Nacl электролитическая диссоциация. Степень диссоциации

Фундаментальной опорой химии, наравне с периодической системой Д. И. Менделеева, строением органических соединений А. М. Бутлерова, другими значимыми открытиями, является и теория электролитической диссоциации. В 1887 году она была разработана Сванте Аррениусом для объяснения специфического поведения электролитов в воде, других полярных жидкостях и расплавах. Он нашёл компромисс между двумя категорически разными, существующими на то время теориями о растворах - физической и химической. Первая утверждала, что растворённое вещество и растворитель никак друг с другом не взаимодействуют, образуя простую механическую смесь. Вторая, что между ними происходит химическая связь. Оказалось, что на самом деле растворам присущи и те, и другие свойства.

В последующих этапах развития науки многие учёные продолжали исследования и разработки в этой области, опираясь на имеющиеся сведения о строении атомов и природе химических связей между ними. В частности И. А. Каблуков занимался вопросом сольватационных процессов, В. А. Кистяковский определил зависимость поднятия столба жидкости в капилляре в условиях температуры кипения от молекулярного веса.

Современная трактовка теории

До появления данного открытия многие свойства и обстоятельства процессов расщепления были не изучены, как и сами растворы. Электролитическая диссоциация - это процесс распада вещества на составляющие его ионы в воде или других полярных жидкостях, взаимодействия частиц соединения с молекулами растворителя, появления подвижности катионов и анионов в узлах кристаллической решетки из-за расплавления. В результате этого образованные субстанции получают новое свойство - электрическую проводимость.

Ионы, находясь в свободном состоянии раствора или расплава, взаимодействуют между собой. Одноимённо заряженные отталкиваются, разноименные - притягиваются. Заряженные частицы сольватированы молекулами растворителя - каждая плотно окружена строго ориентированными диполями соответственно силам притяжения Кулона, в частном случае гидратированы, если среда водная. Катионы всегда имеют большие радиусы, чем анионы из-за специфики расположения вокруг них частиц с локализованными по краям зарядами.

Состав, классификация и названия заряженных частиц в свете электролитической диссоциации

Ионом называют атом или группу атомов, которые являются носителями положительного или отрицательного заряда. Им присуще условное подразделение на простые (К (+) , Са (2+) , Н (+) - состоящие из одного химического элемента), сложные и комплексные (ОН (-) , SO 4 (2-) , НСО 3 (-) - из нескольких). Если катион или анион связан с молекулой растворителя, он называется сольватированным, с диполем молекулы Н 2 О - гидратированным.

Когда происходит электролитическая диссоциация воды, образуется две заряженные частицы Н (+) и ОН (-) . Протон водорода принимает на вакантную орбиталь неподелённую электронную пару кислорода из другой молекулы воды, в результате чего образуется ион гидроксония Н 3 О (+) .

Основные положения открытия Аррениуса

Все представители классов неорганических соединений, кроме оксидов, в растворах ориентированных диполей жидкостей распадаются, говоря химическим языком - диссоциируют на составляющие их ионы в большей или меньшей степени. Наличия электрического тока этот процесс не требует, уравнение электролитической диссоциации является его схематической записью.

Попадая в раствор или расплав, ионы могут подвергаться действию электрического тока и направленно двигаться к катоду (отрицательному электроду) и аноду (положительному). Последние притягивают противоположно заряженные атомные агрегаты. Отсюда частицы и получили свои названия - катионы и анионы.

Параллельно и одновременно с распадом вещества идёт обратный процесс - ассоциация ионов в исходные молекулы, поэтому стопроцентного растворения вещества не происходит. Такое уравнение реакции электролитической диссоциации содержит знак равенства между правой и левой его частями. Электролитическая диссоциация, как любая другая реакция, подчиняется законам, регулирующим химическое равновесие, не является исключением и закон действующих масс. Он гласит, что скорость процесса распада на ионы пропорциональна концентрации электролита.

Классификация веществ при диссоциации

Химическая терминология подразделяет вещества на нерастворимые, малорастворимые и растворимые. Два последних - это слабые и сильные электролиты. Сведения о растворимости тех или иных соединений сведены в таблицу растворимости. Диссоциация сильных электролитов - это необратимый процесс, они нацело распадаются на ионы. Слабые - лишь частично, им присуще явление ассоциации, а следовательно, равновесность происходящих процессов.

Важно отметить, что прямой зависимости между растворимостью и силой электролита нет. У сильных она может быть слабо выражена. Так же как и слабые электролиты могут быть хорошо растворимы в воде.

Примеры соединений, растворы которых проводят электрический ток

К классу «сильные электролиты» относят все хорошо диссоциирующие кислоты, такие как азотная, соляная, бромная, серная, хлорная и другие. В одинаковой степени и щёлочи - гидроокислы щелочных и отдельные представители группы «щелочноземельные металлы». Интенсивна электролитическая диссоциация солей, кроме определённых цианатов и тиоцианатов, а также хлорида ртути (II).

Класс «слабые электролиты» представляют остальные минеральные и почти все органические кислоты: угольная, сульфидная, борная, азотистая, сернистая, кремниевая, уксусная и другие. А также малорастворимые и углеводородные основания и амфотерные гидроксиды (гидроокиси магния, бериллия, железа, цинка в степени окисления (2+)). В свою очередь, молекулы воды являются очень слабыми электролитами, но всё же распадаются на ионы.

