ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИИ
Растворы всех веществ можно разделить на две группы: проводят электрический ток или проводниками не являются.
С особенностями растворения веществ можно познакомиться экспериментально, исследуя электропроводность растворов этих веществ с помощью прибора, изображённого на рисунке
Пронаблюдайтеза следующим экспериментом «Изучение электрической проводимости веществ».
Для объяснения особенностей водных растворов электролитов шведским ученым С. Аррениусом в 1887 г. была предложена теория электролитической диссоциации . В дальнейшем она была развита многими учеными на основе учения о строении атомов и химической связи. Современное содержание этой теории можно свести к следующим трем положениям:
1. Электролиты при растворении в воде или расплавлении распадаются (диссоциируют) на ионы – положительно (катионы) и отрицательно (анионы) заряженныечастицы.
Ионы находятся в более устойчивых электронных состояниях, чем атомы. Они могут состоять из одного атома - это простые ионы ( Na + , Mg 2+ , А l 3+ и т.д.) - или из нескольких атомов - это сложные ионы ( N О 3 - , SO 2- 4 , РО З- 4 и т.д.).
2. В растворах и расплавах электролиты проводят электрический ток .
Под действием электрического тока ионы приобретают направленное движение: положительно заряженные ионы движутся к катоду, отрицательно заряженные - к аноду. Поэтому первые называются катионами, вторые - анионами. Направленное движение ионов происходит в результате притяжения их противоположно заряженными электродами.
ИСПЫТАНИЕ ВЕЩЕСТВ НА ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ
|
ВЕЩЕСТВА |
|
|
ЭЛЕКТРОЛИТЫ |
НЕЭЛЕКТРОЛИТЫ |
|
Электролиты – это вещества, водные растворы или расплавы которых проводят электрический ток |
Неэлектролиты – это вещества, водные растворы или расплавы которыхне проводят электрический ток |
|
Вещества с ионной химической связью или ковалентной сильнополярной химической связью – кислоты, соли, основания |
Вещества с ковалентной неполярной химической связью или ковалентной слабополярнойхимической связью |
|
В растворах и расплавах образуются ионы |
В растворах и расплавах не образуются ионы |
ПАМЯТКА
ЭЛЕКТРОЛИТЫ И НЕЭЛЕКТРОЛИТЫ
ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ РАСТВОРЕНИИ ВЕЩЕСТВ В ВОДЕ
3. Диссоциация - обратимый процесс: параллельно с распадом молекул на ионы (диссоциация) протекает процесс соединения ионов (ассоциация).
Поэтому в уравнениях электролитической диссоциации вместо знака равенства ставят знак обратимости.Например, уравнение диссоциации молекулы электролита К A на катион К + и анион А - в общем виде записывается так:
КА ↔ K + + A -
Рассмотрим процесс растворения электролитов в воде
В целом молекула воды не заряжена. Но внутри молекулы Н 2 О атомы водорода и кислорода располагаются так, что положительные и отрицательные заряды находятся в противоположных концах молекулы (рис. 1). Поэтому молекула воды представляет собой диполь.
Растворение в воде веществ с ионной химической связью
(на примере хлорида натрия – поваренной соли)
Механизм электролитической диссоциации NaCl при растворении поваренной соли в воде (рис. 2) состоит в последовательном отщеплении ионов натрия и хлора полярными молекулами воды. Вслед за переходом ионов Na + и Сl – из кристалла в раствор происходит образование гидратов этих ионов.
Растворение в воде веществ с ковалентной сильнополярной химической связью
(на примере соляной кислоты)
При растворении в воде соляной кислоты (в молекулах HCl cвязь между атомами ковалентная сильнополярная) происходит изменение характера химической связи. Под влиянием полярных молекул воды ковалентная полярная связь превращается в ионную. Образовавшиеся ионы остаются связанными с молекулами воды – гидратированными. Если растворитель неводный, то ионы называют сольватированными (рис.3).
Основные положения:
Электролитическая диссоциация – это процесс распада электролита на ионы при растворении его в воде или расплавлении.
