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

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:

Mg 2+ , Ca 2+ , Ba 2+

Al 3+ , Sc 3+ , Ga 3+

Металічні елементи побічних підгруп зазвичай утворюють кілька йонів, наприклад Fe 2 + , Fe 3 + .

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 AlOH 2+ , 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.

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—> М 2+ + X 2- ; б) МХ₃ —> М 3+ + 3X – ; в) М₃Х —> 3М + + X 3- ; г) М₂X₃ —> 2М 3+ + 3X 2- .

114. У розчині наявні йони K + , Mg 2 + , NO – ₃, SO 2- ₄. Які речовини розчинили? Наведіть два варіанти відповіді.

115 * . Складіть рівняння дисоціації тих електролітів, що утворюють хлорид-іони: CrCl₃, KClO₃, BaCl₂, Ca(ClO)₂, HClO₄, MgOHCl.

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

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:

Дисоціація нітратної кислоти відбувається за рівнянням:

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:

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:

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 + :

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:

Зауважмо, що багатокислотні луги завжди дисоціюють в одну стадію.

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

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:

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

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 Са 2+ і два йони Сl – :

З рівняння дисоціації алюміній нітрату видно, що під час дисоціації 1 моль солі утворюється 1 моль йонів Аl 3+ і 3 моль нітрат-іонів NO – 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) Mn 2+ і Сl – ; б) Аl 3+ і NO – ₃; в) Са 2+ і NO – ₃; г) Аl 3+ і SO 2- ₄; ґ) К + і СO 2- ₃; д) Ва 2+ 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 + , Сu 2+ . 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.

ГДЗ (відповіді) Хімія 9 клас Григорович О.В., 2017 §9 Електролітична дисоціація кислот, основ і солей у водних розчинах

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

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

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

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

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

Багатоосновні кислоти дисоціюють ступінчасто, відщеплюючи йони Гідрогену послідовно, один за одним.

HSO₄ – → Н + + SO₄ 2− — друга стадія

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

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

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

І стадія: H₂ СО₃ → Н + + HСO₃ – . Гідрогенкарбонат-іони

ІІ стадія: HCO₃ – H + + CO₃ 2- . Карбонат-іони

HBr → H + + Br – . Бромід-іони

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

HCO₃ – H + + CO₃ 2- Друга стадія

H₂S H + + HS – Перша стадія

HS – H + + S 2- Друга стадія

H₂S 2H + + S 2- Сумарне рівняння

HSO₃ – H + + HSO₃ 2- Друга стадія

Зверніть увагу: заряд йона в лівій частині рівняння дорівнює сумі зарядів двох йонів у правій частині.

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

Вправа 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.

a) HCl → H + + Cl – 1+1 =2

б) MgCl₂ → Mg 2+ + 2Cl – 1+2 =3

На кількість речовини (моль) вказують коефіцієнти біля йонів у рівнянні

Вправа 107. Запишіть заряди йонів у речовинах і назвіть ці речовини:

Na₂ + S 2- – натрій сульфід

Mg 2+ SO₄ 2- – магній сульфат

Al 3+ PO₄ 3- – алюміній ортофосфат

Na + HSO₄ – – натрій гідросульфат

Ca 2+ HPO₄ 2- – кальцій гідрофосфат

Na + OH – – натрій гідроксид

Ba 2+ (OH)₂ – – барій гідроксид

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

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

Вправа 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.

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

Вправа 112. Складіть формули та запишіть рівняння дисоціації ферум (II) сульфату й ферум (III) сульфату.

Чим відрізняються ці солі? Різною є кількість катіонів Феруму і аніонів кислотного залишку.

Вправа 113. Наведіть по одному прикладу рівнянь дисоціації солей за наведеними схемами (буквою М позначений металічний елемент, а Х — кислотний залишок):

Вправа 114. У розчині наявні йони K + , Mg 2+ , NO₃ − , SO₄ 2− . Які речовини розчинили? Наведіть два варіанти відповіді. Калій нітрат KNO₃ i магній сульфат MgSO₄ або калій сульфат K₂SO₄ і магній нітрат Mg(NO₃)₂ .

Вправа 115*. Складіть рівняння дисоціації тих електролітів, що утворюють хлорид-іони: CrCl₃, KClO₃, BaCl₂, Ca(ClO)₂, HClO₄, MgOHCl.

MgOHCl -> Mg(OH) + + Cl – -> Mg 2+ + OH – + Cl –