Электролитическая диссоциация
Электролитической диссоциацией называют процесс, в ходе которого молекулы растворенного вещества распадаются на ионы в результате взаимодействия с растворителем (воды). Диссоциация является обратимым процессом.
Диссоциация обуславливает ионную проводимость растворов электролитов. Чем больше молекул вещества распадается на ионы, тем лучше оно проводит электрический ток и является более сильным электролитом.
В общем виде процесс электролитической диссоциации можно представить так:
KA ⇄ K + (катион) + A — (анион)
Замечу, что сила кислоты определяется способностью отщеплять протон. Чем легче кислота его отщепляет, тем она сильнее.
У HF крайне затруднен процесс диссоциации из-за образования водородных связей между F (самым электроотрицательным элементом) одной молекулы и H другой молекулы.
Ступени диссоциации
Некоторые вещества диссоциируют на ионы не в одну стадию (как NaCl), а ступенчато. Это характерно для многоосновных кислот: H2SO4, H3PO4.
Посмотрите на ступенчатую диссоциацию ортофосфорной кислоты:
Важно заметить, что концентрация ионов на разных ступенях разная. На первых ступенях ионов всегда много, а до последних доходят не все молекулы. Поэтому в растворе ортофосфорной кислоты концентрация дигидрофосфат-анионов будет больше, чем фосфат-анионов.
Для серной кислоты диссоциация будет выглядеть так:
Для средних солей диссоциация чаще всего происходит в одну ступень:
Из одной молекулы ортофосфата натрия образовалось 4 иона.
Из одной молекулы сульфата калия образовалось 3 иона.
Электролиты и неэлектролиты
Химические вещества отличаются друг от друга по способности проводить электрический ток. Исходя из этой способности, вещества делятся на электролиты и неэлектролиты.
Электролиты — жидкие или твердые вещества, в которых присутствуют ионы, способные перемещаться и проводить электрический ток. Связи в их молекулах обычно ионные или ковалентные сильнополярные.
К ним относятся соли, сильные кислоты и щелочи (растворимые основания).
Степень диссоциации сильных электролитов составляет от 0,3 до 1, что означает 30-100% распад молекул, попавших в раствор, на ионы.
Неэлектролиты — вещества недиссоциирующие в растворах на ионы. В молекулах эти веществ связи ковалентные неполярные или слабополярные.
К неэлектролитам относятся многие органические вещества, слабые кислоты, нерастворимые в воде основания и гидроксид аммония.
Степень их диссоциации до 0 до 0.3, то есть в растворе неэлектролита на ионы распадается до 30% молекул. Они плохо или вообще не проводят электрический ток.
Молекулярное, полное и сокращенное ионные уравнения
Молекулярное уравнение представляет собой запись реакции с использованием молекул. Это те уравнения, к которым мы привыкли и которыми наиболее часто пользуемся. Примеры молекулярных уравнений:
Полные ионные уравнения записываются путем разложения молекул на ионы. Запомните, что нельзя раскладывать на ионы:
- Слабые электролиты (в их числе вода)
- Осадки
- Газы
Сокращенное ионное уравнение записывается путем сокращения одинаковых ионов из левой и правой части. Просто, как в математике — остается только то, что сократить нельзя.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2022
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Блиц-опрос по теме Электролитическая диссоциация
Вращающиеся стулья «HighWay»: программируемая основа (стр. 7 )
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
1. Все вещества, способные к образованию растворов, делят на две категории, называемые. в зависимости оттого, проводят или не проводят их растворы (расплавы) электрический ток.
[1] металлами и неметаллами;
[2] окислителями и восстановителями;
[3] электролитами и неэлектролитами;
[4] проводниками и изоляторами.
2. Электролиты — это вещества, которые.
[1] проводят электрический ток;
[2] растворимы в воде;
[3] не растворимы в органических растворителях;
[4] диссоциируют в растворе или расплаве на ионы.