Электролиты – это вещества, которые при растворении в воде или в расплавленном состоянии распадаются на ионы.
Ионы – это атомы или группы атомов, обладающие положительным (катионы ) или отрицательным (анионы ) зарядом.
Ионы отличаются от атомов как по строению, так и по свойствам
Пример 1. Сравним свойства молекулярного водорода (состоит из двух нейтральных атомов водорода) со свойствами иона.
|
Атом водорода |
Ион водорода |
|
1 Н 0 1 s 1 |
1 Н + 1 s 0 |
Пример 2. Сравним свойства атомарного и молекулярного хлора со свойствами иона.
|
Атом хлора |
Ион хлора |
|
17 Cl 0 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 |
17 Cl - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 |
|
Атомы хлора имеют незавершённый внешний уровень, поэтому они химически очень активны, принимают электроны и восстанавливаются. Именно поэтому газообразный хлор ядовит, при вдыхании его наступает отравление организма. |
Ионы хлора имеют завершённый внешний уровень, поэтому они химически неактивны, находятся в устойчивом электронном состоянии. Ионы хлора входят в состав поваренной соли, употребление в пищу которой не вызывает отравления организма. |
Запомните!
1. Ионы отличаются от атомов и молекул по строению и свойствам;
2. Общий и характерный признак ионов – наличие электрических зарядов;
3. Растворы и расплавы электролитов проводят электрический ток из-за наличия в них ионов.
Самопроизвольный частичный или полный распад растворенных электролитов (см.) на ионы называется электролитической диссоциацией. Термин «ионы» введен английским физиком М. Фарадеем (1833). Теория электролитической диссоциации была сформулирована шведским ученым С. Аррениусом (1887) для объяснения свойств водных растворов электролитов. В дальнейшем она развивалась многими учеными на основе учения о строении атома и химической связи. Современное содержание этой теории можно свести к следующим трем положениям:
1. Электролиты при растворении в воде диссоциируют (распадаются) на ионы - положительно и отрицательно заряженные. («Ион» в переводе с греческого означает «странствующий». В растворе ионы беспорядочно движутся в различных направлениях.)
2. Под действием электрического тока ионы приобретают направленное движение: положительно заряженные движутся к катоду, отрицательно заряженные- к аноду. Поэтому первые называются катионами, вторые - анионами. Направленное движение ионов происходит в результате притяжения их противоположно заряженных электродами.
3. Диссоциация - обратимый процесс. Это означает, что наступает такое состояние равновесия, при котором сколько молекул распадается на ионы (диссоциация), столько их вновь образуется из ионов (ассоциация).
Поэтому в уравнениях электролитической диссоциации вместо знака равенства ставят знак обратимости.
Например:
где КА - молекула электролита, - катион, А - анион.
Учение о химической связи помогает ответить на вопрос, почему электролиты диссоциируют на ионы. Легче всего диссоциируют вещества с ионной связью, так как они уже состоят из ионов (см. Химическая связь). При их растворении диполи воды ориентируются вокруг положительного и отрицательного ионов. Между ионами и диполями воды возникают силы взаимного притяжения. В результате связь между ионами ослабевает, происходит переход ионов из кристалла в раствор. Аналогично диссоциируют и электролиты, молекулы которых образованы по типу ковалентной полярной связи. Диссоциация полярных молекул может быть полной или частичной - всё зависит от степени полярности связей. В обоих случаях (при диссоциации соединений с ионной и полярной связью) образуются гидратированные ионы, т. е. ионы, химически связанные с молекулами воды (см. рис. на с. 295).
