§ 10. Дисоціація кислот, основ і солей (Григорович)

ПОМІРКУЙТЕ

Проаналізуйте моделі молекул кислот. Визначте найполярніші зв’язки в молекулах. Сформулюйте гіпотезу щодо йонів, які утворюються під час дисоціації кислот.

У молекулах кислот найполярнішим ковалентним зв’язком є зв’язок $O - H$ . Під дією молекул води цей зв’язок змінюється на йонний, і кислоти дисоціюють з утворенням спільних для всіх кислот катіонів Гідрогену $H^{+}$ та аніонів кислотних залишків.

Проаналізуйте структурні формули основ. Які зв’язки існують в основах? Сформулюйте гіпотезу щодо йонів, які утворюються під час дисоціації основ.

В основах існують йонні зв’язки між катіонами металічних елементів та гідроксид-іонами, а також ковалентні полярні зв’язки між атомами Оксигену й Гідрогену всередині гідроксильних груп. Під час розчинення основ у воді саме йонні зв’язки легко руйнуються, тому утворюються вільні катіони металічного елемента (або катіон амонію $N H_{4}^{+}$ ) і спільні для всіх розчинних основ гідроксид-аніони $O H^{-}$ .

Проаналізуйте структурні формули солей. Доведіть або спростуйте гіпотезу щодо йонів, які утворюються під час розчинення солей.

Гіпотезу підтверджено: неорганічні солі є речовинами йонної будови, побудованими з катіонів металічних елементів (або катіонів амонію) та аніонів кислотних залишків. Під час розчинення у воді ці йонні кристалічні ґратки руйнуються полярними молекулами води, і в розчин переходять вільні гідратовані катіони металічного елемента та аніони кислотного залишку.

ДОСЛІДЖУЄМО, МОДЕЛЮЄМО, ПРОЄКТУЄМО

Використовуючи підручні матеріали (пластилін, намистини, дріт тощо), виготовте моделі йонів. Порівняйте їх із моделями атомів, які ви робили у 8-му класі.

Під час зіставлення виготовлених моделей йонів із моделями відповідних нейтральних атомів добре видно структурні відмінності:

1) Катіони металічних елементів (наприклад, $N a^{+}$ ) помітно менші за розміром від нейтральних атомів $Na$ , адже атом віддає валентний електрон і втрачає весь зовнішній електронний шар.

2) Прості аніони (наприклад, $C l^{-}$ ) більші за розміром від відповідних нейтральних атомів $Cl$ , оскільки приєднання додаткового електрона посилює взаємне відштовхування електронів у зовнішньому шарі.

3) На моделях йонів обов’язково закріплюють позначення їхнього реального заряду: « $+$ » для катіонів або « $-$ » для аніонів.

РОБОТА З ІНФОРМАЦІЄЮ

104. Дайте визначення кислотам, основам і солям із позиції теорії електролітичної дисоціації.

Кислоти — це електроліти, під час дисоціації яких утворюються катіони Гідрогену $H^{+}$ й аніони кислотного залишку.
Основи — це електроліти, що дисоціюють на катіони металічного елемента (або катіон амонію $N H_{4}^{+}$ ) та гідроксид-аніони $O H^{-}$ .
Солі — це електроліти, що дисоціюють на катіони металічного елемента (або катіон амонію $N H_{4}^{+}$ ) та аніони кислотного залишку.

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

Багатоосновні кислоти відрізняються тим, що вони дисоціюють ступінчасто: йони Гідрогену відщеплюються послідовно, один за одним, тому в розчині одночасно існують різні типи аніонів. Одноосновні кислоти розпадаються на йони повністю в одну стадію.

У розчині сульфатної кислоти $H_{2} S O_{4}$ перебігають такі послідовні процеси:

Перша стадія: $H_{2} S O_{4} \to H^{+} + HS O_{4}^{-}$ (утворюється гідрогенсульфат-іон)
Друга стадія: $HS O_{4}^{-} ⇄ H^{+} + S O_{4}^{2 -}$ (утворюється сульфат-іон)

Через це в розчині одночасно присутні як кислі гідрогенсульфат-аніони $HS O_{4}^{-}$ , так і середні сульфат-аніони $S O_{4}^{2 -}$ .

РОЗУМІННЯ ЯВИЩ ПРИРОДИ (РОБОТА В ГРУПАХ)

106. Унаслідок електролітичної дисоціації молекули кислоти утворився йон із зарядом 3–. Скільки йонів Гідрогену утворилося за таких умов?

