Хімія. 9 клас. Лашевська

§ 12. Електролітична дисоціація кислот, основ, солей у водних розчинах. Виявлення в розчині катіонів Гідрогену та гідроксид-аніонів

Після опрацювання параграфа ви зможете:

  • складати рівняння електролітичної дисоціації лугів, кислот, солей;
  • виявляти йони Гідрогену та гідроксид-іони в розчині.

Дисоціація електролітів у водних розчинах дає підстави класифікувати кислоти, основи, солі за видами йонів, які утворюються внаслідок цього процесу. Розгляньмо, на які саме йони дисоціюють кислоти, основи, солі й сформулюймо їхні визначення з погляду електролітичної дисоціації.

Кислотами називають електроліти, унаслідок дисоціації яких не утворюються жодні інші катіони, крім гідратованих йонів Гідрогену. Приміром, молекули гідроген хлориду у водному розчині дисоціюють на катіони Гідрогену й хлорид-аніони (рис. 12.1).

Рис. 12.1. Дисоціація гідроген хлориду у водному розчині

Тобто хлоридна кислота містить не молекули гідроген хлориду, а гідратовані йони: катіони Гідрогену й аніони Хлору. Спрощено (без відображення гідратації йонів) цей процес описує рівняння електролітичної дисоціації:

НСl ⇄ Н+ + Сl-

Обчислімо в цьому рівнянні суму зарядів катіонів Гідрогену та аніонів Хлору:

(+1) + (-1) = 0

Запам’ятайте, що в правильно складеному рівнянні електролітичної дисоціації сума зарядів усіх катіонів і аніонів дорівнює нулю. Щоразу перевіряйте, чи правильно складено рівняння електролітичної дисоціації, наведені в параграфі.

Зверніть увагу: у цьому записі замість знака «=» використано стрілку. У такий спосіб зазначають, що електроліт дисоціює практично повністю. Так само повністю дисоціює у водному розчині сульфатна кислота.

Зважте на те, що в розчині оксигеновмісної кислоти її молекули розпадаються на йони за місцем більш полярних зв’язків. У молекулі сульфатної кислоти (рис. 12.2) полярність зв’язків між атомами Оксигену та Гідрогену більша, ніж полярність зв’язків між атомами Сульфуру й Оксигену. Тому під впливом диполів води руйнуються саме зв’язки О-Н:

H2SO4 + + SO2-4

Рис. 12.2. Модель молекули сульфатної кислоти

Зверніть увагу: індекс біля атома Гідрогену у формулі сульфатної кислоти та коефіцієнт перед катіоном Гідрогену в рівнянні її електролітичної дисоціації збігаються. У записах зарядів йонів, на відміну від ступенів окиснення, знак «+» або «-» ставлять після цифри.

Основність кислоти визначають за числом катіонів Гідрогену, які утворюються внаслідок дисоціації її молекули.

• За наведеними рівняннями електролітичної дисоціації визначте основність хлоридної та сульфатної кислот.

Зауважимо, що багатоосновні кислоти дисоціюють ступінчасто. Наприклад, на першій стадії дисоціації сульфітної кислоти легко відщеплюється перший катіон Гідрогену:

H2SO3Н+ + HSO-3

Дисоціація на другій стадії відбувається меншою мірою, ніж на першій:

HSO-3Н+ + SO2-3

Окремо складемо ліві частини рівнянь, окремо - праві, одержані суми прирівняємо:

H2SO3 + HSO-3 Н+ + HSO-3 + Н+ + SO2-3

Визначимо й підкреслимо члени рівняння у правій і лівій його частинах, що відповідають групам атомів однакового складу з однаковим зарядом:

H2SO3 + HSO-3Н++ HSO-3 + Н+ + SO2-3

Скоротимо їх так, як це роблять в алгебричних рівняннях, і складемо однакові доданки:

H2SO3Н+ + Н+ + SO2-3

H2SO3 ⇄ 2Н+ + SO2-3

Кислотні залишки різні в різних кислот. Спільною ознакою всіх кислот є наявність у їхніх розчинах гідратованих катіонів Гідрогену. Саме вони зумовлюють загальну властивість цих сполук - кислий смак. Ви, звичайно, пам’ятаєте, що пробувати реактиви на смак не можна, тому кислоти в розчині виявляють за допомогою індикаторів. Узявши до уваги те, що в розчинах усіх кислот є гідратовані катіони Гідрогену, можна дійти висновку, що саме вони зумовлюють зміну забарвлення індикаторів. Щоб виявити катіони Гідрогену в розчині, виконаємо лабораторний дослід 1 (а).