Основоположником такого взгляда на электролитическую диссоциацию был почетный академик И. А. Каблуков. В отличие от теории Аррениуса, не учитывавшей взаимодействия растворенного вещества с растворителем, И. А. Каблуков к объяснению электролитической диссоциации применил химическую теорию растворов Д. И. Менделеева. Он показал, что при растворении происходит химическое взаимодействие растворенного вещества с водой, которое приводит к образованию гидратов, а затем они диссоциируют на ионы. И. А. Каблуков полагал, что в водном растворе содержатся только гидратированные ионы. В настоящее время это представление общепринято. Итак, гидратация ионов - основная причина диссоциации. В других, неводных растворах электролитов химическая связь между частицами (молекулами, ионами) растворенного вещества и частицами растворителя называется сольватацией.
Гидратированные ионы имеют как постоянное, так и переменное число молекул воды. Гидрат постоянного состава образует ионы водорода , удерживающие одну молекулу это гидратированный протон . В научной литературе его принято изображать формулой и называть ионом гидроксония.
Поскольку электролитическая диссоциация - процесс обратимый, то в растворах электролитов наряду с их ионами присутствуют и молекулы. Поэтому растворы электролитов характеризуются степенью диссоциации (обозначается греческой буквой а). Степень диссоциации - это отношение числа молекул, распавшихся на ионы, п к общему числу растворенных молекул :
Степень диссоциации электролита определяется опытным путем и выражается в долях единицы или в процентах. Если а то диссоциация отсутствует, а если или 100%, то электролит полностью распадается на ионы. Различные электролиты имеют различную степень диссоциации. С разбавлением раствора она увеличивается, а при добавлении одноименных ионов (одинаковых с ионами электролита) - уменьшается.
Однако для характеристики способности электролита диссоциировать на ионы степень диссоциации не очень удобная величина, так как она, зависит от концентрации электролита. Более общей характеристикой является константа диссоциации К. Ее легко вывести, применив закон действия масс к равновесию диссоциации электролита :
где КА - равновесная концентрация электролита, и - равновесные концентрации его ионов (см. Равновесие химическое). К от концентрации не зависит. Она зависит от природы электролита, растворителя и температуры.
Для слабых электролитов чем больше К (константа диссоциации), тем сильнее электролит, тем больше ионов в растворе.
Сильные электролиты констант диссоциации не имеют. Формально их можно вычислить, но они не будут постоянными при изменении концентрации.
Многоосновные кислоты диссоциируют по ступеням, а значит, такие кислоты будут иметь несколько констант диссоциации - для каждой ступени свою. Например:
Первая ступень:
Вторая ступень:
Третья ступень:
Всегда , т. е. многоосновная кислота при диссоциации по первой ступени ведет себя как более сильная кислота, чем по второй или третьей.
Ступенчатой диссоциации подвергаются и многокислотные основания. Например:
Кислые и основные соли также диссоциируют ступенчато. Например:
При этом по первой ступени соль полностью распадается на ионы, что обусловлено ионным характером связи между и ; и диссоциация по второй ступени незначительная, так как заряженные частицы (ионы) дальнейшей диссоциации подвергаются как очень слабые электролиты.
С точки зрения теории электролитической диссоциации даются определения и описываются свойства таких классов химических соединений, как кислоты, основания, соли.
Кислотами называются электролиты, при диссоциации которых в качестве катионов образуются только ионы водорода. Например:
Все общие характерные свойства кислот - кислый вкус, изменение цвета индикаторов, взаимодействие с основаниями, основными оксидами, солями - обусловлены присутствием ионов водорода , точнее .
Основаниями называются электролиты, при диссоциации которых в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы:
Согласно теории электролитической диссоциации все общие щелочные свойства растворов - мылкость на ощупь, изменение цвета индикаторов, взаимодействие с кислотами, ангидридами кислот, солями - обусловлены присутствием гидроксид-ионов .
Правда, имеются электролиты, при диссоциации которых одновременно образуются и ионы водорода, и гидроксид-ионы. Эти электролиты называются амфотерными или амфолитами. К ним относятся вода, гидроксиды цинка, алюминия, хрома и ряд других веществ. Вода, например, в незначительных количествах диссоциирует на ионы и :
Поскольку все реакции в водных растворах электролитов представляют собой взаимодействие ионов, уравнения этих реакций можно составлять в ионной форме.