Количественное описание диссоциирующих процессов

Степень электролитической диссоциации фактически характеризует масштабы процесса расщепления. Её можно вычислить - число расщепившихся на ионы частиц необходимо разделить на общую численность молекул растворённого вещества в системе. Обозначают эту величину буквой «альфа».

Логично, что для сильных электролитов «α» равна единице, или ста процентам, так как число распавшихся частиц равно общему их количеству. Для слабых - всегда меньше единицы. Полного распада исходных молекул на ионы в водной среде не происходит, и идёт обратный процесс.

Главные факторы, влияющие на полноту распада

На степень электролитической диссоциации влияет ряд неоспоримых факторов. В первую очередь важна природа растворителя и вещества, распадающегося в нём. Например, все сильные электролиты имеют ковалентный сильно полярный или ионный тип связи между составными частицами. Жидкости представлены диполями, в частности вода, в молекулах имеется разделение зарядов, и в результате их специфической ориентации происходит электролитическая диссоциация растворённого вещества.

На значение «альфа» обратно пропорционально влияет концентрация. При её увеличении значение степени диссоциации уменьшается, и наоборот. Сам процесс всецело эндотермический, то есть для его инициации необходимо определённое количество теплоты. Влияние температурного фактора обосновано так: чем он выше, тем больше степень диссоциации.

Второстепенные факторы

Многоосновные кислоты, такие как фосфорная, и основания в составе с несколькими гидроксильными группами, например, Fe(ОН) 3 , распадаются на ионы ступенчато. Определена зависимость - каждая последующая стадия диссоциации характеризуется степенью, которая в тысячи или десятки тысяч раз меньше предыдущей.

Изменить степень распада может и добавление в систему других электролитов, изменяющих концентрацию одного из ионов основного растворённого вещества. Это влечёт за собой смещение равновесия в сторону, которое определяется правилом Ле Шателье-Брауна - реакция протекает в том направлении, в котором наблюдается нейтрализация влияния, оказанного на систему извне.

Классическая константа равновесного процесса

Для характеристики процесса распада слабого электролита, помимо его степени, применяется константа электролитической диссоциации (К д), которая выражается отношением концентраций катионов и анионов к количественному содержанию в системе исходных молекул. По сути, она является обычной постоянной химического равновесия для обратимой реакции расщепления растворённого вещества на ионы.

Например, для процесса распада соединения на составляющие его частицы константа диссоциации (К д) будет определяться частным постоянных концентраций катионов и анионов в составе раствора, возведённых в степени, соответствующие цифрам, стоящим перед ними в химическом уравнении, и общего числа оставшихся не продиссоциировавших формульных единиц растворённого вещества. Прослеживается зависимость - чем выше (К д), тем больше число катионов и анионов в системе.

Связь концентрации слабого распадающегося соединения, степени диссоциации и константы определяется с помощью закона разведения Оствальда уравнением: К д = α 2 с.

Вода как слабо диссоциирующее вещество

Дипольные молекулы в крайне небольшой степени распадаются на заряженные частицы, так как это энергетически невыгодно. Всё же идёт расщепление на катионы водорода и гидроксильные анионы. С учётом гидратационных процессов можно говорить об образовании из двух молекул воды иона гидроксония и ОН (-) .

Постоянная диссоциация определяется отношением произведения протонов водорода и гидроксидных групп, называемого ионным произведением воды, к равновесной концентрации не распавшихся молекул в растворе.

Электролитическая диссоциация воды обуславливает наличие в системе Н (+) , которые характеризуют её кислотность, а присутствие ОН (-) - основность. Если концентрации протона и гидроксильной группы равны, такая среда называется нейтральной. Существует так называемый водородный показатель - это отрицательный логарифм от общего количественного содержания Н (+) в растворе. рН меньше 7 говорит о том, что среда кислая, больше - о её щелочности. Это очень важная величина, по её экспериментальному значению анализируют биологические, биохимические и химические реакции различных водных систем - озёр, прудов, рек и морей. Неоспорима также актуальность водородного показателя для промышленных процессов.

Запись реакций и обозначения

Уравнение электролитической диссоциации с помощью химических знаков описывает процессы распада молекул на соответствующие частицы и называется ионным. Оно в разы проще стандартного молекулярного и имеет более общий вид.

При составлении такого уравнения нужно учитывать, что вещества, осаждающиеся или удаляющиеся из реагирующей смеси в составе паров газа в ходе реакции, всегда необходимо записывать только в молекулярной форме, в отличие от соединений электролитов, сильные представители которых только в расщепившемся на ионы виде входят в состав растворов. Электролитическая диссоциация для них - необратимый процесс, так как ассоциация невозможна в силу образования не расщепляющихся веществ или газов. Для такого типа уравнения действуют те же правила, что и для прочих химических реакций - суммы коэффициентов левых и правых частей обязательно должны быть равны друг другу для соблюдения материального баланса.

Электролитическая диссоциация кислот и оснований может идти в несколько стадий, если вещества многоосновные или многокислотные. Для каждой подреакции записывается своё уравнение.