За таких умов утворилося 3 катіони Гідрогену $H^{+}$ . Оскільки вихідна молекула кислоти електронейтральна, сумарний позитивний заряд усіх утворених катіонів повинен точно компенсувати негативний заряд аніона: $3 \cdot (+ 1) + (- 3) = 0$ . Прикладом є повна дисоціація ортофосфатної кислоти: $H_{3} P O_{4} ⇄ 3 H^{+} + P O_{4}^{3 -}$ .

107. Запишіть заряди йонів у речовинах: a) Na2S, Na2SO4, MgSO4, Na3PO4, AlPO4; б) K2SO4, Mg(NO3)2, Ca3(PO4)2, NaOH, Ba(OH)2. Назвіть ці речовини.

а)

Натрій сульфід $N a_{2} S$ : катіон Натрію $N a^{+}$ , сульфід-іон $S^{2 -}$ .
Натрій сульфат $N a_{2} S O_{4}$ : катіон Натрію $N a^{+}$ , сульфат-іон $S O_{4}^{2 -}$ .
Магній сульфат $MgS O_{4}$ : катіон Магнію $M g^{2 +}$ , сульфат-іон $S O_{4}^{2 -}$ .
Натрій ортофосфат $N a_{3} P O_{4}$ : катіон Натрію $N a^{+}$ , ортофосфат-іон $P O_{4}^{3 -}$ .
Алюміній ортофосфат $AlP O_{4}$ : катіон Алюмінію $A l^{3 +}$ , ортофосфат-іон $P O_{4}^{3 -}$ .

б)

Калій сульфат $K_{2} S O_{4}$ : катіон Калію $K^{+}$ , сульфат-іон $S O_{4}^{2 -}$ .
Магній нітрат $Mg (N O_{3})_{2}$ : катіон Магнію $M g^{2 +}$ , нітрат-іон $N O_{3}^{-}$ .
Кальцій ортофосфат $C a_{3} (P O_{4})_{2}$ : катіон Кальцію $C a^{2 +}$ , ортофосфат-іон $P O_{4}^{3 -}$ .
Натрій гідроксид $NaOH$ : катіон Натрію $N a^{+}$ , гідроксид-іон $O H^{-}$ .
Барій гідроксид $Ba (OH)_{2}$ : катіон Барію $B a^{2 +}$ , гідроксид-іон $O H^{-}$ .

108. Запишіть рівняння електролітичної дисоціації кислот: а) карбонатної; б) бромідної; в) нітритної. Назвіть аніони, що утворюються.

а) Карбонатна кислота $H_{2} C O_{3}$ — слабка двоосновна кислота, що дисоціює ступінчасто:

І стадія: $H_{2} C O_{3} ⇄ H^{+} + HC O_{3}^{-}$ (гідрогенкарбонат-іон)
ІІ стадія: $HC O_{3}^{-} ⇄ H^{+} + C O_{3}^{2 -}$ (карбонат-іон)

б) Бромідна кислота $HBr$ — сильна одноосновна кислота:
$HBr \to H^{+} + B r^{-}$ (бромід-іон)

в) Нітритна кислота $HN O_{2}$ — слабка одноосновна кислота:
$HN O_{2} ⇄ H^{+} + N O_{2}^{-}$ (нітрит-іон)

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

Ступінчасто дисоціюють тільки багатоосновні кислоти, молекули яких мають два або більше атомів Гідрогену: $H_{2} C O_{3}$ , $H_{2} S$ , $H_{2} S O_{3}$ . Одноосновні кислоти ( $HCl$ , $HN O_{3}$ ) відщеплюють лише один протон в одну стадію.

Рівняння ступінчастої дисоціації:

1) Карбонатна кислота $H_{2} C O_{3}$ :

І стадія: $H_{2} C O_{3} ⇄ H^{+} + HC O_{3}^{-}$
ІІ стадія: $HC O_{3}^{-} ⇄ H^{+} + C O_{3}^{2 -}$

2) Сульфідна кислота $H_{2} S$ :

І стадія: $H_{2} S ⇄ H^{+} + H S^{-}$
ІІ стадія: $H S^{-} ⇄ H^{+} + S^{2 -}$

3) Сульфітна кислота $H_{2} S O_{3}$ :

І стадія: $H_{2} S O_{3} ⇄ H^{+} + HS O_{3}^{-}$
ІІ стадія: $HS O_{3}^{-} ⇄ H^{+} + S O_{3}^{2 -}$

110. Запишіть рівняння електролітичної дисоціації основ: а) калій гідроксиду; б) літій гідроксиду.

а) $KOH \to K^{+} + O H^{-}$
б) $LiOH \to L i^{+} + O H^{-}$

111. Запишіть рівняння електролітичної дисоціації солей: а) магній нітрату; б) алюміній хлориду; в) барій броміду; г) натрій карбонату; д) натрій ортофосфату; е) барій сульфіду; ж) ферум(3+) нітрату; и) магній хлориду; к) алюміній сульфату.