Значение теории электролитической диссоциации состоит в том, что она объяснила многочисленные явления и процессы, протекающие в водных растворах электролитов. Однако она не объясняет процессов, протекающих в неводных растворах. Так, если хлорид аммония в водном растворе ведет себя как соль (диссоциирует на ионы и ), то в жидком аммиаке проявляет свойства кислоты - растворяет металлы с выделением водорода. Как основание ведет себя азотная кислота, растворенная в жидком фтороводороде или в безводной серной кислоте.
Все эти факторы противоречат теории электролитической диссоциации. Их объясняет протолити-ческая теория кислог и оснований.
Сам термин «диссоциация» означает распад молекул на несколько более простых частиц. В химии помимо электролитической диссоциации различают термическую диссоциацию. Это обратимая реакция, происходящая при повышении температуры. Например, термическая диссоциация водяного пара:
карбоната кальция:
молекул иода:
Равновесие термической диссоциации подчиняется закону действия масс.
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
Водные растворы некоторых веществ являются проводниками электрического тока. Эти вещества относятся к электролитам. Электролитами являются кислоты, основания и соли, расплавы некоторых веществ.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Процесс распада электролитов на ионы в водных растворах и расплавах под действием электрического тока называется электролитической диссоциацией .
Растворы некоторых веществ в воде не проводят электрический ток. Такие вещества называют неэлектролитами. К ним относятся многие органические соединения, например сахар и спирты.
Теория электролитической диссоциации
Теория электролитической диссоциации была сформулирована шведским ученым С. Аррениусом (1887 г.). Основные положения теории С. Аррениуса:
— электролиты при растворении в воде распадаются (диссоциируют) на положительно и отрицательно заряженные ионы;
— под действием электрического тока положительно заряженные ионы движутся к катоду (катионы), а отрицательно заряженные – к аноду (анионы);
— диссоциация – обратимый процесс
КА ↔ К + + А −
Механизм электролитической диссоциации заключается в ион-дипольном взаимодействии между ионами и диполями воды (рис. 1).
Рис. 1. Электролитическая диссоциация раствора хлорида натрия
Легче всего диссоциируют вещества с ионной связью. Аналогично диссоциация протекает у молекул, образованных по типу полярной ковалентной связи (характер взаимодействия – диполь-дипольный).
Диссоциация кислот, оснований, солей
При диссоциации кислот всегда образуются ионы водорода (H +), а точнее – гидроксония (H 3 O +), которые отвечают за свойства кислот (кислый вкус, действие индикаторов, взаимодействие с основаниями и т.д.).
HNO 3 ↔ H + + NO 3 −
При диссоциации оснований всегда образуются гидроксид-ионы водорода (OH −), ответственные за свойства оснований (изменение окраски индикаторов, взаимодействие с кислотами и т.д.).
NaOH ↔ Na + + OH −
Соли – это электролиты, при диссоциации которых образуются катионы металлов (или катион аммония NH 4 +) и анионы кислотных остатков.
CaCl 2 ↔ Ca 2+ + 2Cl −
Многоосновные кислоты и основания диссоциируют ступенчато.
H 2 SO 4 ↔ H + + HSO 4 − (I ступень)
HSO 4 − ↔ H + + SO 4 2- (II ступень)
Ca(OH) 2 ↔ + + OH − (I ступень)
+ ↔ Ca 2+ + OH −
Степень диссоциации
Среди электролитов различают слабые и сильные растворы. Чтобы охарактеризовать эту меру существует понятие и величина степени диссоциации (). Степень диссоциации – отношение числа молекул, продиссоциировавших на ионы к общему числу молекул. часто выражают в %.
К слабым электролитам относятся вещества, у которых в децимолярном растворе (0,1 моль/л) степень диссоциации меньше 3%. К сильным электролитам относятся вещества, у которых в децимолярном растворе (0,1 моль/л) степень диссоциации больше 3%. Растворы сильных электролитов не содержат непродиссоциировавших молекул, а процесс ассоциации (объединения) приводит к образованию гидратированных ионов и ионных пар.