Роль в химической науке и её развитии

Величайшее значение создание теории Сванте Аррениуса имело для общего процесса становления физической и, в частности, электрохимической науки. На основе открытия такого явления, как электролитическая диссоциация, интенсивное развитие получили электродные процессы, специфика прохождения токов через различные среды, теория наведения катодно-анодных потенциалов. Кроме этого, значительно продвинулась вперёд теория растворов. Небывалые открытия ждали и химическую кинетику, область коррозии металлов и сплавов, а также работы по поиску новых средств защиты от неё.

В современном мире ещё так много нового и неизвестного. С каждым днём учёные продвигаются всё дальше в познании такой великой дисциплины, как химия. Электролитическая диссоциация, а также её создатели и последователи навсегда заняли почётное место в контексте развития мировой науки.

Все вещества по способности в растворе или в расплавленном состоянии проводить электрический ток можно подразделить на две группы: электролиты и неэлектролиты.

Электролитами называются вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток. К электролитам относятся кислоты, основания и соли.

Неэлектролитами называются вещества, растворы или расплавы которых электрический ток не проводят. Например, многие органические вещества.

Способность электролитов (проводников II рода) проводить электрический ток принципиально отличается от электропроводности металлов (проводников I рода): электропроводность металлов обусловлена движением электронов, а электропроводность электролитов связана с движением ионов.

Было обнаружено, что в растворах кислот, оснований и солей экспериментально найденные значения p, tкрист., tкип., pосм, больше теоретически рассчитанных для того же раствора по его молярной концентрации в i раз (i - изотонический коэффициент). Причем число частиц в растворе NaCl увеличилось почти в 2 раза, а в растворе СаCl2 - в 3 раза.

Для объяснения особенностей поведения электролитов шведским ученым С.Аррениусом в 1887 г. была предложена теория, получившая название теории электролитической диссоциации . Сущность теории состоит в следующем:

• 1. Электролиты при растворении в воде распадаются (диссоциируют) на заряженные частицы (ионы) - положительно заряженные катионы (Na+, K+, Ca2+, H+) и отрицательно заряженные анионы (Cl-, SO42-, CO32-, OH-). Свойства ионов совершенно иные, чем у образовавших их атомов. Распад нейтрального вещества на ионы в результате химического взаимодействия с растворителем называют электролитической диссоциацией.
• 2. Под действием электрического тока ионы приобретают направленное движение: катионы движутся к отрицательно заряженному электроду (катоду), анионы - к положительно заряженному электроду (аноду).
• 3. Диссоциация - процесс обратимый и равновесный. Это означает, что параллельно с распадом молекул на ионы (диссоциация), идет процесс соединения ионов в молекулы (ассоциация): КА К+ + А-.
• 4. В растворе ионы находятся в гидратированном состоянии.

Для количественной оценки электролитической диссоциации используется понятие степени электролитической диссоциации () - отношение числа молекул, распавшихся на ионы, к общему числу растворенных молекул. Степень диссоциации определяется опытным путем и выражается в долях или процентах. Степень электролитической диссоциации зависит от природы растворителя и растворяемого вещества, температуры и концентрации раствора:

• 1. Чем более полярен растворитель, тем выше степень диссоциации в нем электролита.
• 2. Диссоциации подвергаются вещества с ионной и ковалентной полярной связью.
• 3. Повышение температуры, увеличивает диссоциацию слабых электролитов.
• 4. При уменьшении концентрации электролита (при разбавлении) степень диссоциации увеличивается.

В зависимости от величины степени диссоциация условно электролиты (при концентрации их растворов 0,1 М) делят на:

По виду образующихся при диссоциации ионов все электролиты можно разделить на кислоты, основания, соли.

Кислоты - электролиты, диссоциирующие с образованием только катионов H+ и кислотного остатка (Cl- - хлорид, NO3- - нитрат, SO42- - сульфат, HCO3 гидрокарбонат, CO32 карбонат). Например: НСl Н++Сl-, H2SO4 2Н++SO42- .

Наличие в растворах кислот иона водорода, точнее, гидратированного иона Н3O+, обусловливает общие свойства кислот (кислый вкус, действие на индикаторы, взаимодействие со щелочами, взаимодействие с металлами с выделением водорода и пр.).

В многоосновных кислотах диссоциация происходит ступенчато, причем каждая ступень характеризуется своей величиной степени диссоциации. Так, ортофосфорная кислота диссоциирует по трем ступеням:

Причем 3<2<1, т.е. распад электролита на ионы протекает, в основном, по первой ступени и в растворе ортофосфорной кислоты будут находиться преимущественно ионы Н+ и H2РO4-. Причины этого в том, что ионы водорода значительно сильнее притягиваются к трехзарядному иону РO43- и двухзарядному иону HРO42-, чем к однозарядному H2РO4-. Кроме того, на 2-ой и 3-ей ступенях имеет место смещение равновесия в сторону исходной формы по принципу Ле-Шателье за счет накапливающихся ионов водорода.

Основания - электролиты, диссоциирующие с образованием в качестве анионов только гидроксид-ионы (OH-). После отрыва OH- остаются катионы: Na+, Cа2+, NH4+. Например: NaOH Na+ + ОН-, Са(ОН)2 Са2+ + 2 OН-.

Общие свойства оснований (мыльность на ощупь, действие на индикатор, взаимодействие с кислотами и пр.) определяются наличием в растворах оснований гидроксо-группы ОН-.