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД

Пригадайте й неухильно виконуйте ПРАВИЛА БЕЗПЕКИ ПІД ЧАС РОБОТИ З ОБЛАДНАННЯМ І РЕАКТИВАМИ

1(a). Виявлення йонів Гідрогену в розчині

Завдання. Дослідіть, як діють кислоти у водних розчинах на індикатори. Запишіть рівняння електролітичної дисоціації кислот. Визначте, який з індикаторів не використовують для виявлення йонів Гідрогену в розчині.

Обладнання: штатив з пробірками або пластина із заглибинами.

Реактиви: розчини сульфатної кислоти, лакмусу, метилового оранжевого, фенолфталеїну; розбавлена хлоридна кислота.

Інструкція

У три пробірки або заглибини пластини внесіть по 5 крапель хлоридної кислоти. До першої проби хлоридної кислоти добавте краплю розчину лакмусу, до другої - метилового оранжевого, до третьої - фенолфталеїну. Як змінюється забарвлення індикаторів під дією хлоридної кислоти?

Тепер проробіть те саме з розчином сульфатної кислоти. Що спостерігаєте? Які йони в розчинах кислот зумовлюють зміну забарвлення індикаторів? Який індикатор не можна використати для виявлення йонів Гідрогену в розчині?

Ви уточнили свої уявлення про кислоти з огляду на характер їхньої електролітичної дисоціації, набули вміння виявляти у водному розчині катіони Гідрогену. Тепер розгляньмо, як відбувається електролітична дисоціація лугів.

Лугами називають електроліти, які у водному розчині дисоціюють з утворенням гідратованих гідроксид-аніонів. Жодних інших негативних йонів під час цього процесу не утворюється.

Луги - йонні речовини, тому їхня дисоціація (рис. 12.3) є повного:

NaOH = Na+ + ОН-

Ва(ОН)2 = Ва2+ + 2ОН-

Рис. 12.3. 1. Луг - йонна речовина, дисоціює повністю. 2. Продуктами електролітичної дисоціації (А) натрій гідроксиду є катіони Натрію (Б) та гідроксид-аніони (В)

Зверніть увагу на індекси у формулах лугів і коефіцієнти перед гідроксид-іонами в рівняннях електролітичної дисоціації, порівняйте їх. Якого висновку ви дійшли?

Щоб виявити гідроксид-аніони в розчині, виконаємо лабораторний дослід 1 (б).

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД

Пригадайте й неухильно виконуйте ПРАВИЛА БЕЗПЕКИ ПІД ЧАС РОБОТИ З ОБЛАДНАННЯМ І РЕАКТИВАМИ

1 (б). Виявлення гідроксид-іонів у розчині

Завдання. Дослідіть, як діють луги у водних розчинах на індикатори. Запишіть рівняння електролітичної дисоціації лугів. Визначте, який з індикаторів є специфічним для виявлення гідроксид-іонів у розчині.

Обладнання: штатив з пробірками або пластина із заглибинами.

Реактиви: розчини натрій гідроксиду, калій гідроксиду, лакмусу, метилового оранжевого, фенолфталеїну.

У три пробірки або заглибини пластини внесіть по п’ять крапель розчину натрій гідроксиду. До однієї проби розчину натрій гідроксиду добавте краплю розчину лакмусу, до другої - метилового оранжевого, до третьої - фенолфталеїну. Як змінюється забарвлення індикаторів під дією розчину натрій гідроксиду?

Тепер проробіть те саме з розчином калій гідроксиду.

Що спостерігаєте? Який індикатор є специфічним для виявлення гідроксид-іонів у водному розчині? Які гідратовані йони в розчинах лугів зумовлюють, на вашу думку, загальні властивості цих сполук: милкість на дотик, руйнівну дію на шкіру, папір, волосся тощо?

Солями називають електроліти, унаслідок дисоціації яких у водних розчинах утворюються будь-які гідратовані катіони, за винятком катіонів Гідрогену Н+, і будь-які гідратовані аніони, за винятком гідроксид-іонів ОН-.

Солі - йонні речовини, тому їхня дисоціація є повною. Наприклад, аргентум(І) нітрат у водному розчині дисоціює з утворенням катіонів Аргентуму(І) та нітрат-аніонів (рис. 12.4).

Рис. 12.4. Дисоціація аргентум(І) нітрату у водному розчині. Продуктами електролітичної дисоціації є катіони Аргентуму(І) та нітрат-аніони

Розгляньмо приклади дисоціації солей:

NaCl = Na+ + Cl-

KNO3 = K+ + NO-3

K2SO3 = 2K+ + SO2-3

Cu(NO3)2 = Cu2+ + 2NO-3

BaCl2 = Ba2+ + 2Cl-

Зверніть увагу на позначені кольором індекси у формулах солей і коефіцієнти перед відповідними йонами в рівняннях електролітичної дисоціації, порівняйте їх. Якого висновку ви дійшли?

ПРО ГОЛОВНЕ

• Кислоти - це електроліти, унаслідок дисоціації яких не утворюються жодні інші катіони, крім гідратованих йонів Гідрогену.