На степень диссоциации оказывают особое влияние природа растворителя, природа растворенного вещества, температура (у сильных электролитов с повышением температуры степень диссоциации снижается, а у слабых – проходит через максимум в области температур 60 o С), концентрация растворов, введение в раствор одноименных ионов.
Амфотерные электролиты
Существуют электролиты, которые при диссоциации образуют и H + , и OH − ионы. Такие электролиты называют амфотерными, например: Be(OH) 2 , Zn(OH) 2 , Sn(OH) 2 , Al(OH) 3 , Cr(OH) 3 и т.д.
H + +RO − ↔ ROH ↔ R + + OH −
Ионные уравнения реакций
Реакции в водных растворах электролитов – это реакции между ионами – ионные реакции, которые записывают с помощью ионных уравнений в молекулярной, полной ионной и сокращенной ионной формах. Например:
BaCl 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2NaCl (молекулярная форма)
Ba 2+ + 2 Cl − + 2 Na + + SO 4 2- = BaSO 4 ↓ + 2 Na + + 2 Cl − (полная ионная форма)
Ba 2+ + SO 4 2- = BaSO 4 ↓ (сокращенная ионная форма)
Водородный показатель pH
Вода – слабый электролит, поэтому процесс диссоциации протекает в незначительной степени.
H 2 O ↔ H + + OH −
К любому равновесию можно применить закон действующих масс и записать выражение для константы равновесия:
K = /
Равновесная концентрация воды – величина постоянная, слеовательно.
K = = K W
Кислотность (основность) водного раствора удобно выражать через десятичный логарифм молярной концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком. Эта величина называется водородным показателем (рН).
Цели: сформировать понятия об электролитах и неэлектролитах, ЭД, раскрыть механизм диссоциации веществ с ионной и ковалентной полярной связью, ввести понятие «степень электролитической диссоциации» и показать ее зависимости от различных факторов; сформулировать основные положения ТЭД; формировать умения у обучающихся составлять уравнения диссоциации;
развивать умения сравнивать, анализировать и делать выводы, навыки само– и взаимоконтроля, интеллектуальные способности;
воспитывать компетентную личность с практической направленностью.
Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, экран, прибор для определения электропроводности растворов, штативы с лапкой и кольцом, модель-аппликация «Механизм ЭД»
Реактивы: Н 2 О дист., NaCl кр., NaOH кр., ледяная уксусная кислота CH 3 COOH, С 12 Н 22 О 11 кр.; р-р Н 2 SO 4 , на каждую парту: растворы индикаторов метилоранжа, фенолфталеина, р-ры HCl, NaОН, Na 2 SO 4.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Сообщение темы, постановка цели. Рефлексия
(Запись в тетрадь темы урока)
Учитель: Речь пойдет о самом удивительном веществе нашей планеты, без которого нет жизни – это воде, её роли при растворении веществ.
Прежде чем начать изучение новой темы, я хочу проверить ваше настроение. Зарисуйте свое настроение в индивидуальном сопроводительном листе, который находится у Вас на парте. (Приложение 1)
III. Изучение нового материала
1 этап. Электролиты, неэлектролиты.
Учитель: Обратимся к истории 1837 года. В этот период в Лондоне в лаборатории Королевского института работали два учёных: Гемфри Деви и Майкл Фарадей. Они начали исследования в области электричества и ввели понятия, которыми мы пользуемся до сих пор. Деви и Фарадей проводили опыты по определению электропроводности растворов, используя специальный прибор, модель которого представлена у Вас на рис. 126 с.193 (О.С.Габриелян, Химия 8). Он состоит из 2-х электродов, лампочки и розетки. При опускании электродов в исследуемое вещество, если оно проводит ток, то лампочка загорается, если не проводит – не загорается.
Давайте и мы проведем исследования (Демонстрация электрической проводимости различных веществ с помощью специального прибора).