Для многокислотных оснований характерна ступенчатая диссоциация:

Диссоциация амфотерных гидроксидов протекает как по типу основания, так и по типу кислоты. Так, диссоциация гидроксида цинка может протекать по следующим направлениям (при этом равновесие сдвигается в зависимости от среды по принципу Ле-Шателье):

Соли - это электролиты, диссоциирующие на катионы металла (или заменяющих его групп) и анионы кислотного остатка.

Средние соли диссоциируют полностью: CuSO4 Cu2+ + SO42-. В отличие от средних солей, кислые и основные соли диссоциируют ступенчато:

причем степень диссоциации солей по второй ступени очень мала.

Реакции обмена в растворах электролитов - это реакции между ионами. Необходимым условием протекания реакций обмена в растворах электролитов является образование слабодиссоциирующих соединений или соединений, выделяющихся из раствора в виде осадка или газа.

При написании уравнений реакций в ионно-молекулярном виде слабодиссоциирующие, газообразные и труднорастворимые соединения записывают в виде молекул , а растворимые сильные электролиты - в виде ионов. При написании ионных уравнений следует обязательно руководствоваться таблицей растворимости кислот, оснований и солей в воде (Приложение А).

Рассмотрим методику написания ионных уравнений на примерах.

Пример 1. Напишите в ионно-молекулярной форме уравнение реакции:

ВаСl2 + K2SО4 = ВаSО4 + 2KСl

Решение: Соли являются сильными электролитами и практически полностью диссоциируют на ионы. Так как ВаSО4 - практически нерастворимое соединение (см. таблицу приложения А), основная часть сульфата бария будет находиться в недиссоциированном виде, поэтому это вещество запишем в виде молекул, а остальные соли, являющиеся растворимыми, в виде ионов:

Ва2+ + 2Сl- + 2K+ + SО42- = ВаSО4 + 2K+ + 2Сl-

Как видно из полученного полного ионно-молекулярного уравнения, ионы K+ и Сl- не взаимодействуют, поэтому, исключив их, получим краткое ионно-молекулярное уравнение:

Ва2+ + SО42- = ВаSО4 ,

Стрелка показывает, что образующееся вещество выпадает в осадок.

Ионными уравнениями могут быть изображены любые реакции, протекающие в растворах между электролитами. Причем суть любой химической реакции отображает именно краткое ионно-молекулярное уравнение. На основании ионно-молекулярного уравнения можно легко написать молекулярное.

Пример 2. Подберите молекулярное уравнение к следующему ионно-молекулярному уравнению: 2Н+ + S2- = Н2S.

Решение: Ионы водорода образуются при диссоциации любой сильной кислоты, например НСl. К ионам водорода в кратком ионном уравнении необходимо добавить два иона хлора. К сульфид-ионам следует добавить катионы (например, 2K+), образующие растворимый, хорошо диссоциирующий электролит. Затем такие же ионы нужно написать в правой части. Тогда полное ионно-молекулярное и молекулярное уравнения будут иметь вид:

• 2Н+ + 2Сl- + 2K+ + S2- = Н2S + 2K+ + 2Сl-
• 2 НСl + K2S = Н2S + 2 KСl-

Электролитическая диссоциация - процесс распада электролита на ионы при его растворении или плавлении.

Классическая теория электролитической диссоциации была создана С. Аррениусом и В. Оствальдом в 1887 году. Аррениус придерживался физической теории растворов, не учитывал взаимодействие электролита с водой и считал, что в растворах находятся свободные ионы. Русские химики И. А. Каблукови В. А. Кистяковский применили для объяснения электролитической диссоциации химическую теорию растворов Д. И. Менделеева и доказали, что при растворении электролита происходит его химическое взаимодействие с водой, в результате которого электролит диссоциирует на ионы.

Классическая теория электролитической диссоциации основана на предположении о неполной диссоциации растворённого вещества, характеризуемой степенью диссоциации α, т. е. долей распавшихся молекул электролита. Динамическое равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами описывается законом действующих масс.

Вещества, распадающиеся на ионы, называют электролитами. Электролиты – вещества с ионной или сильно ковалентной связью: кислоты, основания, соли. остальные вещества – неэлектролиты; к ним относятся вещества с неполярной или слабо полярной ковалентной связью; например, многие органические соединения.

Основные положения ТЭД (Теории электролитической диссоциации):

Молекулы распадаются на положительно и отрицательно заряженные ионы (простые и сложные).

Под действием электрического тока катионы (положительно заряженные ионы движутся к катоду(-), а анионы (отрицательно заряженные ионы) к аноду(+)

Степень диссоциации зависит от природы вещества и растворителя, концентрации, температуры.

Если степень диссоциации зависит от природы вещества, то можно судить, что существует разграничение между определёнными группами веществ.

Большая степень диссоциации присуща сильным электролитам (большинству оснований, солям, многим кислотам). Стоит учесть, что распад на ионы – обратимая реакция. Так же стоит сказать, что в данной теме не будут разобраны примеры диссоциации двойных и основных солей, их диссоциация описана в теме “соли”.
Примеры сильных электролитов:
NaOH, K 2 SO 4 , HClO 4
Уравнения диссоциации:
NaOH⇄Na + +OH -

K 2 SO 4 ⇄2K + +SO 4 2-

HClO 4 ⇄H + +ClO 4 -

Количественной характеристикой силы электролитов является степень диссоциации (α) – отношение молярной концентрации продиссоциировавшего электролита к его общей молярной концентрации в растворе.