• Основність кислоти визначають за числом катіонів Гідрогену, які утворюються внаслідок дисоціації її молекули.

• У правильно складеному рівнянні електролітичної дисоціації сума зарядів усіх катіонів і аніонів дорівнює нулю.

• Луги - це електроліти, які у водному розчині дисоціюють з утворенням гідратованих гідроксид-аніонів. Жодних інших негативних йонів під час цього процесу не утворюється.

• Багатоосновні кислоти дисоціюють ступінчасто.

• Катіони Гідрогену та гідроксид-аніони в розчинах виявляють за допомогою індикаторів.

• Солі - це електроліти, які у водних розчинах дисоціюють на будь-які гідратовані катіони, за винятком катіонів Гідрогену Н+, і будь-які гідратовані аніони, за винятком гідроксид-іонів ОН-.

Перевірте себе

1. Наведіть визначення кислот, лугів, солей як електролітів. 2. Від чого залежить основність кислоти? 3. Якому числу дорівнює сума зарядів усіх катіонів і аніонів у правильно складеному рівнянні електролітичної дисоціації? 4. Як дисоціюють багатоосновні кислоти? 5. Чому луги і солі дисоціюють повністю? 6. Як виявляють у розчинах катіони Гідрогену та гідроксид-аніони?

Застосуйте свої знання й уміння

7. Роздивіться рисунок 12.5 і визначте, на якому з фрагментів схематично зображено електролітичну дисоціацію в розчині гідроген хлориду, а на якому - сульфатної кислоти. Які йони на обох схемах позначено однаковим кольором?

Рис. 12.5

8. Складіть рівняння електролітичної дисоціації нітратної кислоти, стронцій гідроксиду, ферум(ІІІ) сульфату.

9. Роздивіться рисунок 12.6 і визначте, на якому з фрагментів схематично зображено електролітичну дисоціацію в розчині натрій гідроксиду, а на якому - барій гідроксиду. Які йони на обох схемах позначено однаковим кольором?

Рис. 12.6

10. На якому з трьох фрагментів рисунка 12.7 схематично зображено водний розчин натрій сульфату?

Рис. 12.7

11. Узявши за зразок рисунок 12.7, схематично зобразіть розчини цинк сульфату, кальцій нітрату, калій ортофосфату, хром(ІІІ) сульфату. Скільки аніонів має бути на кожній зі схем, якщо число катіонів дорівнює шести?

12. Проаналізуйте йонний склад, зазначений на етикетках мінеральних вод. Складіть хімічні формули речовин, унаслідок електролітичної дисоціації яких утворюються ці йони.

*13. Проаналізуйте склад і будову молекул кислот (рис. 12.8). Порівняйте їхню основність. Запишіть рівняння електролітичної дисоціації цих речовин.

Рис. 12.8. Моделі молекул ортофосфатної (1) і ортофосфітної (2) кислот

*14. У кристалізатор з водою пінцетом обережно помістили шматочок натрію розміром з горошину. Після закінчення хімічної реакції в розчин, що утворився, занурили електроди приладу для вимірювання електропровідності. Опишіть перебіг реакції та запишіть її хімічне рівняння. Чи проводитиме розчин одного з її продуктів (якого саме?) електричний струм? Поясніть чому. Яке середовище добутого розчину? Як це можна довести експериментально?

*15. Газуватий продукт реакції кристалічного натрій хлориду з концентрованою сульфатною кислотою розчинили у воді. Як називають цей розчин? Чи проводитиме він електричний струм? Поясніть чому. Який pH добутого розчину? Як це можна довести експериментально? Чи проводитиме електричний струм водний розчин твердого продукту цієї реакції? Чому?

Творча майстерня

16. Дослідіть на наявність йонів Гідрогену та гідроксид-іонів рідкі мийні засоби, столовий оцет, розчини питної соди, прального порошку, свіже молоко та кисломолочні продукти, косметичні лосьйони тощо. Для проведення домашнього досліду виготовте індикаторний папір з будь-якого пористого паперу побутового призначення та соку овочів, фруктів - бурякового, гранатового, червоного винограду тощо. Як індикатор можна використати розчин смородинового варення, відвар червонокачанної капусти або червоного буряку. Надзвичайно просто виготовити розчин індикатора з одноразового пакетика фруктового чаю (він містить подрібнені шматочки фруктів і пелюстки квіток). За результатами дослідження підготуйте презентацію.

Дізнайтеся більше

  • https://www.youtube.com/watch?v=x_DEL4-FaQA
  • https://www.youtube.com/watch?v=qlwdfOBYoBY
  • https://www.youtube.com/watch?v=2PIgKEbhing
  • https://www.youtube.com/watch?v=1XWnovm6JLs
  • https://www.youtube.com/watch?v=2hoy-TFu3oA