Беседа с классом:
– Предварительно вспомним, на какие 2 группы делят все химические соединения по типу химической связи?
Результаты эксперимента отмечаем в таблице сопроводительного листа. (Приложение 1)
Проверка электропроводности воды прибором
Беседа:
– Как Вы думаете, проводит вода электрический ток?
– Какой тип химической связи у воды? (Ковалентная слабо полярная
)
– К какому классу химических соединений она относится?
– Проверим электропроводность прибором. (Не проводит ток).
(Отмечаем в таблице. )
Проверка электропроводности у поваренной соли NaCl кристаллической.
– Какой тип химической связи у этого соединения?
– К какому классу оно относится?
– Как вы думаете, проводит NaClкр. электрический ток?
– Проверим прибором (Нет)
.
– А теперь добавим воду в соль и проверим электропроводность этого раствора.
– Как Вы думаете, будет раствор поваренной соли проводить электрический ток?
(Этот опыт может проделать ученик)
– Как Вы думаете почему?
На этот вопрос мы дадим ответ немного позже.
А сейчас продолжим исследование. И так далее….
– Какой вывод мы можем сделать на основе проведенных исследований?
(Вывод: Одни вещества проводят ток, а другие нет)
Учитель: Вещества, растворы которых проводят электрический ток назвали электролитами, а вещества, которые не проводят ток – неэлектролитами
– А какие вещества проводят электрический ток? (Растворы кислот,
щелочей, солей.
)
– С каким видом химической связи растворы веществ проводят электрический ток?
(Ионной, ковалентной сильно полярной)
– Какие вещества не проводят электрический ток? (Все кристаллические
вещества, оксиды, газы)
–
С каким видом химической связи вещества не проводят электрический ток?
(С ковалентной неполярной и слабо полярной)
Закрепление этапа 1: Задание 1 . Блиц-опрос :
– Сформулируйте определения электролитов и неэлектролитов. (Запись в
тетрадь
)
– Какой тип химической связи характерен электролитам и неэлектролитам?
– Классы каких веществ относятся к электролитам и неэлектролитам?
– Где Вы в жизни встречались с электролитами? (Аккумуляторы в автомобилях)
Задание 2. Выберите из перечня веществ электролиты и неэлектролиты, определив вид химической связи. Ответ поясните.
2 этап: Механизм электролитической диссоциации .
Продолжение беседы:
– Какие частицы могут создавать электрический ток в растворе? (Движущие
заряженные частицы)
– Почему и при каких условиях вещества проводят электрический ток?
(Они распадаются на ионы при растворении или расплавлении, являются проводниками второго рода. Прохождение тока происходит за счёт переноса ионов, а не электронов. Металлы – проводники первого рода (ток создается за счет свободных электронов).
– А какие заряженные частицы могут быть в растворах, например, у веществ с ионной связью – растворе NaCl? (Свободные ионы)
Внимание: В кристаллах ионы не свободные, а находятся в узлах кристаллической решетки.
– Что же происходит с кристаллом при растворении его в воде?
– Какова роль воды в этом процессе?
(Вода взаимодействует с электролитом и он под действием воды распадается на ионы).
Рассмотрим механизм этого процесса.
Сначала рассмотрим строение молекулы воды
Вода (диполь) < 104,5 0
Сообщение: Интересное о воде… (Приложение 3)
Механизм электролитической диссоциации с ионной связью на примере NaCl
Рассмотрите схему процесса (рис.127, с.195, Химия, 9, О.С.Габриелян).
– Что происходит с диполями воды?
Этот процесс называется ориентация . (Запись в тетрадь)
гидратация . (Запись в тетрадь)
3.Во время гидратации возникают силы взаимного притяжения между диполями и ионами, химическая связь между ионами кристалла ослабевает и ионы, окруженные «водным одеялом» отрываются и переходят в раствор.
Происходит распад – диссоциация .
Ионы, окруженные водной оболочкой, называют гидратированными .