Степень диссоциации выражается в долях единицы или в процентах. Интервал значений – от 0 до 100%.

α = 0% относится к неэлектролитам (диссоциация отсутствует)

0% <α < 100% относится к слабым электролитам (диссоциация неполная)
α = 100% относится к сильным электролитам (полная диссоциация)

Так же стоит помнить про количество ступеней диссоциации, например:
Диссоциация раствора H 2 SO 4

H 2 SO 4 ⇄H + +HSO 4 -

HSO 4 - ⇄H + +SO 4 2-

У каждой ступени диссоциации своя степень диссоциации.
Например, диссоциация солей CuCl 2 , HgCl 2:
CuCl 2 ⇄Cu 2+ +2Cl - диссоциация протекает полностью

А в случае с хлоридом ртути диссоциация идёт неполностью и то не до конца.

HgCl 2 ⇄HgCl + +Cl -

Возвращаясь же к раствору серной кислоты, стоит сказать, что степень диссоциации обеих ступеней разбавленной кислоты гораздо больше, чем у концентрированной. При диссоциации концентрированного раствора очень много молекул вещества и большая концентрация гидроанионов HSO 4 - .

У многоосновных кислот и многокислотных оснований диссоциация идёт в несколько ступеней (в зависимости от основности).

Перечислим сильные и слабые кислоты и приступим к уравнениям ионного обмена:
Сильные кислоты (HCl, HBr, HI, HClO 3 , HBrO 3 , HIO 3 , HClO 4 , H 2 SO 4 , H 2 SeO 4 ,HNO 3 , HMnO 4 , H 2 Cr 2 O 7)

Слабые кислоты (HF, H 2 S, H 2 Se, HClO, HBrO, H 2 SeO 3 , HNO 2 ,H 3 PO 4 , H 4 SiO 4 , HCN, H 2 CO 3 , CH 3 COOH)

Химические реакции в растворах и расплавах электролитов протекают с участием ионов. В таких реакциях степени окисления элементов не изменяются, и сами реакции называются реакциями ионного обмена .

Реакции ионного обмена будут протекать до конца (необратимо) , если образуются малорастворимые или практически нерастворимые вещества (они выпадают в осадок), летучие вещества (выделяются в виде газов) или слабые электролиты (например, вода).

Реакции ионного обмена принято писать в три стадии:
1. Молекулярное уравнение
2. Полное ионное уравнение
3. Сокращенное ионное уравнение
При написании обязательно указывать осадки и газы, а так же руководствоваться таблицей растворимости.

Реакции, где все реагенты и продукты получились растворимые в воде, не протекают.

Несколько примеров:
Na 2 CO 3 +H 2 SO 4 →Na 2 SO 4 +CO 2 +H 2 O

2Na + +CO 3 2- +2H + +SO 4 2- →2Na + +SO 4 2- +CO 2 +H 2 O

CO 3 2- +2H + →CO 2 +H 2 O

Сокращённое ионное уравнение получается с помощью вычёркивания одинаковых ионов из обеих частей полного ионного уравнения.

Если реакция ионного обмена идёт между двумя солями с образованием осадка, то следует брать два хорошо растворимых реагента. То есть, реакция ионного обмена пойдёт если растворимость реагентов будет выше, чем у одного из продуктов.

Ba(NO 3) 2 +Na 2 SO 4 →BaSO 4 ↓+2NaNO 3

Иногда при написании реакций ионного обмена пропускают полное ионное уравнение и сразу пишут сокращенное.

Ba 2+ +SO 4 2- →BaSO 4 ↓

Для получения осадка малорастворимого вещества всегда надо выбирать хорошо растворимые реагенты в их концентрированных растворах.
Например:
2KF+FeCl 2 →FeF 2 ↓+2KCl

Fe 2+ +2F - →FeF 2 ↓

Данные правила подбора реагентов для осаждения продуктов справедливы только для солей.

Примеры реакций с выпадением осадков:
1.Ba(OH) 2 +H 2 SO 4 →BaSO 4 ↓+2H 2 O

Ba 2+ +SO 4 2- →BaSO 4 ↓

2. AgNO 3 +KI→AgI↓+KNO 3

Ag + +I - →AgI↓

3.H 2 S+Pb(NO 3) 2 →PbS↓+2HNO 3

H 2 S+Pb 2+ →PbS↓+2H +

4. 2KOH+FeSO 4 →Fe(OH) 2 ↓+K 2 SO 4

Fe 2+ +2OH - →Fe(OH) 2 ↓

Примеры реакций с выделением газов:
1.CaCO 3 +2HNO 3 →Ca(NO 3) 2 +CO 2 +H 2 O

CaCO 3 +2H + →Ca 2+ +CO 2 +H 2 O

2. 2NH 4 Cl+Ca(OH) 2 →2NH 3 +CaCl 2 +2H 2 O

NH 4 + +OH - →NH 3 +H 2 O

3. ZnS+2HCl→H 2 S+ZnCl 2

ZnS+2H + →H 2 S+Zn 2+

Примеры реакций с образованием слабых электролитов:
1.Mg(CH 3 COO) 2 +H 2 SO 4 →MgSO 4 +2CH 3 COOH

CH 3 COO - +H + →CH 3 COOH

2. HI+NaOH→NaI+H 2 O

H + +OH - →H 2 O

Рассмотрим применение изученного материала на конкретных заданиях, встречающихся на экзаменах:
№1 .Среди веществ: NaCl, Na 2 S, Na 2 SO 4 – в реакцию с раствором Cu(NO3) 2 вступает(-ют)

1) толькоNa 2 S

2) NaCl и Na 2 S

3) Na 2 Sи Na 2 SO 4

4) NaCl и Na 2 SO 4

Под словом “вступают” подразумевается “протекает реакция”, а как было сказано выше, реакция протекает если образовалось нерастворимое или малорастворимое вещество, выделился газ или образовался слабый электролит (вода).