[1] атомы, характеризующихся одним и тем же зарядом ядра;
[2] одноатомные или многоатомные частицы, несущие электрический заряд;
[3] условные заряды атомов в молекуле, вычисленные в предположении, что все связи в молекуле — ковалентные;
[4] вещества, используемые для изготовления электрических проводов.
4. Положительные ионы называют.
5. Отрицательные ионы называют.
6. Самопроизвольный распад молекул растворенного (иногда — расплавленного) вещества на катионы и анионы называется.
[2] ионной проводимостью;
[3] гомогенным катализом;
[4] электролитической диссоциацией.
7. Процесс электролитической диссоциации является.
8. Мерой электролитической диссоциации электролита принято считать.
[1] степень диссоциации;
[2] молярную концентрацию раствора;
[4] константу гидролиза.
9. Степень диссоциации — это.
[1] отношение количества растворенного вещества к общему количеству веществ в растворе;
[2] отрицательный логарифм концентрации катионов в растворе;
[3] отношение числа молекул, распавшихся на ионы, к общему числу молекул растворенного вещества;
[4] число гидратированных молекул электролита,
10. Численное значение степени диссоциации электролита в растворе при данной температуре зависит от.
[1] атмосферного давления;
[2] наличия катализатора;
[3] концентрации раствора;
[4] агрегатного состояния электролита.
348. В зависимости от численного значения степени диссоциации а разбавленных растворов электролиты подразделяют на: а) сильные, б) слабые:
[1] а)α = 60%; б) α = 40%;
[2] а) α 80%; б) α 20%;
[3] а) α 30%; б) α 3%;
[4] а) α 0,6; б) α 0,03.
349. Поскольку диссоциация электролита КА на катион К+ и анион А — является обратимым равновесным процессом КА ↔ К+ + А-, то к нему применим закон действующих масс, в соответствии с которым определяется константа равновесия, называемая в таких случаях константой диссоциации Кд. Константа диссоциации определяется по формуле:
350. Закон разбавления Оствальда и описывается формулой:
351. Какое уравнение описывает диссоциацию глюкозы в водном растворе?
[1] С6Н12O6 ↔ 6С° + 6Н+ + 6O-;
[2] глюкоза не диссоциирует на ионы в водном растворе;
[3] С6Н12Об ↔ 6С-1 + 12Н+ + 6O-1;
[4] С6Н12Об ↔ C6H12O6.
352. Диссоциация воды описывается уравнением:
[4] вода не является электролитом и поэтому не диссоциирует.
353. Вода — очень слабый электролит, поэтому ее молярная концентрация [Н2О] остается практически постоянной при ее диссоциации, а следовательно, остается постоянной и величина Kw = [Н+][ОН—], которую называют.
[2] произведением растворимости воды;
[3] ионным произведением воды;
[4] произведением искусства дистилляции.
354. Ионное произведение воды зависит только от температуры, численное значение этой величины при 25 °С составляет.
[1] Kw = 6,02 × 10-23 моль2/л2;
[2] Кw = 8,31 × 10-3 моль2/л2;
[3] Кw = 6,62 × 10-34 моль2/л2;
[4] Kw = 1,0 ×10-14 моль2/л2.
355. Кислотность (основность) растворов принято выражать через водородный показатель (рН), рассчитываемый по формуле:
57. Масса осадка, образующегося при смешивании 100 мл 0,1 М раствора FeCl3 и 150 мл 0.2М раствора NaOH, равна гр.
58. Массовая доля фосфата калия в растворе, полученном при растворении 0,5 моль соли в 124 г воды равна %
59. В 400 мл 0,2М раствора нитрата натрия содержится ___ грамма(ов) соли.
