Хімія. 9 клас. Гранкіна

§ 11. ЕЛЕКТРОЛІТИЧНА ДИСОЦІАЦІЯ КИСЛОТ, ОСНОВ, СОЛЕЙ У ВОДНИХ РОЗЧИНАХ. СТУПІНЬ ЕЛЕКТРОЛІТИЧНОЇ ДИСОЦІАЦІЇ

Теорія Арреніуса, з одного боку, пояснювала, чому розчини електролітів проводять струм, а з іншого — свідчила про збільшення числа частинок у розчині. Наприклад, у розчині алюміній сульфат Al2(SO4)3 розпадається відразу на п'ять йонів: два катіони Алюмінію Al3+ і три сульфат-аніони SO2-4. Чому так? Читаємо параграф.

ЯК ЗАПИСАТИ РІВНЯННЯ ДИСОЦІАЦІЇ РЕЧОВИН?

Зараз будемо вчитися записувати рівняння електролітичної дисоціації електролітів. Ми вже знаємо, що під час їх дисоціації утворюються йони.

Приклад 1. Складіть рівняння дисоціації калій гідроксиду, барій гідроксиду.

• Пам'ятаєте, визначення основ було таким: основами називають складні речовини, до складу яких входять йони металічного елемента й гідроксогрупи. От на ці йони луги й дисоціюють:

KOH = K+ + OH-

У складі формульної одиниці Ba(OH)2 дві гідроксогрупи, тому записуємо рівняння дисоціації цієї речовини так:

— Головне не забути, що перед OH- потрібний коефіцієнт 2: у формульній одиниці дві гідроксогрупи — значить, 2 йони OH-.

Якщо записують процес дисоціації як схему, то між лівою і правою частиною ставлять стрілку →. Якщо речовина повністю розпадається на йони, тобто сильний електроліт, то ставлять знак рівності =. Якщо речовина дисоціює середньо або слабко — пишуть знак оборотності процесу ⇆.

Завдання 1. Запишіть рівняння дисоціації натрій гідроксиду, кальцій гідроксиду.

Відповідь дивіться наприкінці параграфа.

Приклад 2. Запишіть рівняння дисоціації таких речовин:

H2SO4 і Al2(SO4)3.

Знову згадаємо визначення: кислоти складаються з атомів Гідрогену й кислотного залишку. От ці йони й утворюються під час їх дисоціації:

— Зверніть увагу: індекс 2, який був у молекулі в атома Гідрогену, стає коефіцієнтом — із двох атомів утворилися 2 йони.

— Йон кислотного залишку один, перед ним справа в рівнянні немає ніякого коефіцієнта. Не ставте цифру 4 перед кислотним залишком! 4 має відношення тільки до атома Оксигену й не має ніякого відношення до атома Сульфуру. Йон кислотного залишку SO2-4 один, коефіцієнт перед ним не потрібний!

Тепер запишемо рівняння дисоціації солі:

Al2(SO4)3 = 2Al3+ + 3SO2-4

— Зверніть обов'язково увагу на заряди: зліва формульна одиниця не має заряду. Справа рахуємо так: 2 йони Алюмінію, кожний має заряд 3+, усього 6+. Три йони кислотного залишку, кожний по 2-, усього 6-. Теж у сумі 0.

Завдання 2. Напишіть рівняння дисоціації речовин: HBr, Ca(NO3)2.

Відповідь дивіться наприкінці параграфа.

• Дисоціюють тільки розчинні у воді речовини. У таблиці розчинності вони позначені літерою «Р».

— Усе зрозуміло: якщо в таблиці розчинності літера «Р» — дисоціює, «Н» — не дисоціює, «М» — дисоціює обмежено.

ДИСОЦІАЦІЯ КИСЛОТ, ОСНОВ, СОЛЕЙ У ВОДІ

За допомогою теорії електролітичної дисоціації дають визначення й описують властивості кислот, основ і солей.

Кислоти

Кислотами називають електроліти, під час дисоціації яких утворюється тільки один вид катіонів — Гідрогену.

Наприклад: HI = H+ + I-; HF ⇄ H+ + F-.

Або в загальному вигляді:

де А — аніон кислотного залишку.

