【离子强度计算例题】在分析溶液中的离子行为时,离子强度是一个重要的参数。它反映了溶液中所有离子的浓度及其电荷数对整体离子活动的影响。离子强度(I)的计算公式为:
$$
I = \frac{1}{2} \sum_{i=1}^{n} c_i z_i^2
$$
其中,$ c_i $ 是第 $ i $ 种离子的浓度(单位:mol/L),$ z_i $ 是该离子的电荷数。
下面通过一个具体的例题来展示如何计算离子强度。
例题:
某溶液中含有以下离子:
- Na⁺:0.1 mol/L
- Cl⁻:0.1 mol/L
- Mg²⁺:0.05 mol/L
- SO₄²⁻:0.05 mol/L
求该溶液的离子强度。
解题过程:
根据离子强度公式,分别计算每种离子的贡献,并将它们相加后乘以 1/2。
1. Na⁺ 的贡献:
$$
c = 0.1,\quad z = +1 \Rightarrow c \cdot z^2 = 0.1 \times 1^2 = 0.1
$$
2. Cl⁻ 的贡献:
$$
c = 0.1,\quad z = -1 \Rightarrow c \cdot z^2 = 0.1 \times (-1)^2 = 0.1
$$
3. Mg²⁺ 的贡献:
$$
c = 0.05,\quad z = +2 \Rightarrow c \cdot z^2 = 0.05 \times 2^2 = 0.05 \times 4 = 0.2
$$
4. SO₄²⁻ 的贡献:
$$
c = 0.05,\quad z = -2 \Rightarrow c \cdot z^2 = 0.05 \times (-2)^2 = 0.05 \times 4 = 0.2
$$
总结表格:
离子 | 浓度 (mol/L) | 电荷数 (z) | $ c \cdot z^2 $ |
Na⁺ | 0.1 | +1 | 0.1 |
Cl⁻ | 0.1 | -1 | 0.1 |
Mg²⁺ | 0.05 | +2 | 0.2 |
SO₄²⁻ | 0.05 | -2 | 0.2 |
最终结果:
$$
I = \frac{1}{2} \times (0.1 + 0.1 + 0.2 + 0.2) = \frac{1}{2} \times 0.6 = 0.3
$$
因此,该溶液的离子强度为 0.3 mol/L。
小结:
离子强度是衡量溶液中离子总浓度和电荷影响的重要指标。通过逐项计算各离子的 $ c \cdot z^2 $ 值并求和,再乘以 1/2 即可得到离子强度。在实际应用中,离子强度对溶液的电导率、反应速率以及溶解度等都有显著影响。
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