Разберём варианты по очереди.
1) Cu(NO 3) 2 +Na 2 S→CuS↓+2NaNO 3 образовался осадок.
2)NaCl+Cu(NO 3) 2 ↛CuCl 2 +2NaNO 3

Протекает только реакция с Na 2 S с образованием осадка

3)С Na 2 S так же будет образование осадка как и в первых двух примерах.
Na 2 SO 4 +Cu(NO 3) 2 ↛CuSO 4 +2NaNO 3

Все продукты являются хорошо растворимыми электролитами, это не газы, следовательно, реакция не протекает.

4) С Na 2 SO 4 реакция не протекает как в прошлом варианте ответа
NaCl+Cu(NO 3) 2 ↛CuCl 2 +2NaNO 3

Все продукты являются хорошо растворимыми электролитами, это не газы, следовательно, реакция не протекает.

Следовательно, подходит 1 вариант ответа.

№2 . Газ выделяется при взаимодействии

1) MgCl 2 и Ba(NO 3) 2

2) Na 2 CO 3 и CaCl 2

3) NH 4 ClиNaOH

4) CuSO 4 и KOH

Слово “газ” в таких заданиях обозначает именно газы и легколетучие соединения.

В заданиях в качестве таких соединений обычно встречаются NH 3 ·H 2 O, H 2 CO 3 (в нормальных условиях проведения реакции разлагается на CO 2 и H 2 O, принято не писать полную формулу угольной кислоты, а сразу расписывать на газ и воду), H 2 S.

Из представленных веществ выше мы не сможем получить H 2 S, потому что отсутствует сульфид-ион во всех веществах. Так же не сможем получить углекислый газ, ибо для его получения из соли нужно добавить кислоту, а в паре с карбонатом натрия находится другая соль.
Мы можем получить газ в 3 варианте ответа.
NH 4 Cl+NaOH→NH 3 +NaCl+H 2 O

Выделился газ с резким запахом.

Следовательно, подходит 3 вариант ответа.

№3 .В реакцию с соляной кислотой вступает

1) нитрат серебра

2) нитрат бария

3) серебро

4) оксид кремния

Среди реагентов есть два электролита, чтобы прошла реакция, нужно, чтоб выделился осадок.
С оксидом кремния соляная кислота не прореагирует, а серебро не вытеснит водород из соляной кислоты.
Ba(NO 3) 2 +2HCl→BaCl 2 +2HNO 3 реакция не будет протекать, так как все продукты – растворимые электролиты
AgNO 3 +HCl→AgCl↓+NaNO 3

Выпадет белый творожистый осадок нитрата серебра
Следовательно, подходит 1 вариант ответа.

Следующий пример задания, в отличие от первых трёх, взят из КИМа ЕГЭ 2017.
Первые три взяты из КИМа ОГЭ 2017

Установите соответствие между формулами веществ и реагентом, с помощью которого можно различить их водные растворы: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВ РЕАГЕНТ
А) HNO 3 и H 2 O 1) CaCO 3
Б)KClи NaOH 2) KOH

В)NaClи BaCl 2 3) HCl

Г) AlCl 3 и MgCl 2 4) KNO 3

Чтобы выполнить это задание, следует сначала понять, что под каждой буквой указаны два вещества, которые находятся в одном растворе и нужно подобрать вещество так, чтоб хотя бы одно из них вступило в качественную реакцию с веществом-реагентом, который дан под цифрой.

К раствору азотной кислоты добавим карбонат кальция, углекислый газ станет признаком реакции:
2HNO 3 +CaCO 3 →Ca(NO 3) 2 +CO 2 +H 2 O
Ещё, по логике, карбонат кальция не растворяется в воде, значит, во всех остальных растворах тоже не растворится, следовательно, к признакам реакции можно добавить растворение карбоната кальция, помимо выделения газа.

Раствор под буквой Б можно было бы различить с помощью соляной кислоты под цифрой 3, но только в случае, если было бы разрешено воспользоваться индикатором (фенолфталеин), который бы обесцветился после реакции, ибо произойдёт нейтрализация щёлочи .

Поэтому, можем различитьв растворе OH - ион только при помощи 5 раствора (CuSO 4)
2NaOH+CuSO 4 →Cu(OH) 2 ↓+Na 2 SO 4

Образовались кристаллики голубого цвета на две раствора.

