полученный раствор кислоты содержит 0,07 моль ионов водорода. Степень диссоциации кислоты составила 2,8%. Какой это электролит – сильный или слабый?

Задача 3. В растворе синильной кислоты концентрацией 0,1 М при 18 oС из каждого миллиона молекул только 100 диссоциируют на ионы. Рассчитайте степень диссоциации синильной кислоты в этом растворе. Чему равна концентрация ионов водорода в растворе?

Решение.

Уравнение диссоциации: HCN          Н+ + CN–

α(HCN) = N(HCN)/N0(HCN); α(HCN) = ν(HCN)/ν0(HCN);

N(HCN) → α(HCN) → ν(HCN) → ν(Н+) → с(Н+)

100 молекул → 1 · 10-4 → 1 · 10-5 моль → 1 · 10-5 моль/л.

 

Матрица 2. Степень электролитической диссоциации.

№	N0(HCN), молекул	N(HCN),молекул	c(HCN), моль/л	α(HCN),%	с(Н+),моль/л
1	1 · 106	100	0,1
2	1 · 106	100			1 · 10-5
3	1 · 106		0,1	1 · 10-4
4		100	0,1	1 · 10-4

 

Обратные задачи: 

Задача 1. В растворе синильной кислоты при 18 oС из каждого миллиона молекул HCN только 100 диссоциируют на ионы. Рассчитайте степень диссоциации синильной кислоты в этом растворе. Чему равна концентрация синильной кислоты в растворе, если концентрация ионов водорода в растворе равна 1 · 10-5 моль/л.

Решение: с(Н+) → ν(Н+) → ν(HCN) → ν0(HCN) → c(HCN).

Задача 2. Рассчитайте число молекул в растворе синильной кислоты, продиссоциированных на ионы из каждого миллиона молекул, с концентрацией 0,1 моль/л. Степень диссоциации синильной кислоты в этом растворе равна 1 · 10-4%. Чему равна концентрация ионов водорода в растворе?

Решение. α(HCN) → N(HCN),  с(HCN) → ν0(HCN) → ν(HCN) → ν(Н+) → с(Н+).

Задача 3. Рассчитайте, из какого числа молекул синильной кислоты только 100 диссоциируют на ионы в растворе с концентрацией 0,1 моль/л. Степень диссоциации синильной кислоты в этом растворе равна 1 · 10-4. Чему равна концентрация ионов водорода в растворе?

Решение: α(HCN) → N0(HCN), с(HCN) → ν0(HCN) → ? → ? → с(Н+).

 

Степень диссоциации зависит от природы электролита.

Сравните значение степени электролитической диссоциации в 0,5 М растворе при 25 oС следующих кислот: НСl (0,876), HBr (0,899), HI (0,901) и сделайте вывод о силе электролита. Данные кислоты – сильные электролиты, но более сильной кислотой является иодоводородная кислота.

Задача 1. Степень диссоциации уксусной кислоты в 0,1 М растворе равна 1,3%. Рассчитайте массу катионов водорода в 0,5 л раствора уксусной кислоты.

Решение.

СН3СООН          СН3СОО– + Н+

α(СН3СООН) = ν(СН3СООН) /ν0 (СН3СООН),

ν(СН3СООН) = 0,013 ∙ 0,1 = 0,0013 моль в 1 л раствора,

а в 0,5 л 0,00065 моль СН3СООН.

ν(Н+) = 6,5 ∙ 10–4 моль, m(Н+) = 6,5 ∙ 10–4 г.

 

Матрица 1. Степень диссоциации слабых электролитов.

№	α(СН3СООН), %	с(СН3СООН), моль/л	V(СН3СООН), л	m(Н+), г
1	1,3	0,1	0,5
2	1,3	0,1		6,5 ∙ 10–4
3	1,3		0,5	6,5 ∙ 10–4
4		0,1	0,5	6,5 ∙ 10–4

 

Задача 2. Степень диссоциации уксусной кислоты в 0,1 М растворе равна 1,3%. Рассчитайте объем уксусной кислоты, содержащей 6,5 ∙ 10–4 г катионов водорода. 

Задача 3. Рассчитайте молярную концентрацию уксусной кислоты, если в 0,5 л раствора содержится 6,5 ∙ 10–4 г катионов водорода, а степень диссоциации кислоты равна 1,3% .

Задача 4. Рассчитайте степень диссоциации уксусной кислоты в 0,1 М растворе, если в 0,5 л раствора содержится 6,5 ∙ 10–4 г катионов водорода.

Решение.

 m(Н+) → ν(Н+) → ν(СН3СООН),

α(СН3СООН) = 1,3 ∙ 10–3/0,1= 0,013 или 1,3%.

 

Задача 5. В 0,1 л 0,5 М раствора фтороводородной кислоты содержится 0,3612 ∙ 1021 ионов водорода. Вычислите степень диссоциации фтороводородной кислоты.

