Підручник з Хімії. 9 клас. Григорович - Нова програма

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

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

Електролітична дисоціація кислот

Під час розчинення у воді кислоти, солі й основи дисоціюють на позитивно та негативно заряджені йони (катіони й аніони). Визначимо характерні спільні ознаки дисоціації електролітів кожного класу сполук.

Кислоти, як ви пам’ятаєте, складаються з Гідрогену та кислотного залишку, сполучених ковалентним полярним зв’язком. У попередньому параграфі на прикладі розчинення гідроген хлориду ми розглянули, як під дією молекул води полярний зв’язок перетворюється на йонний, і кислота дисоціює на катіони Гідрогену та хлорид-іони.

Отже, з позиції теорії електролітичної дисоціації Арреніуса,

Кислоти — це електроліти, під час дисоціації яких утворюються катіони Гідрогену й аніони кислотного залишку.

Подібно до хлоридної кислоти відбувається дисоціація й інших кислот, наприклад нітратної:

У разі дисоціації молекули сульфатної кислоти число катіонів Гідрогену вдвічі перевищує число аніонів кислотного залишку — сульфат-іонів. Заряд аніона дорівнює -2 (у формулах йонів записують «2-»):

Назви аніонів, що утворюються в разі дисоціації кислот, збігаються з назвами кислотних залишків. Вони наведені в таблиці розчинності на форзаці.

Легко помітити, що під час дисоціації різних кислот утворюються різні аніони, але катіони тільки одного типу — катіони Гідрогену H+. Отже, з позиції теорії електролітичної дисоціації, саме катіони Гідрогену зумовлюють характерні властивості кислот — кислий смак, зміну забарвлення індикаторів, реакції з активними металами, основними оксидами, основами й солями.

Багатоосновні кислоти дисоціюють ступінчасто, відщеплюючи йони Гідрогену послідовно, один за одним. Наприклад, у розчині сульфатної кислоти відбуваються такі процеси:

Як видно з наведених рівнянь дисоціації багатоосновної кислоти, аніони, що утворюються під час ступінчастої дисоціації на першій стадії, містять йони Гідрогену. Це відображено в назві аніонів: HSO^-₄ — гідрогенсульфат-іон.

Електролітична дисоціація ортофосфатної кислоти відбувається в три стадії:

Сумарне рівняння дисоціації ортофосфатної кислоти має вигляд:

Отже, кожній багатоосновній кислоті відповідає кілька аніонів, і всі вони одночасно наявні в розчині.

Зверніть увагу, що в деяких рівняннях дисоціації стоять двонаправлені стрілки. Що вони означають, ви дізнаєтеся в наступному параграфі.

Електролітична дисоціація основ

Основи складаються з катіонів металічного елемента та гідроксид-аніонів. Під час дисоціації основ ці йони переходять у розчин. Число гідроксид-іонів, що утворюються в ході дисоціації, дорівнює заряду йона металічного елемента. Отже, з позиції теорії електролітичної дисоціації,

Основи — це електроліти, що дисоціюють на катіони металічного елемента та гідроксид-аніони.

Розгляньмо рівняння дисоціації основ на прикладі дисоціації натрій та барій гідроксидів:

Під час дисоціації основ утворюються аніони одного типу — гідроксид-іони OH^-, що визначають усі характерні властивості розчинів лугів: здатність змінювати забарвлення індикаторів, реагувати з кислотами, кислотними оксидами й солями.

Електролітична дисоціація солей

Солі утворені катіонами металічного елемента й аніонами кислотного залишку. Під час розчинення солей у воді ці йони переходять у розчин. Отже,

Солі — це електроліти, що дисоціюють на катіони металічного елемента й аніони кислотного залишку.

Розгляньмо дисоціацію солей на прикладі дисоціації калій нітрату:

Аналогічно дисоціюють й інші солі, наприклад кальцій нітрат і калій ортофосфат:

У рівняннях дисоціації солей заряд катіона за абсолютною величиною дорівнює ступеню окиснення металічного елемента, а заряд аніона — сумі ступенів окиснення елементів у кислотному залишку.

Заряд катіонів металічних елементів у більшості випадків можна визначити за Періодичною системою. Заряди катіонів металічних елементів головних підгруп зазвичай дорівнюють номеру групи, в якій розміщений елемент:

група IA	група IIA	група IIIA
Li⁺, Na⁺, K⁺	Mg²⁺, Ca²⁺, Ba²⁺	Al³⁺, Sc³⁺, Ga³⁺

Металічні елементи побічних підгруп зазвичай утворюють кілька йонів, наприклад Fe²⁺, Fe³⁺.

