Номер 149, страница 38 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

149. Как изменяется электропроводность раствора при увеличении концентрации в нём сильного электролита? Для каких целей на практике можно использовать это свойство раствора?

Как изменяется электропроводность раствора при увеличении концентрации в нём сильного электролита?

Электропроводность растворов электролитов обусловлена направленным движением ионов в электрическом поле. Сильные электролиты — это вещества (соли, сильные кислоты и основания), которые в растворе практически полностью диссоциируют на ионы. Зависимость электропроводности от концентрации сильного электролита является нелинейной и объясняется двумя противодействующими факторами: изменением числа носителей заряда и изменением их подвижности.

Для анализа этой зависимости используют две величины:

1. Удельная электропроводность ($κ$ или $σ$) — это проводимость единицы объёма раствора (например, 1 м³). Она напрямую зависит от количества ионов в этом объёме и их подвижности.

2. Молярная электропроводность ($Λ_m$) — это проводимость раствора, содержащего 1 моль электролита. Она связана с удельной электропроводностью и концентрацией ($c$) соотношением: $Λ_m = κ / c$. Эта величина характеризует среднюю способность ионов, образовавшихся из 1 моля вещества, переносить заряд.

При увеличении концентрации сильного электролита происходят следующие процессы:

- При низких и средних концентрациях: Увеличение концентрации ведёт к росту числа ионов в единице объёма. Хотя подвижность каждого отдельного иона немного уменьшается из-за усиления межионного взаимодействия (электростатическое торможение, или "ионная атмосфера"), преобладающим фактором является рост числа носителей заряда. В результате удельная электропроводность ($κ$) растёт.

- При высоких концентрациях: Расстояние между ионами становится очень малым. Силы межионного притяжения и отталкивания начинают значительно тормозить движение ионов, что приводит к резкому падению их подвижности. Кроме того, возможно образование ионных пар и более сложных ассоциатов, которые не участвуют в переносе заряда или имеют значительно меньший заряд. Вследствие этого, несмотря на дальнейшее увеличение общего числа ионов, их эффективная концентрация и подвижность падают настолько, что удельная электропроводность ($κ$) достигает максимального значения, а затем начинает снижаться.

Молярная же электропроводность ($Λ_m$) для сильных электролитов всегда уменьшается с ростом концентрации, что описывается для разбавленных растворов уравнением Кольрауша: $Λ_m = Λ_m^∞ - K√c$, где $Λ_m^∞$ — молярная электропроводность при бесконечном разбавлении, а $K$ — константа, зависящая от природы электролита и растворителя.

Ответ: С увеличением концентрации сильного электролита удельная электропроводность раствора сначала растёт (так как увеличивается число ионов — носителей заряда), затем достигает максимума и при очень высоких концентрациях начинает уменьшаться из-за значительного снижения подвижности ионов вследствие межионных взаимодействий.

Для каких целей на практике можно использовать это свойство раствора?

Зависимость электропроводности раствора от концентрации растворённого вещества нашла широкое применение в науке и технике. Измерение электропроводности — это быстрый, недорогой и высокочувствительный метод анализа, лежащий в основе кондуктометрии.

Основные области применения:

1. Определение концентрации растворов. Так как для каждого электролита существует определённая зависимость проводимости от концентрации (которую можно предварительно откалибровать), измерение электропроводности позволяет быстро определить концентрацию раствора. Это используется для контроля концентрации солей, кислот и щелочей в промышленных процессах.

2. Контроль качества воды. Электропроводность является ключевым показателем чистоты воды. Дистиллированная или деионизированная вода имеет очень низкую проводимость. Наличие примесей (растворённых солей) резко её увеличивает. Этот метод используется для оценки общей минерализации (солесодержания) питьевой, природной, сточной и технологической воды. Приборы для измерения общего содержания растворённых твёрдых веществ (TDS-метры) по сути являются кондуктометрами.

3. Кондуктометрическое титрование. Это метод определения точки эквивалентности в титриметрическом анализе путём измерения электропроводности раствора в ходе реакции. Например, при титровании сильной кислоты сильным основанием (HCl + NaOH → NaCl + H₂O) высокоподвижные ионы водорода H⁺ заменяются на менее подвижные ионы натрия Na⁺, что ведёт к падению проводимости. После точки эквивалентности в растворе появляются избыточные высокоподвижные гидроксид-ионы OH⁻, и проводимость снова начинает расти. Точка минимума на графике зависимости проводимости от объёма титранта соответствует точке эквивалентности.

4. Научные исследования. В физической химии кондуктометрия используется для определения констант диссоциации слабых электролитов, растворимости малорастворимых солей, изучения кинетики реакций, в которых изменяется количество или природа ионов.

Ответ: На практике свойство зависимости электропроводности от концентрации используется для: определения концентрации растворов солей, кислот и щелочей; контроля качества и степени чистоты воды (оценка общего солесодержания); проведения кондуктометрического титрования для определения точки эквивалентности в химических реакциях.