Решение.

НF         Н+ + F–, N(H+) → ν(H+) → ν(НF),

α(НF) = ν(НF)/ν0(НF); α(HF) = 0,0006/0,05 = 0,012 или 1,2% .

 

Матрица 2. Степень диссоциации слабых электролитов.

№	V(HF), л	с(HF), моль/л	N(H+)	α(HA), %
1	0,1	0,5	0,3612 ∙ 1021
2	0,1	0,5		1,2
3	0,1		0,3612 ∙ 1021	1,2
4		0,5	0,3612 ∙ 1021	1,2

 

Обратные задачи:

Задача 1. Рассчитайте число ионов водорода в 0,1 л 0,5 М раствора фтороводородной кислоты, если степень диссоциации кислоты равна 1,2% .

Решение.

α(НF) → ν(НF) → ν(H+) → N(H+). 

Задача 2. Рассчитайте молярную концентрацию фтороводородной кислоты в растворе объёмом 0,1 л, если содержание ионов водорода составляет 0,3612 ∙ 1021 и степень диссоциации кислоты равна 1,2% .

Решение. α(НF) → ν0(НF) → с(НF).

Задача 3. Рассчитайте объем 0,5 М раствора фтороводородной кислоты содержащей 0,3612 ∙ 1021 ионов водорода, если степень диссоциации кислоты равна 1,2% .

Степень электролитической диссоциации количественно характеризует силу электролитов.

 

Составление задач:

Задача 1. В 0,2 л 0,5 М раствора фтороводородной кислоты содержится 1,505 ∙ 1021 ионов водорода. Вычислите степень диссоциации фтороводородной кислоты. (α(НF) = 2,5%).

Задача 2. В 0,1 л 0,7 М раствора фтороводородной кислоты содержится 0,4214 ∙ 1021 ионов водорода. Вычислите степень диссоциации фтороводородной кислоты. (α(НF) = 1,0%).

Константа диссоциации:

Задача 1. В 0,02 М растворе фосфоновой кислоты концентрация ионов гидроксония равна 0,005 М. Вычислите константу диссоциации фосфоновой кислоты по первой ступени.

 

Матрица 1. Константа диссоциации.

№	с(Н2РНО3), моль/л	[Н3О +], моль/л	Ка(Н2РНО3)
1	0,02	0,005
2	0,02		1,67 ∙ 10–3
3		0,005	1,67 ∙ 10–3

 

Обратные задачи:

Задача 1. Константа диссоциации фосфоновой кислоты по первой ступени равна

1,67 ∙ 10–3. Вычислите молярную концентрацию ионов гидроксония в 0,02 М растворе фосфоновой кислоты.

Решение.

Н2РНО3 + Н2О          Н(РНО3) – + Н3О+ 

Kа = [Н(РНО3) –] ∙ [Н3О+]/[Н2РНО3];

1,67 ∙ 10–3 = x ∙ x /(0,02 – x), x = 0,005, [Н3О+] = 0,005 моль/л.

Задача 2. Константа диссоциации фосфоновой кислоты по первой ступени равна 1,67 ∙ 10–3. Вычислите молярную концентрацию фосфоновой кислоты, если концентрация ионов гидроксония в растворе равна 0,005 М.

Решение: 1,67 ∙ 10–3 = 0,005 ∙ 0,005/(x – 0,005), с(Н2РНО3) = 0,02 моль/л.

Задача 3. Рассчитайте значение концентрации ионов водорода в растворе аммиака с концентрацией 1,5 моль/л. Константа диссоциации аммиака равна 1,79 ∙ 10–5. Чему равен показатель основности аммиака?

 

Матрица 2. Константа диссоциации.

№	с(NH3), моль/л	Kb(NH3)	[H+], моль/л
1	1,5	1,79 ∙ 10–5
2	1,5		2,0 ∙ 10–12
3		1,79 ∙ 10–5	2,0 ∙ 10–12

 

Обратные задачи: 

Задача 1. Рассчитайте значение константы диссоциации аммиака в растворе с концентрацией 1,5 моль/л, если концентрация ионов водорода в растворе аммиака равна 2,0 ∙ 10–12. Чему равен показатель основности аммиака?

Решение.

NH3 ∙ H2O          NH4+ + ОН–

[ОН–] = Kb/[H+]; [ОН-] = 1,0 ∙ 10–14/2,0 ∙ 10–12 = 5 ∙ 10–3,

Kb(NH3) = 5 ∙ 10–3 ∙ 5 ∙ 10–3/1,5 – 0,005 = 1,79 ∙ 10–5.

pKb = – lgKb; pKb = – lg1,79 ∙ 10–5 = 4,75.

