Хімія. 9 клас. Березан

§ 10. Електролітична дисоціація кислот, основ і солей у водних розчинах

Ознайомившись із матеріалом параграфа, ви:

• дізнаєтесь, як дисоціюють кислоти;
• довідаєтесь, які йони утворюються під час дисоціації основ і солей;
• дізнаєтесь, як правильно називати йони.

Дисоціація кислот

Пригадаймо, що у випадку написання рівнянь електролітичної дисоціації солей та лугів (речовин йонної будови) ліву і праву частини рівняння розділяють знаком «=», а під час написання рівнянь для кислот (речовин молекулярної будови) ліву і праву частини рівняння розділяють знаком ⇄.

Розчинні у воді кислоти дисоціюють на катіони Гідрогену Н⁺ та аніони кислотних залишків. Наприклад, рівняння електролітичної дисоціації гідроген хлориду у водному розчині має вигляд:

НСl ⇄ Н⁺ + Сl^-.

Дисоціація нітратної кислоти відбувається за рівнянням:

HNO₃ ⇄ H⁺ + NO^-₃.

Дисоціація багатоосновних кислот має ступінчастий характер. Вона відбувається в кілька стадій з послідовним відщепленням кожного йона Гідрогену. Розгляньмо ступінчасту дисоціацію сульфатної кислоти:

• спочатку відщеплюється один йон Н⁺:

H₂SO₄ ⇄ Н⁺ + HSO^-₄ (перша стадія дисоціації);

• на другому етапі від йона гідрогенсульфату HSO^-₄ відщеплюється ще один йон Н⁺: HSO^-₄ ⇄ Н⁺ + SO^2-₄ (друга стадія дисоціації).

Сумарне рівняння дисоціації: H₂SO₄ ⇄ 2Н⁺ + SO^2-₄.

Пам’ятаймо: заряд у лівій частині рівняння дорівнює сумі зарядів йонів у правій частині.

Дисоціація трьохосновної ортофосфатної кислоти відбувається у три стадії:

H₃PO₄ ⇄ Η⁺ + Н₂РО^-₄ (перша стадія);

Н₂РО^-₄ ⇄ Н⁺ + НРО^2-₄ (друга стадія);

НРО^2-₄ ⇄ Н⁺ + РO^3-₄ (третя стадія).

На кожній стадії дисоціює лише частина молекул. А тому у водному розчині ортофосфатної кислоти наявні молекули води, молекули Н₃РО₄ та чотири типи йонів:

H⁺, H₂PO^-_4, HPO^2-₄, PO^3-₄.

Наявність йонів Н⁺ у водних розчинах кислот зумовлює спільні хімічні властивості кислот. Дослідімо дію кислот на індикатор, використавши для цього універсальний індикаторний папірець.

Лабораторний дослід 1 (перша частина)

Виявлення йонів Гідрогену у водних розчинах кислот за допомогою індикатора.

У двох пробірках містяться розведені кислоти: хлоридна НСl і сульфатна H₂SO₄. Нанесіть за допомогою скляної палички краплю розчину з кожної пробірки на універсальний індикаторний папірець. Що спостерігаєте? Чи однакові зміни відбулися на кожному з папірців? Зробіть висновок, чи можна за допомогою індикатора довести наявність конкретної кислоти в пробірці.

Кислоти — це електроліти, які у водних розчинах дисоціюють з утворенням катіонів одного типу — йонів Гідрогену Н⁺:

НСl ⇄ Н⁺ + Сl^-

Дисоціація основ

У водних розчинах лугів містяться катіони металічного елемента та аніони гідроксильної групи. Рівняння електролітичної дисоціації калій гідроксиду та барій гідроксиду мають такий вигляд:

NaOH = Na⁺ + ОН^-;

Ва(ОН)₂ = Ва²⁺ + 2ОН^-.

Зауважмо, що багатокислотні луги завжди дисоціюють в одну стадію.

Основи — це електроліти, які під час дисоціації утворюють один тип аніонів — гідроксид-іони ОH-:

KOH = K⁺ + OH^-

Наявність гідроксид-іонів у водних розчинах лугів зумовлює спільні властивості основ. Усі луги діють однаково на певний індикатор. Переконаймося в цьому експериментально.

Лабораторний дослід 1 (друга частина)

Виявлення гідроксид-іонів у водних розчинах лугів.

У двох пробірках містяться розбавлені розчини натрій гідроксиду NaOH і барій гідроксиду Ва(ОН)₂.

1. За допомогою скляної палички нанесіть краплю розчину з кожної пробірки на смужку універсального індикаторного папірця. Що спостерігаєте? Порівняйте зміну кольору папірця в обох випадках.

2. Кілька крапель індикатора фенолфталеїну внесіть у пробірки з лугами. Що спостерігаєте? Як змінюється колір розчину? Чи можна, користуючись індикатором, розпізнати, у якій із двох пробірок міститься NaOH, а в якій — Ва(ОН)₂?

Наявність гідроксид-іонів зумовила однакову дію на універсальний індикаторний папірець, який став синьо-зеленим, і на фенолфталеїн, який набув малинового кольору. Пригадаймо, як змінюються кольори інших індикаторів у лужному середовищі: метилоранж стає жовтим, а лакмус — синім.

Пам’ятаймо: лужне середовище зумовлюють наявні в розчині гідроксид-іони ОН^-, а кислотне середовище — катіони Гідрогену Н⁺.