а) $Mg (N O_{3})_{2} \to M g^{2 +} + 2N O_{3}^{-}$
б) $AlC l_{3} \to A l^{3 +} + 3C l^{-}$
в) $BaB r_{2} \to B a^{2 +} + 2B r^{-}$
г) $N a_{2} C O_{3} \to 2N a^{+} + C O_{3}^{2 -}$
д) $N a_{3} P O_{4} \to 3N a^{+} + P O_{4}^{3 -}$
е) $BaS \to B a^{2 +} + S^{2 -}$
ж) $Fe (N O_{3})_{3} \to F e^{3 +} + 3N O_{3}^{-}$
и) $MgC l_{2} \to M g^{2 +} + 2C l^{-}$
к) $A l_{2} (S O_{4})_{3} \to 2A l^{3 +} + 3S O_{4}^{2 -}$

112. Яка кількість речовини частинок утвориться внаслідок розчинення у воді таких речовин кількістю 1 моль: а) гідроген хлориду; б) калій йодиду; в) кальцій броміду; г) барій нітрату? Запишіть рівняння електролітичної дисоціації цих речовин.

а) $HCl \to H^{+} + C l^{-}$
З $1 моль$ $HCl$ утворюється $1 моль$ $H^{+}$ і $1 моль$ $C l^{-}$ , разом — $2 моль$ йонів.

б) $KI \to K^{+} + I^{-}$
З $1 моль$ $KI$ утворюється $1 моль$ $K^{+}$ і $1 моль$ $I^{-}$ , разом — $2 моль$ йонів.

в) $CaB r_{2} \to C a^{2 +} + 2B r^{-}$
З $1 моль$ $CaB r_{2}$ утворюється $1 моль$ $C a^{2 +}$ і $2 моль$ $B r^{-}$ , разом — $3 моль$ йонів.

г) $Ba (N O_{3})_{2} \to B a^{2 +} + 2N O_{3}^{-}$
З $1 моль$ $Ba (N O_{3})_{2}$ утворюється $1 моль$ $B a^{2 +}$ і $2 моль$ $N O_{3}^{-}$ , разом — $3 моль$ йонів.

113. Наведіть по одному прикладу солей, у разі дисоціації яких кількістю речовини по 1 моль утворяться: а) 2 моль йонів; б) 3 моль йонів; в) 4 моль йонів; г) 5 моль йонів. Запишіть відповідні рівняння електролітичної дисоціації.

а) Натрій хлорид $NaCl$ ( $2 моль$ йонів):
$NaCl \to N a^{+} + C l^{-}$

б) Калій сульфат $K_{2} S O_{4}$ ( $3 моль$ йонів):
$K_{2} S O_{4} \to 2 K^{+} + S O_{4}^{2 -}$

в) Натрій ортофосфат $N a_{3} P O_{4}$ ( $4 моль$ йонів):
$N a_{3} P O_{4} \to 3N a^{+} + P O_{4}^{3 -}$

г) Алюміній сульфат $A l_{2} (S O_{4})_{3}$ ( $5 моль$ йонів):
$A l_{2} (S O_{4})_{3} \to 2A l^{3 +} + 3S O_{4}^{2 -}$

114. Запишіть формулу речовини, під час дисоціації якої утворюються йони Кальцію та гідроксид-іони.

Такою речовиною є кальцій гідроксид $Ca (OH)_{2}$ .
Рівняння електролітичної дисоціації:
$Ca (OH)_{2} \to C a^{2 +} + 2O H^{-}$

115. Із 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. Запишіть рівняння дисоціації електролітів.

Електроліти (розчинні кислоти, луги й солі):

$HCl$
$C r_{2} (S O_{4})_{3}$
$Sr (OH)_{2}$
$Sr (N O_{3})_{2}$

Неелектроліти (прості речовини, кислотні та основні оксиди, практично нерозчинні основи, вода):

$Ca$
$F e_{2} O_{3}$
$Mg (OH)_{2}$
$C O_{2}$
$P_{2} O_{5}$
$H_{2} O$

Рівняння дисоціації електролітів:
$HCl \to H^{+} + C l^{-}$
$C r_{2} (S O_{4})_{3} \to 2C r^{3 +} + 3S O_{4}^{2 -}$
$Sr (OH)_{2} \to S r^{2 +} + 2O H^{-}$
$Sr (N O_{3})_{2} \to S r^{2 +} + 2N O_{3}^{-}$

116. У разі дисоціації певного нітрату утворився 1 моль катіонів із зарядом 2+. Яка кількість речовини нітрат-іонів утворилася за таких умов?

