Номер 5, страница 318 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 67. Химическое равновесие в растворах. Глава 6. Теоретическое описание химических реакций - номер 5, страница 318.

Условие.

5. Используя принцип Ле Шателье, объясните, почему степень диссоциации слабой кислоты увеличивается с разбавлением раствора.

Решение.

Решение 2.

Решение

Процесс диссоциации слабой одноосновной кислоты (обозначим ее как $HA$) в водном растворе является обратимым и описывается следующим уравнением химического равновесия:

$HA \rightleftharpoons H^+ + A^-$

К этой системе, находящейся в состоянии равновесия, применим принцип Ле Шателье. Согласно этому принципу, если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказывается внешнее воздействие (изменение концентрации, давления или температуры), то равновесие смещается в направлении, которое ослабляет это воздействие.

В данном случае внешним воздействием является разбавление раствора. Разбавление — это добавление растворителя (воды), что приводит к одновременному уменьшению концентрации всех растворенных частиц: недиссоциированных молекул кислоты ($HA$), ионов водорода ($H^+$) и анионов кислотного остатка ($A^-$).

Система стремится противодействовать этому изменению, то есть увеличить общее число частиц в растворе. Давайте проанализируем уравнение реакции. В левой части уравнения находится 1 частица (молекула $HA$), а в правой — 2 частицы (ионы $H^+$ и $A^-$). Чтобы увеличить общее число частиц в единице объема и тем самым частично скомпенсировать эффект разбавления, равновесие должно сместиться вправо, в сторону продуктов реакции.

Смещение равновесия вправо означает, что дополнительное количество молекул кислоты $HA$ будет диссоциировать на ионы. Степень диссоциации ($\alpha$) — это отношение числа диссоциированных молекул к общему числу молекул кислоты в растворе. Поскольку при разбавлении доля диссоциированных молекул увеличивается, то и степень диссоциации $\alpha$ возрастает.

Этот вывод также подтверждается математически законом разбавления Оствальда. Константа диссоциации кислоты $K_a$ выражается как:

$K_a = \frac{[H^+][A^-]}{[HA]} = \frac{(C\alpha)(C\alpha)}{C(1-\alpha)} = \frac{C\alpha^2}{1-\alpha}$

где $C$ – начальная молярная концентрация кислоты, а $\alpha$ – степень диссоциации. Для слабых кислот $\alpha \ll 1$, поэтому знаменатель $(1-\alpha) \approx 1$. Тогда выражение упрощается:

$K_a \approx C\alpha^2$

Отсюда можно выразить степень диссоциации:

$\alpha \approx \sqrt{\frac{K_a}{C}}$

Из этой формулы видно, что при разбавлении раствора концентрация $C$ уменьшается. Поскольку $K_a$ является константой при данной температуре, уменьшение знаменателя $C$ приводит к увеличению значения дроби, а следовательно, и к увеличению степени диссоциации $\alpha$.

Ответ:

При разбавлении раствора слабой кислоты уменьшается концентрация всех частиц в растворе (молекул и ионов). В соответствии с принципом Ле Шателье, система противодействует этому воздействию путем смещения равновесия в сторону образования большего числа частиц. В реакции диссоциации $HA \rightleftharpoons H^+ + A^-$ из одной частицы образуются две. Поэтому равновесие смещается вправо, в сторону диссоциации, что приводит к увеличению степени диссоциации кислоты.