Задача 2. Рассчитайте концентрацию аммиака в растворе, если концентрация ионов водорода равна 2,0 ∙ 10–12, а константа диссоциации аммиака составляет 1,79 ∙ 10–5. Чему равен гидроксильный и водородный показатели?

Решение.  

рОН = – lg с(ОН–); рОН = –  lg 5 ∙ 10–3 = 2,30, рН = 11,70.

Задача 3. Никотиновая кислота является единственным витамином (витамин РР или В3), который относится к лекарственным препаратам и является биологически активным веществом. Константа диссоциации одноосновной β-пиридинкарбоновой кислоты равна 1,5 ∙ 10–5. Рассчитайте концентрацию ионов водорода и рН 0,1 М раствора. Определите степень диссоциации никотиновой кислоты и показатель кислотности.

Решение.

НООCС5Н4N           H+ + – ООCС5Н4N

Kа = [–ООCС5Н4N] ∙ [Н+] /[НООCС5Н4N];

1,5 ∙ 10–5 = x ∙ x /(0,1 – x), x = 1,2 ∙ 10–3, [Н+] = 1,2 ∙ 10–3 М;

рН = – lg[Н+] = – lg 1,2 ∙ 10–3 = 2,92. α = 0,0012/0,1 = 0,012 или 1,2%; рKa = – lgKa;  

 рKa = – lg 1,5 ∙ 10–5 = 4,846.

 

Матрица 3. Константа диссоциации.

№	Ka	c, М	[H+], М	pH	α, %	pKa
1	1,5 ∙ 10–5	0,1
2	1,5 ∙ 10–5		1,2 ∙ 10–3
3	1,5 ∙ 10–5			2,92
4		0,1	1,2 ∙ 10–3
5		0,1		2,92
6		0,1				4,846

 

Обратные задачи:

Задача 1.Константа диссоциации никотиновой (одноосновной β-пиридинкарбоновой) кислоты равна 1,5 ∙ 10–5. Рассчитайте молярную концентрацию кислоты и рН раствора, если концентрация ионов водорода равна 1,2 ∙ 10–3. Определите степень диссоциации никотиновой кислоты и показатель кислотности.

Задача 2. Константа диссоциации никотиновой (одноосновной β-пиридинкарбоновой) кислоты равна 1,5 ∙ 10–5. Рассчитайте молярную концентрацию кислоты и концентрацию ионов водорода, если рН раствора равен 2,92. Определите степень диссоциации и показатель кислотности никотиновой кислоты.

Задача 3. Вычислите константу диссоциации и показатель кислотности никотиновой кислоты, если концентрация ионов водорода в 0,1 М растворе равна 1,2 ∙ 10–3 М. Рассчитайте рН раствора никотиновой кислоты и степень диссоциации. 

Задача 4. Вычислите константу диссоциации и показатель кислотности никотиновой кислоты. Рассчитайте концентрацию ионов водорода в 0,1 М растворе кислоты и степень диссоциации, если рН раствора равен 2,92.

Задача 5. Вычислите константу диссоциации, если показатель кислотности никотиновой кислоты равен 4,846. Рассчитайте концентрацию ионов водорода в 0,1 М растворе кислоты, рН раствора и степень диссоциации кислоты.

 

Задача 1. Константа диссоциации азотистой кислоты равна 5,1 ∙ 10-4. Вычислите степень диссоциации азотистой кислоты: а) в децимолярном растворе; б) в сантимолярном растворе; в) в миллимолярном растворе.

Решение. 

Закон разбавления Оствальда: Ка = α2с, α = 22,6%.

 

Матрица 1. Константа диссоциации.

№	Ka(НNO3)	c, М	α, %
1	5,1 ∙ 10-4	0,01
2	5,1 ∙ 10-4		22,6
3		0,01	22,6

 

Обратные задачи:

Задача 1. Вычислите константу диссоциации азотистой кислоты, если  степень диссоциации азотистой кислоты в децимолярном растворе равна 22,6%.

Решение. Закон разбавления Оствальда: Ка = α2с; Ка = 5,1 ∙ 10-4.

 

Литература: 

1. Кузьменко Н. Е, Еремин В. В. 2500 задач по химии для школьников и поступающих в вуз. – М.: Оникс 21 век. Мир и образование, 2002.

2. Лидин Р. А, Аликберова Л. Ю. Химия. Справочник для старшеклассников и поступающих в вузы. – М.:Аст-Пресс школа, 2007.

3. Пузаков С. А., Попков В. А. Пособие по химии для поступающих в вузы. – М.: 2001.

4. Эрдниев П. М, Эрдниев Б. П. Укрупнение дидактических единиц в обучении математике. – М.: «Просвещение», 1986.

5. Эрдниев Б. П. Матрицы в обучении. – Элиста: Калмыцкий университет, 1990 .

6. Эрдниев П. М. Укрупнение дидактических единиц как технология обучения (часть І,II). – М.: «Просвещение», 1992.