Дисоціація солей

Солі — це електроліти, які дисоціюють у розчинах або розплавах на катіони металічних елементів та аніони кислотних залишків:

Al₂(SO₄)₃ = 2Аl³⁺ + 3SO^2-₄

Електролітичну дисоціацію калій хлориду, калій ортофосфату та алюміній сульфату відобразимо за допомогою хімічних рівнянь:

КСl = К⁺ + Сl^-;

К₃РО₄ = 3К⁺ + РО^3-₄;

Al₂(SO₄)₃= 2Аl³⁺ + 3SO^2-₄.

Нагадаємо, що сума зарядів позитивно і негативно заряджених йонів, які утворюються в результаті дисоціації, завжди дорівнює нулю. Отже, водні розчини солей містять йони, з яких складаються ці речовини.

Запишемо рівняння електролітичних дисоціацій кальцій хлориду, алюміній нітрату та прокоментуємо їх. Під час дисоціації однієї формульної одиниці кальцій хлориду утворюється один йон Са²⁺ і два йони Сl^-:

СаСl₂ = Са²⁺ + 2Сl^-.

З рівняння дисоціації алюміній нітрату видно, що під час дисоціації 1 моль солі утворюється 1 моль йонів Аl³⁺ і 3 моль нітрат-іонів NO^-₃:

Al(NO₃)₃ = Аl³⁺ + 3NO^-₃.

Підсумки

• 1. Розпад речовини на йони під час її розчинення або розплавлення називають електролітичною дисоціацією.
• 2. Під час розчинення у воді йонної сполуки йони переходять з кристалу в розчин. Так дисоціюють луги, солі.
• 3. Електролітична дисоціація молекулярних речовин відбувається внаслідок розпаду молекул на йони під впливом дипольних молекул води.
• 4. Кислоти — це електроліти, що дисоціюють з утворенням катіонів Гідрогену та йонів кислотного залишку. Дисоціація багатоосновних кислот відбувається в кілька стадій.
• 5. Основи — це електроліти, що дисоціюють з утворенням катіонів металічного елемента (або NH⁺₄) та гідроксид-іонів ОН^-.
• 6. Солі — це електроліти, які дисоціюють на катіони металічних елементів та аніони кислотних залишків.
• 7. Катіони Н⁺ утворюють у розчинах кислот кислотне середовище, а аніони ОН^- (гідроксид-іони) у розчинах лугів — лужне середовище. Довести наявність певного середовища в розчині можна за допомогою кислотно-лужних індикаторів.
• 8. За допомогою індикатора можна виявити у водному розчині йони Н⁺ (ОН^-). але не певну кислоту (луг).

Контрольні запитання

• 1. Дайте визначення кислоти як електроліту. Чому кислоти мають спільні властивості?
• 2. Що таке основи з погляду теорії електролітичної дисоціації? Чому луги мають спільні властивості?
• 3. Дайте визначення солі як електроліту.
• 4. Які однакові йони наявні у водних розчинах калій гідроксиду і калій карбонату? Відповідь аргументуйте.
• 5. Як експериментально довести наявність лужного або кислотного середовища у водному розчині?
• 6. Назвіть йони, які є однаковими в розчинах: а) калій сульфату і сульфатної кислоти; б) натрій сульфату і сульфатної кислоти.

Вправи та задачі

1. Напишіть рівняння електролітичної дисоціації таких електролітів:

• а) алюміній хлориду; б) калій силікату; в) барій нітрату; г) магній сульфату; ґ) сульфітної кислоти; д) калій ортофосфату; е) натрій сульфіду.

2. Із пропонованого переліку виберіть речовини, які майже не дисоціюють у водному розчині, і запишіть їх формули: цинк сульфат, барій сульфат, купрум(ІІ) хлорид, купрум(ІІ) сульфід, аргентум(І) нітрат, аргентум(І) ортофосфат, аргентум(І) хлорид, купрум(ІІ) гідроксид, хром(ІІІ) гідроксид. Відповідь поясніть. Для сполук, які дисоціюють, запишіть рівняння електролітичної дисоціації.

3. Напишіть формули електролітів, у водних розчинах яких містяться йони:

• a) Mn²⁺ і Сl^-; б) Аl³⁺ і NO^-₃; в) Са²⁺ і NO^-₃; г) Аl³⁺ і SO^2-₄; ґ) К⁺ і СO^2-₃; д) Ва²⁺ і ОН^-; е) К⁺ і S^2-.

4. У розчині виявили йони: a) S^2-, СO^2-₃, Na⁺, Вr^-, ОН^-; б) H⁺, SO^2-₄, К⁺, Сu²⁺. Складіть формули речовин, які ймовірно використали для приготування цього розчину. Відповідь підтвердіть написанням рівнянь електролітичної дисоціації відповідних речовин.

5. У 200 мл води розчинили 0,5 моль кальцій хлориду СаСl₂. Сіль повністю продисоціювала. Обчисліть масову частку хлорид-іонів в одержаному розчині.

6. Які з кислот — H₂S, H₂SO₃, HNO₂, НСlО₄ — дисоціюють ступінчасто? Напишіть рівняння електролітичної дисоціації з урахуванням усіх стадій.

7. У 500 г води розчинили 0,8 моль цинк сульфату і 0,2 моль алюміній сульфату. Обчисліть масову частку сульфат-іонів у розчині за умови, що солі повністю продисоціювали.

8*. Унаслідок повної дисоціації 34,8 г солі, формула якої Me₂SO₄, у розчині виявили 0,2 моль сульфат-іонів. Визначте сіль, яку використали для розчинення.

9*. У розчині солі, для приготування якого витратили 48,4 г Me(NO₃)₃ виявили 37,2 г нітрат-іонів. Установіть формулу нітрату. Вважатимемо, що сіль повністю продисоціювала.