Процесс диссоциации упрощенно можно записать: NaCl = Na + + Cl -
(Катионы, анионы)
– Они простые или сложные? (Простые)
– Итак, какие 3 процесса происходят при растворении веществ с ионной связью в воде?
1. ориентация
2. гидратация
3. диссоциация. Демонстрация процесса диссоциации. (Анимация
)
Задание для учащихся
С помощью модели-аппликации покажите на магнитной доске механизм диссоциации электролита с ионной связью и прокомментируйте это
Механизм электролитической диссоциации веществ с ковалентной полярной связью на примере НCl
– А каков механизм диссоциации электролита с ковалентной полярной связью?
– Рассмотрите схему процесса (рис.128, с.196, в учебнике).
– Что происходит с диполями воды?
1. Диполи ориентируются отрицательными концами вокруг положительных ионов, а положительными вокруг отрицательных.
Этот процесс называется ориентация . (Запись в тетрадь)
2. Между ионами электролита и диполями происходит взаимодействие. Этот процесс называется гидратация . (Запись в тетрадь)
3.Под действием диполей воды происходит превращение ковалентной полярной связи в ионную, то есть происходит ионизация молекул электролита.
4. Происходит распад – диссоциация .
Процесс диссоциации упрощенно можно записать: НCl = Н + + Cl -
– Как называют распавшиеся ионы?
– Они простые или сложные?
– Итак, какие процессы происходят при растворении веществ с ковалентной полярной
связью в воде?
1. ориентация
2. гидратация
3. ионизация
4. диссоциация
Демонстрация процесса диссоциации. (Анимация )
Задание для учащихся
С помощью модели-аппликации покажите на магнитной доске механизм диссоциации электролита с ковалентной полярной связью и прокомментируйте это
Вывод: при растворении в воде вещества взаимодействуют с диполями, распадаются на свободные гидратированные ионы и проводят электрический ток. Гидратация ионов является основной причиной диссоциации электролита.
К такому выводу пришел шведский ученый Сванте Аррениус в 1887 году.
Вернемся к истории.
Учитель: Так как диссоциация происходит у электролитов, поэтому ее называют электролитической.
Оказывается электролитами являются не только растворы кислот, солей и щелочей, но и их расплавы.
Давайте сформулируем определение ЭД.
По лесенке поднимемся к вершине горы, теме сегодняшнего урока.
– Какие ключевые слова мы применяли при исследованиях, выводах?
Что происходит с веществом при диссоциации? «распад»
– Какое вещество распадается? «электролит»
– На какие частицы распадается электролит? «ионы»
–
При каких условиях распадается? «при растворении в роде или
расплавлении»
– Повторим!!!
Процесс обратный диссоциации называется ассоциацией.
– Какиебывают ионы? Заполните схему:
И выполните задание.
– Отличаются ли ионы от атомов или молекул? Если да, то чем?
3 этап: Степень диссоциации. Сильные и слабые электролиты.
Учитель: Все ли электролиты в одинаковой степени проводят электрический ток? (Нет)
– Продолжим исследование с уксусной кислотой.
Демонстрация опыта:
Учитель: Проверим электропроводность концентрированной уксусной кислоты.
Беседа с классом:
– Что вы наблюдаете? (Лампочка горит очень слабо)
Вывод: не все электролиты в одинаковой степени проводят электрический ток. Бывают сильные и слабые электролиты.
Характеристикой силы электролита является степень диссоциации и обозначается α. α можно вычислить по формуле.
Для слабых электролитов процесс диссоциации обратим. HNO 2 ↔ H + + NO 2 -
Подробная информационная карта у вас на столах в сопроводительном листе.
– А можно ли «слабого сделать сильным», то есть увеличить степень диссоциации?
– От чего зависит α?
Продолжим исследования (Демонстрация опыта)
Беседа с классом:
1. Нагреем уксусную кислоту.
– Что Вы наблюдаете? От чего же зависит α?
2. Разбавим кислоту водой, то есть уменьшим её концентрацию.
– Что наблюдаете? От чего еще зависит α?