60. Уравнение реакции, которая в водном растворе протекает практически до конца, имеет вид…
1) BaSO4 + 2HCl = BaCl2 + H2SO4
2) K2SO4 + 2HCl = H2SO4 + 2KCl
3) FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3 + 3NaCl
4) CaCl2 + 2NaNO3 = Ca(NO3)2 + 2NaCl
56. При разбавлении 0,2 М раствора соляной кислоты в два раза, рН будет иметь значение, равное…
19. Процесс электролитической диссоциации нитрата бария описывается уравнением:
[1] Ba(NO3)2 ↔ Ba4+ + 2NO32-
[2] Ba(NO3)2 ↔ Ba2+ + 2N5+ + 6O2-;
[3] Ba(NO3)2 ↔ Ba3+ + N2O4- + 2O-;
[4] Ba(NO3)2 ↔ Ba2+ + 2NO3-.
26. Чему равна концентрация ионов Н+ в растворе КОН с концентрацией 0,01 моль/л при условии, что гидроксид калия продиссоциировал нацело?
[4] поскольку раствор щелочной, в нем не могут присутствовать ионы Н+ (т. е. [Н+] = 0).
27. Рассчитайте рН: а) соляной кислоты с концентрацией 0.1 моль/л; б) водного раствора гидроксида калия с концентрацией 1,0 моль/л, считая, что указанные вещества диссоциируют полностью.
28. Рассчитайте концентрацию ионов водорода в растворе аммиака с концентрацией 1,5 моль/л. Константа диссоциации гидроксида аммония равна 1,7×10-5.
[2] [Н+] = 2 × 10-2 моль/л;
[3] [Н+] = 2 × 10-12 моль/л;
[4] [Н+] = 4 × 10-1 моль/л.
414. Раствор, в котором значение рН практически не изменяется при добавлении небольших количеств кислоты или основания, называется…
29. Диссоциацию малорастворимых веществ (типа AgCl или BaSO4 характеризуют с помощью специальной константы, называемой.
[1] константой Больцмана;
[2] произведением растворимости;
[3] степенью ионизации;
[4] ионным произведением.
30. Смешали по 250 мл растворов фторида натрия с концентрацией 0,2 моль/л и нитрата лития с концентрацией 0,3 моль/л. Определите массу образовавшегося осадка. Произведение растворимости фторида лития равно 1,5×10-3.
[2] осадок LiF не образуется;
31. Если в растворе присутствует несколько электролитов, то между ними могут протекать реакции, которые «идут практически до конца» в сторону образования осадков или (и) газов, или (и) слабых электролитов. Для описания таких реакций используют ионные уравнения, которые в отличие от молекулярных.
[1] не содержат стехиометрических коэффициентов;
[2] описывают химическую реакцию, протекающую только в водных растворах;
[3] относятся не к одной какой-либо реакции между конкретными веществами, а к целой группе аналогичных реакций;
[4] применимы только к реакциям обмена.
32. Для уравнения реакции CuSO4 + КОН = . сокращенное ионное уравнение имеет вид:
[1] 2K+ + SO42- = K2SO4;
[2] Cu2+ + SO42- + 2K+ + 2OH — = Cu(OH)2¯ + K2SO4;
[3] CuSO4 + 2OH — = Cu(OH)2¯ + SO42-;
[4] Cu2+ + 2OH — = Cu(OH)2¯.
33. Взаимодействие карбоната бария с соляной кислотой можно представить сокращенным ионным уравнением:
[1] Ва2+ + 2С1- = ВаС12;
[2] Ва2+ + СО32- + 2Н+ + 2С1- = Ва2+ + СО32- + 2НС1¯;
[3] ВаСО3 + 2Н+ = Ba2+ + CO2 + H2O;
[4] 2Н+ +CO32- = H2CO3
34. Сокращенному ионному уравнению Cu2+ + S2- = CuS¯ соответствует следующее молекулярное уравнение:
[1] CuCO3 + H2S = CuS¯ + СО2↑ + Н2О;
[2] CuBr2 + K2S = CuS¯ + 2KBr;
[3] Сu(ОН)2 + Na2S = CuS¯ + 2NaOH;
[4J Cu3(PO4)2 + 3(NH4)2S = 3CuS¯ + 2(NH4)3PO4.