Дано:

$n (M^{2 +}) = 1 моль$
Сіль — нітрат металічного елемента зі ступенем окиснення $+ 2$ : $M (N O_{3})_{2}$

Знайти:

$n (N O_{3}^{-}) - ?$

Розв’язання:
Складемо рівняння електролітичної дисоціації розчинного нітрату двовалентного металічного елемента:
$M (N O_{3})_{2} \to M^{2 +} + 2N O_{3}^{-}$

За коефіцієнтами в рівнянні дисоціації з $1 моль$ катіонів $M^{2 +}$ утворюється $2 моль$ нітрат-аніонів $N O_{3}^{-}$ :
$n (N O_{3}^{-}) = 2 \cdot n (M^{2 +}) = 2 \cdot 1 моль = 2 моль$

Відповідь: $n (N O_{3}^{-}) = 2 моль$ .

117. Запишіть формули та рівняння дисоціації ферум(2+) сульфату й ферум(3+) сульфату. Чим відрізняються ці солі?

Ферум(2+) сульфат має формулу $FeS O_{4}$ .
Рівняння дисоціації:
$FeS O_{4} \to F e^{2 +} + S O_{4}^{2 -}$

Ферум(3+) сульфат має формулу $F e_{2} (S O_{4})_{3}$ .
Рівняння дисоціації:
$F e_{2} (S O_{4})_{3} \to 2F e^{3 +} + 3S O_{4}^{2 -}$

Ці солі різняться ступенем окиснення та зарядом катіонів Феруму ( $F e^{2 +}$ і $F e^{3 +}$ ), співвідношенням частинок у формульній одиниці та сумарною кількістю йонів, що вивільняються під час дисоціації $1 моль$ речовини ( $2 моль$ йонів для $FeS O_{4}$ проти $5 моль$ йонів для $F e_{2} (S O_{4})_{3}$ ).

118. Наведіть по одному прикладу рівнянь дисоціації солей за наведеними схемами (літерою М позначено металічний елемент, а Х — кислотний залишок):
• а) МХ → М2+ + Х2–;
$MgS O_{4} \to M g^{2 +} + S O_{4}^{2 -}$

• б) МХ3 → М3+ + 3Х–;
$AlC l_{3} \to A l^{3 +} + 3C l^{-}$

• в) М3Х → 3М+ + Х3–;
$K_{3} P O_{4} \to 3 K^{+} + P O_{4}^{3 -}$

• г) М2Х3 → 2М3+ + 3Х2–.
$A l_{2} (S O_{4})_{3} \to 2A l^{3 +} + 3S O_{4}^{2 -}$

119. У розчині наявні йони K+, Mg2+, NO3–, SO42–. Які речовини розчинили? Наведіть два варіанти відповіді.

Оскільки у розчині одночасно містяться катіони $K^{+}$ , $M g^{2 +}$ та аніони $N O_{3}^{-}$ , $S O_{4}^{2 -}$ , вихідні пари солей могли бути такими:

1) Перший варіант: розчинили калій нітрат $KN O_{3}$ та магній сульфат $MgS O_{4}$ .
$KN O_{3} \to K^{+} + N O_{3}^{-}$
$MgS O_{4} \to M g^{2 +} + S O_{4}^{2 -}$

2) Другий варіант: розчинили калій сульфат $K_{2} S O_{4}$ та магній нітрат $Mg (N O_{3})_{2}$ .
$K_{2} S O_{4} \to 2 K^{+} + S O_{4}^{2 -}$
$Mg (N O_{3})_{2} \to M g^{2 +} + 2N O_{3}^{-}$

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

Хлорид-іони $C l^{-}$ утворюються під час розчинення у воді бінарних солей хлоридної кислоти та її основних солей. Речовини $KCl O_{3}$ (калій хлорат), $Ca (ClO)_{2}$ (кальцій гіпохлорит) і $HCl O_{4}$ (перхлоратна кислота) є оксигеновмісними сполуками, під час дисоціації яких утворюються складні аніони $Cl O_{3}^{-}$ , $Cl O^{-}$ та $Cl O_{4}^{-}$ .

Рівняння дисоціації електролітів, що утворюють хлорид-іони:
$CrC l_{3} \to C r^{3 +} + 3C l^{-}$
$BaC l_{2} \to B a^{2 +} + 2C l^{-}$
$MgOHCl \to MgO H^{+} + C l^{-}$

§ 10. Дисоціація кислот, основ і солей (Григорович)

Теги статті:

До уроку