Основність кислоти визначається кількістю катіонів Гідрогену, які можуть утворюватися під час дисоціації однієї молекули. Так, HCl, HNO3 — одноосновні кислоти — утворюється один катіон Гідрогену; H2S, H2CO3, H2SO4 — двохосновні, а H3PO4, H3AsO4 — трьохосновні, тому що можуть утворюватися, відповідно, два й три катіони Гідрогену.

Дво- та багатоосновні кислоти дисоціюють ступінчасто (поступово). Наприклад:

H3PO4 H+ + H2PO-4 (перший ступінь)

H2PO-4 ⇄ H+ + HPO2-4 (другий ступінь)

HPO2-4 ⇄ H+ + PO3-4 (третій ступінь)

Дисоціація багатоосновної кислоти відбувається головним чином за першим ступенем, меншою мірою — за другим і лише незначною мірою — за третім. Тому у водному розчині, наприклад, ортофосфатної кислоти поряд із молекулами H3PO4 є йони (у послідовно зменшуваних кількостях): H2PO2-4, HPO2-4 і PO3-4.

Основи

Основами називають електроліти, під час дисоціації яких утворюється тільки один вид аніонів — аніони гідроксильної групи.

Наприклад: NaOH = Na+ + OH-. Або в загальному вигляді:

Згадаємо, що основи, розчинні у воді, ще називають лугами.

Більшість основ у воді майже нерозчинні.

Солі

Солями називають електроліти, під час дисоціації яких утворюються катіони металічних елементів* й аніони кислотних залишків.

* Ще можуть утворюватися катіони амонію NH+4. Це ви будете вивчати у старших класах.

Наприклад: Li2SO4 = 2Li+ + SO2-4

Або в загальному вигляді:

де А — аніон кислотного залишку.

Дізнайтеся більше

Йони різко відрізняються за своїми фізичними й хімічними властивостями від нейтральних атомів і від простих і складних речовин. Наприклад, метал натрій реагує з водою з утворенням лугу й виділенням водню, а катіони Na+ — ні; проста речовина хлор — газ жовто-зеленого кольору, сильний окисник і отруйний, а аніони Cl- не утворюють газ і не отруйні.

Колір йонів під час гідратації може змінитися. Наприклад, негідратовані йони Купруму безбарвні (безводний CuSO4 ), а гідратовані — блакитні. Йони Ba2+, які утворюються під час дисоціації розчинних солей Барію, отруйні, а нерозчинна сіль BaSO4 — неотруйна.

СТУПІНЬ ДИСОЦІАЦІЇ

Електроліти дисоціюють по-різному: деякі практично повністю розпадаються на йони, деякі — частково. Для кількісної характеристики дисоціації електролітів використовують ступінь дисоціації (позначають грецькою літерою альфа α).

Ступінь дисоціації — це відношення числа молекул Nдис., які розпалися на йони, до загального числа розчинених молекул Nзаг.:

Її можна виражати у відсотках:

Якщо α = 0, то дисоціація відсутня, а якщо α = 1, або 100 %, то електроліт повністю розпадається на йони. Наприклад, якщо α = 20 %, то це означає, що зі 100 молекул електроліту 20 розпалося на йони. Ступінь дисоціації електроліту визначають дослідним шляхом.

Різні електроліти мають різний ступінь дисоціації. Дослід показує, що він залежить від природи розчиненої речовини, концентрації електроліту й від температури. Зі зменшенням концентрації електроліту, тобто в разі розведення його водою, ступінь дисоціації завжди збільшується. Як правило, збільшується ступінь дисоціації й за підвищення температури.

СИЛЬНІ Й СЛАБКІ ЕЛЕКТРОЛІТИ

За ступенем дисоціації на йони електроліти почали ділити на сильні (повний розпад на йони) і слабкі (на йони розпадається тільки частина розчиненої речовини).

• Якщо ступінь дисоціації менше 3 %, то такий електроліт називають слабким, якщо більше 30 % — сильним. Електроліти, ступінь дисоціації яких у межах від 3 до 30 %, називають електролітами середньої сили.