Раствор под буквой В можем различить так же с помощью реактива под номером 5, ибо сульфат-ионы, соединяясь с барием сразу выпадут в белый кристаллический осадок, который не растворим в избытке даже самых сильных кислот.
BaCl 2 +CuSO 4 →CuCl 2 +BaSO 4 ↓

Раствор под буквой Г нетрудно различить с помощью любой щелочи, т.к основания магния и алюминия при протекании реакции сразу выпадут в осадок. Щелочь представлена под цифрой 2

AlCl 3 +3KOH→Al(OH) 3 ↓+3KCl

MgCl 2 +2KOH→Mg(OH) 2 ↓+2KCl

Редактор: Харламова Галина Николаевна

Хорошо известно, что растворы могут приобретать некоторые качества, которые не наблюдаются ни у одного из компонентов, взятых в индивидуальном виде. Так, водный раствор NaCl хорошо проводит электрический ток, тогда как ни чистая вода, ни сухая соль электропроводностью не обладают. В этой связи все растворенные вещества принято делить на два типа:

1) вещества, растворы которых обладают электропроводностью, называют электролитами ;

2) вещества, растворы которых не обладают электропро-водностью, называют неэлектролитами .

К неэлектролитам относятся оксиды, газы, большинство органи-ческих соединений (углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны и др.).

К электролитам относится большинство неорганических и некоторые органические кислоты, основания и соли.

Появление электропроводности у растворов электролитов объяснил С. Аррениус, который в 1887 г. предложил теорию электролитической диссоциации:

Электролитической диссоциацией называется процесс распада электролита на ионы под действием молекул растворителя.

Главной причиной электролитической диссоциации является процесс сольватации (гидратации) ионов. Вследствие сольватации затрудняется обратный процесс рекомбинации ионов, называемый также ассоциацией или моляризацией .

В этой связи можно сформулировать некоторые положения:

1) диссоциации подвергаются вещества с ионным или близким к ионному типом химической связи;

2) процесс диссоциации сильнее протекает в полярном раство-рителе и слабее (если вообще возможен) в неполярном растворителе;

3) процесс диссоциации идет тем сильнее, чем выше диэлектри-ческая проницаемость растворителя.

В общем виде процесс электролитической диссоциации в воде можно представить следующим образом:

Kt n An m  (x  y )H 2 O ⇄ n m+  m n  ,

где Kt m + – положительно заряженный ион (катион );

An n  – отрицательно заряженный ион (анион ).

Величины x и y , отражающие количество молекул воды в гидрат-ных оболочках, варьируются в широких пределах в зависимости от природы и концентрации ионов, температуры, давления и т.д. В этой связи удобнее пользоваться упрощенными уравнениями электроли-тической диссоциации, т.е. без учета гидратации:

NaCl Na +  Cl  ;

CuSO 4 Cu 2+  SO 4 2  ;

K 3 PO 4 3K +  PO 4 3  .

Тем не менее, следует иметь в виду, что при диссоциации кислот в водных растворах образуются не свободные ионы H + , а достаточно устойчивые ионы гидроксония H 3 O + , поэтому уравнение диссоциации кислоты (например, HCl) должно выглядеть так:

HCl  H 2 O H 3 O +  Cl  .

Однако в химической литературе чаще встречается форма записи, отражающая только процесс распада электролита без учета эффекта гидратации. В дальнейшем мы также будем пользоваться упро-щенной терминологией.

Сильные и слабые электролиты

Количественной характеристикой процесса электролитической диссоциации является степень диссоциации.

Степенью диссоциации  называется отношение количества электролита, распавшегося на ионы (n ), к общему количеству электролита (n 0 ):

Величина  выражается в долях единицы или в % и зависит от природы электролита, растворителя, температуры, концентрации и состава раствора.

Особую роль играет растворитель: в ряде случаев при переходе от водных растворов к органическим растворителям степень диссоциации электролитов может резко возрасти или уменьшиться. В дальнейшем, при отсутствии специальных указаний, будем считать, что растворителем является вода.

По степени диссоциации электролиты условно разделяют на сильные ( > 30%), средние (3% <  < 30%) и слабые ( < 3%).

К сильным электролитам относят:

1) некоторые неорганические кислоты (HCl, HBr, HI, HNO 3 , H 2 SO 4 , HClO 4 и ряд других);

2) гидроксиды щелочных (Li, Na, K, Rb, Cs) и щелочноземельных (Ca, Sr, Ba) металлов;

3) почти все растворимые соли.

К электролитам средней силы относят Mg(OH) 2 , H 3 PO 4 , HCOOH, H 2 SO 3 , HF и некоторые другие.

Слабыми электролитами считают все карбоновые кислоты (кроме HCOOH) и гидратированные формы алифатических и ароматических аминов. Слабыми электролитами являются также многие неоргани-ческие кислоты (HCN, H 2 S, H 2 CO 3 и др.) и основания (NH 3 ∙H 2 O).

Несмотря на некоторые совпадения, в целом не следует отождествлять растворимость вещества с его степенью диссоциации. Так, уксусная кислота и этиловый спирт неограниченно растворимы в воде, но в то же время первое вещество является слабым электро-литом, а второе  неэлектролит.

Кроме константы диссоциации силу электролита можно определить по значению другого параметра, зависящего от концентрации раствора. Таким параметром является кажущаяся степень диссоциации которая показывает долю молекул распавшихся на ионы.

Степень диссоциации (  ) - это отношение числа распавшихся на ионы молекул (N дис. ) к общему числу молекул растворенного вещества (N общ. ) :

Степень диссоциации выражают в долях единицы или в процентах. Поскольку общее число молекул вещества в растворе пропорционально количеству его вещества и его молярной концентрации, то можно записать:

(7.6.5.)