Заряди кислотних залишків зручніше визначати за числом йонів Гідрогену в складі молекули кислоти, як ви це робили у 8 класі. Заряди деяких кислотних залишків наведено в таблиці розчинності на форзаці.

Зверніть увагу, що в рівняннях дисоціації кислот, основ і солей сумарний заряд катіонів і аніонів має дорівнювати нулю, оскільки будь-яка речовина є електронейтральною.

Ступінчаста дисоціація зумовлює можливість існування кислих та основних солей. Кислі солі містять йони Гідрогену, як кислоти. Саме тому такі солі називають кислими. А в основних солях містяться гідроксид-іони, як в основах. За першою стадією дисоціації сульфатної кислоти утворюється гідрогенсульфат-іон HSO^-₄, завдяки чому існують кислі солі: NaHSO₄ (натрій гідрогенсульфат), Al(HSO₄)₃(алюміній гідрогенсульфат) тощо. Для ортофосфатної кислоти також характерні кислі солі: K₂HPO₄ (калій гідрогенортофосфат) або KH₂PO₄(калій дигідрогенортофосфат).

У розчинах кислі солі дисоціюють у дві стадії:

Кислі солі характерні тільки для багатоосновних кислот, оскільки вони дисоціюють ступінчасто. Єдиним винятком є одноосновна кислота — флуоридна. Завдяки водневому зв'язку в розчині цієї кислоти є частинки H₂F₂, і флуоридна кислота може утворювати кислу сіль складу KHF₂.

Деякі нерозчинні гідроксиди утворюють катіони, в яких наявний гідроксид-іон. Наприклад, Алюміній міститься у складі катіона AlOH²⁺, завдяки чому існує сіль складу AlOHCl₂ (алюміній гідроксид хлорид). Таку сіль називають основною.

Ключова ідея

Контрольні запитання

100. Дайте визначення кислотам, основам і солям з позиції теорії електролітичної дисоціації.

101. У чому полягає особливість дисоціації багатоосновних кислот порівняно з одноосновними? Поясніть на прикладі сульфатної кислоти.

Завдання для засвоєння матеріалу

102. Унаслідок дисоціації молекули кислоти утворився йон, що має заряд 3-. Скільки йонів Гідрогену при цьому утворилося?

103. Складіть рівняння електролітичної дисоціації кислот: карбонатної, бромідної, нітритної. Назвіть аніони, що утворюються.

104. Які з наведених кислот будуть дисоціювати ступінчасто: HCl, H₂CO₃, HNO₃, H₂S, HCl, H₂SO₃? Відповідь підтвердьте рівняннями реакцій.

105. Складіть рівняння дисоціації солей: магній нітрату, алюміній хлориду, барій броміду, натрій карбонату, натрій ортофосфату.

106. Наведіть по одному прикладу солей, щоб у разі дисоціації їх кількістю речовини 1 моль утворювалося: а) 2 моль йонів; б) 3 моль йонів; в) 4 моль йонів; г) 5 моль йонів. Запишіть рівняння дисоціації.

107. Запишіть заряди йонів у речовинах: a) Na₂S, Na₂SO₄, MgSO₄, Na₃PO₄, AlPO₄; б) NaHSO₄, Mg(HSO₄)₂, CaHPO₄, NaOH, Ba(OH)₂. Назвіть, ці речовини.

108. Складіть рівняння електролітичної дисоціації речовин: калій гідроксид, барій сульфід, ферум(ІІІ) нітрат, магній хлорид, алюміній сульфат.

109. Складіть формулу речовини, під час дисоціації якої утворюються йони Кальцію й гідроксид-іони.

110. Із поданого переліку речовин випишіть окремо електроліти й неелектроліти: HCl, Ca, Cr₂(SO₄)₃, Fe₂O₃, Mg(OH)₂, CO₂, Sr(OH)₂, Sr(NO₃)₂, P₂O₅, H₂O. Складіть рівняння дисоціації електролітів.

111. У разі дисоціації певного нітрату утворився 1 моль катіонів із зарядом 2+. Яка кількість речовини нітрат-іонів при цьому утворилася?

112. Складіть формули та запишіть рівняння дисоціації ферум(ІІ) сульфату й ферум(ІІІ) сульфату. Чим відрізняються ці солі?

113. Наведіть по одному прикладу рівнянь дисоціації солей за наведеними схемами (буквою М позначений металічний елемент, а X — кислотний залишок): а) MX—> М²⁺ + X^2-; б) МХ₃ —> М³⁺ + 3X^-; в) М₃Х —> 3М⁺ + X^3-; г) М₂X₃ —> 2М³⁺ + 3X^2-.