Таблиця 7

Сильні електроліти

Електроліти середньої сили

Слабкі електроліти

• Луги;

• сильні кислоти (сульфатна, нітратна, хлоридна, йодидна);

• більшість розчинних солей

• Ортофосфатна кислота H3PO4, фторидна HF, нітритна HNO2, сульфітна H2SO3.

• Сульфідна H2S, карбонатна H2CO3, силікатна H2SiO3, більшість органічних кислот;

• малорозчинні солі й основи, амфотерні гідроксиди;

• вода та ін.

• З поняттям дисоціації пов'язано поняття про сильні й слабкі кислоти й луги. Чим більше в розчині йонів Н+ або ОН-, тобто чим сильніший електроліт, тим сильніша кислота або луг. Це стосується тільки водних розчинів.

Висновки:

ВІДПОВІДІ НА ЗАВДАННЯ ПАРАГРАФА

Завдання 1

NaOH = Na+ + OH-

Ca(OH)2 = Ca2+ + 2OH-

Завдання 2

HBr = H+ + Br-

Ca(NO3)2 = Ca2+ + 2NO-3

ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

  • 141. Дайте визначення кислотам, основам, солям з точки зору електролітичної дисоціації.
  • 142. Як ви розумієте вираз «ступінь дисоціації речовини дорівнює 35 %»? Це сильний або слабкий електроліт?
  • 143. Які йони утворюються під час дисоціації солей?
  • 144. Під час дисоціації деякої сполуки утворилися катіони Н+ і аніони. До якого класу неорганічних сполук належить ця речовина? Які аніони могли утворитися?
  • 145. Під час дисоціації деякої сполуки утворилися аніони OH- і катіони. До якого класу неорганічних сполук належить ця речовина? Які катіони могли утворитися?

ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

146. Запишіть рівняння дисоціації під час розчинення у воді таких речовин: натрій сульфат, ферум(ІІІ) хлорид, барій гідроксид, нітратна кислота, натрій карбонат, сульфідна кислота, купрум(ІІ) сульфат, калій гідроксид.

147. Перепишіть у зошит і заповніть таблицю, записавши відсутні катіони або аніони, які утворюються під час дисоціації речовини, або формулу речовини, яка під час дисоціації може утворити наведені йони (коефіцієнти не вказано):

Формула речовини

Катіони

Аніони

Na2SO4

K+

NO-3

Ba(OH)2

OH-

H2SO4

Fe3+

SO2-4

Na(OH)

H+

PO3-4

Ag+

NO-3

Na2CO3

148. У водному розчині містяться йони:

  • а) H+, Cl-, Na+, NO-3;
  • б) OH-, K+, SO2-4, Li+;
  • в) Ba2+, Cl-, H+, NO-3.

Під час розчинення яких речовин вони могли утворитися?

149. Яку кількість речовини: а) натрій хлориду; б) магній хлориду потрібно взяти, щоб у розчині містилося стільки ж йонів Хлору, скільки їх утворюється під час розчинення 2 моль алюміній хлориду? Уважайте, що речовини дисоціюють повністю.

Підказка. Скільки йонів Хлору утворюється під час дисоціації 1 моль алюміній хлориду? Визначили? А під час дисоціації 2 моль? Тепер подумайте, скільки молів йонів Хлору утворюється під час дисоціації натрій хлориду й скільки молів його має продисоціювати.

Для допитливих

150. У скільки разів збільшився ступінь електролітичної дисоціації кислоти, якщо на початку в розчині з кожних 24 молекул кислоти розпадалося на йони 8, а після додавання води — 18 молекул кислоти?

151. Визначте ступінь електролітичної дисоціації кислоти, якщо з кожних 12 молекул її у водному розчині розпадаються 4.

152. У воді розчинили натрій гідроксид масою 5 г. Розрахуйте кількість речовини катіонів, що утворилися в розчині лугу.

153. У воді розчинили натрій сульфат масою 14,2 г. Розрахуйте сумарну кількість речовини йонів, що містяться в розчині солі.

154. Розрахуйте кількість речовини катіонів Гідрогену, що містяться в розчині нітратної кислоти масою 100 г з масовою часткою кислоти 6 %, якщо ступінь дисоціації кислоти 98 %.