Вывод: α зависит от t, C. Если температуру увеличить α тоже увеличивается, если концентрацию увеличить α уменьшается.
4 этап: Кислоты, основания соли с точки зрения ЭД.
Учитель: Рассмотрим наглядно диссоциацию кислот, оснований и солей и составим уравнения их диссоциации на примере модельных схем ЭД кислот, щелочей и солей
Работа и беседа учителя с классом:
– Составьте алгоритм написания данных уравнений (по образцу).
–
На какие ионы диссоциируют кислоты?
– Сформулируйте определение кислот с точки зрения ЭД. -Каким ионом будут
определяться их свойства?
– Докажите экспериментально, что у вас в пробирке №1 кислота.(Обучающиеся
выполняют
лабораторный опыт)
– На какие ионы диссоциируют основания?
– Сформулируйте определение оснований с точки зрения ЭД.
– Каким ионом будут определяться их свойства?
– Докажите экспериментально, что у вас в пробирке №2 щелочь.
(Обучающиеся выполняют лабораторный опыт)
– На какие ионы диссоциируют соли?
– Сформулируйте определение солей с точки зрения ЭД.
– Каким ионом будут определяться их свойства? (Разными)
5 этап: Физкультминутка для глаз
А теперь все отдохнем
Глазки крепенько сожмем
Поморгаем раз пяток
И продолжим наш урок
Крепко глазки зажмурим
Вспомним всё и повторим:
Раз, да, три, четыре, пять
Вернемся к диссоциации опять.
Истина всегда проста:
Щелочь, соль и кислота
Пропускают ток всегда,
Если их раствор – вода.Почему же кислород,
Спирт, глюкоза и азот,
Растворенные в воде,
Не пропустят ток нигде?Потому что вещества –
Неживые существа,
И зависят свойства их,
Сложных и совсем простых,
От строения частиц,
Микромира без границ.
А раствор, где ток бурлит,
Назван был электролит
Укрепляя мышцы глаз,
Взгляд меняем 8 раз
То поближе, то подальше
Посмотреть прошу я Вас.
От усталости спасет
Вас глазной круговорот.
Круга 3 вращайте влево,
А потом наоборот!
IV. Закрепление
1. Задания в игровой форме, проблемно-поисковые задания на слайдах.
2. Самостоятельная работа на 10 мин (Слайд
)
V. Обобщающие выводы
Учитель: Все сегодняшние полученные знания можно обобщить в одной теории, которая называется теорией электролитической диссоциации (ТЭД)
Основные положения сформулированы в опорном конспекте (Приложение 4 ).
Работа с опорным конспектом
- Все вещества делятся на электролиты и неэлектролиты. ТЭД изучает электролиты.
- При растворении в воде эл-ты диссоциируют на ионы.
- Причина диссоциации – гидратация, то есть взаимодействие электролита с молекулами воды и разрыв химической связи в нем.
- Под действием эл. тока + ионы(катионы) движутся к катоду, а отрицательные (анионы) к аноду.
- ЭД обратима для слабых электролитов.
- Не все электролиты в одинаковой степени диссоциируют на ионы. Поэтому они делятся на сильные и слабые и характеризуются степенью диссоциации, которая зависит от разных причин.
- Химические свойства растворов электролитов определяются свойствами тех ионов, которые они образуют при диссоциации.
- По характеру образующихся ионов различают 3 типа электролитов.
VI. Подведение итога урока. Домашнее задание
§35,36; упр. № 4,5 с.203,
Индивидуальные доп.зад. в раб. тетр. №18, с.124, №20 с.126
Учитель: Прежде чем закончить урок, я хочу проверить ваше настроение в конце урока. Зарисуйте свое настроение в индивидуальном сопроводительном листе, который находится у Вас на парте. (Приложение 1)
Заключение
Ты – молодчина! И в это поверь.
Открыта тобой в мир химии дверь.
Надеемся все мы, что лет через пять,
Прекрасным ученым сможешь ты стать.