где n дис. и c дис. - соответственно, количество и молярная концентрация растворенного вещества, подвергшегося электролитической диссоциации.

К сильным электролитам условно относят вещества, кажущаяся степень диссоциации которых в растворе превышает 30% ( > 0,3). При  < 3% ( < 0,03) электролиты считают слабыми, в других случаях о них говорят как об электролитах средней силы.

Степень диссоциации обычно определяют по данным измерения электропроводности растворов, которая прямо пропорциональна концентрации свободно движущихся ионов. При этом получают не истинные значения , а кажущиеся значения. Они всегда меньше истинных значений , т.к. ионы при движении к электродам сталкиваются и частично уменьшают свою подвижность, особенно при высокой их концентрации в растворе, когда возникает электростатическое притяжение между ионами. Например, истинное значение степени электролитической диссоциации HCl в разбавленном растворе равно 1, в 1 М растворе  = 0,78 (78%) при 18 0 С, однако, в этом растворе не содержится 22% недиссоциированных молекул HCl, практически все молекулы диссоциированы.

Электролиты, которые в разбавленном водном растворе диссоциируют практически полностью, называют сильными электролитами .

К сильным электролитам в водных растворах принадлежат почти все соли, многие неорганические кислоты (H 2 SO 4 , HNO 3 , HClO 4 , галогеноводородные, кроме HF и др.), гидроксиды s-элементов (исключение - Be(OH) 2 и Mg(OH) 2). Кажущиеся значения a этих электролитов находятся в пределах от 70 до 100%. Диссоциация сильных электролитов - это практически необратимый процесс :

HCl  H + + Cl - или HCl = H + + Cl -

кислоты - это вещества, диссоциирующие в водном растворе с образованием катионов водорода и анионов кислотного остатка, основания - это вещества, диссоциирующие в водном растворе с образованием гидроксид-ионов OH - и катионов металла .

Слабые многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато. Каждую ступень характеризуют своим значением константы диссоциации, например:

В связи со ступенчатой диссоциацией многоосновные кислоты способны образовывать кислые соли , NaHSO 4 , NaHCO 3 , K 2 HPO 4 и т.д.

Слабые многокислотные основания диссоциируют ступенчато:

Этим объясняют способность многокислотных оснований образовывать основные соли : CuOHCl, (ZnOH) 2 SO 4 и др.

Электролиты, которые в разбавленном водном растворе диссоциируют частично, называют слабыми. Диссоциация слабых электролитов - обратимый процесс

например:

Степень электролитической диссоциации зависит от:

природы электролита и растворителя;

концентрации раствора;

температуры

и возрастает при увеличении разбавления раствора :

Степень диссоциации возрастает при увеличении температуры раствора. Увеличение кинетической энергии растворенных частиц способствует распаду молекул на ионы, что приводит к возрастанию степени диссоциации при нагревании растворов.

Если в растворе слабой кислоты или слабого основания увеличить концентрацию одноименного иона введением соответствующей соли, то наблюдается резкое изменение степени диссоциации слабого электролита. Рассмотрим, например, как изменится  уксусной кислоты (CH3COOH) при введении в раствор ацетата натрия (введение одноименных ионов CH3COO-).

Согласно принципу Ле Шателье равновесие процесса диссоциации

сместится влево в результате увеличения концентрации ацетат-ионов CH 3 COO - , образующихся при диссоциации ацетата натрия:

CH 3 COONa  CH 3 COO - + Na + .

Такое смещение равновесия в сторону образования CH 3 COOH означает уменьшение степени ее диссоциации и приводит к уменьшению концентрации ионов водорода, например:

Таким образом, в результате введения в 1 л 0,01 М раствора CH 3 COOH 0,01 моль CH 3 COONa концентрация ионов водорода уменьшилась в

.

С точки зрения теории электролитической диссоциации амфотерные гидроксиды (амфолиты) - это вещества, диссоциирующие в водном растворе как по типу кислот, так и по типу оснований . К ним относят Be(OH) 2 , Zn(OH) 2 , Pb(OH) 2 , Sn(OH) 2 , Al(OH) 3 , Cr(OH) 3 , и др. Например, уравнения электролитической диссоциации Be(OH) 2:

1) диссоциация по типу основания:

Be(OH) 2 + 3H 2 O  OH - +

H 2 O  OH - +

2) диссоциация по типу кислоты:

Be(OH) 2 + 2H 2 O  H + +

 H + +

Между константой и степенью диссоциации существует определенная закономерность, которую в 1888г.обнаружил В.Оствальд и сумел ее объяснить. Эта закономерность впоследствии была названа законом разведения Оствальда.

Экспериментальное установление правильности закона разбавления Оствальда имело большое значение для обоснования теории электролитической диссоциации.

K д связана спростой зависимостью. Если общую молярную концентрацию электролита в растворе обозначить С КА, то для бинарных электролитов концентрации ионов K y+ и A x- будут равны·C KA . Очевидно, что

= = ·C KA ,

C KA - ·C KA = C KA· (1-), тогда

(7.6.6.)

Для слабых электролитов   0 и (1 - )  1. Следовательно,

(7.6.7.)

Полученная зависимость является математическим выражением закона разбавления Оствальда :

степень диссоциации слабого электролита увеличивается при разбавлении раствора обратно пропорционально корню квадратному из его молярной концентрации .