35. С каким веществом вступит в реакцию обмена в водном растворе бромид бария?
38. С точки зрения теории диссоциации, кислотой называют соединение.
[1] образующее при диссоциации в водном растворе из отрицательных ионов только гидроксид-ионы ОН — ;
[2] подвергающееся гидролизу в водном растворе;
[3] образующее при диссоциации в водном растворе из положительных ионов только ионы водорода Н+;
[4] способное проводить электрический ток.
39. Основанием называется соединение.
Электролитическая диссоциация
Материалы портала onx.distant.ru
Примеры решения задач
Задачи для самостоятельного решения
Степень диссоциации
Вещества, которые в растворах или расплавах полностью или частично распадаются на ионы, называются электролитами.
Степень диссоциации α — это отношение числа молекул, распавшихся на ионы N′ к общему числу растворенных молекул N:
α = N′/N
Степень диссоциации выражают в процентах или в долях единицы. Если α =0, то диссоциация отсутствует и вещество не является электролитом. В случае если α =1, то электролит полностью распадается на ионы.
Классификация электролитов
Согласно современным представлениям теории растворов все электролиты делятся на два класса: ассоциированные (слабые) и неассоциированные (сильные) . Неассоциированные электролиты в разбавленных растворах практически полностью диссоциированы на ионы. Для этого класса электролитов a близко к единице (к 100 %). Неассоциированными электролитами являются, например, HCl, NaOH, K2SO4 в разбавленных водных растворах.
Ассоциированные электролиты подразделяются на три типа:
- Слабые электролиты существуют в растворах как в виде ионов, так и в виде недиссоциированных молекул. Примерами ассоциированных электролитов этой группы являются, в частности, Н2S, Н2SO3, СН3СOОН в водных растворах.
- Ионные ассоциаты образуются в растворах путем ассоциации простых ионов за счет электростатического взаимодействия. Ионные ассоциаты возникают в концентрированных растворах хорошо растворимых электролитов. В результате в растворе находятся как простые ионы, так и ионные ассоциаты. Например, в концентрированном водном растворе КCl образуются простые ионы К + , Cl — , а также возможно образование ионных пар (К + Cl — ), ионных тройников (K2Cl + , KCl2 — ) и ионных квадруполей (K2Cl2, KCl3 2- , K3Cl 2+ ).
- Комплексные соединения (как ионные, так и молекулярные), внутренняя сфера которых ступенчато диссоциирует на ионные и (или) молекулярные частицы.
Примеры комплексных ионов: [Cu(NH3)4] 2+ , [Fe(CN)6] 3+ , [Cr(H2O)3Cl2] + .
При таком подходе один и тот же электролит может относиться к различным типам в зависимости от концентрации раствора, вида растворителя и температуры. Подтверждением этому являются данные, приведенные в таблице.
Таблица. Характеристика растворов KI в различных растворителях
Концентрация электролита, С, моль/л | Температура t, о С | Растворитель | Тип электролита |
0,01 | 25 | Н2О | Неассоциированный (сильный) |
5 | 25 | Н2О | Ионный ассоциат |
0,001 | 25 | С6Н6 | Ассоциированный (слабый) |
Приближенно, для качественных рассуждений можно пользоваться устаревшим делением электролитов на сильные и слабые. Выделение группы электролитов “средней силы” не имеет смысла. Эти электролиты являются ассоциированными. К слабым электролитам обычно относят электролиты, степень диссоцииации которых мала α
Таким образом, к сильным электролитам относятся разбавленные водные растворы почти всех хорошо растворимых в воде солей, многие разбавленные водные растворы минеральных кислот (НСl, HBr, НNО3, НСlO4 и др.), разбавленные водные растворы гидроксидов щелочных металлов. К слабым электролитам принадлежат все органические кислоты в водных растворах, некоторые водные растворы неорганических кислот, например, H2S, HCN, H2CO3, HNO2, HСlO и др. К слабым электролитам относится и вода.
Диссоциация электролитов
Уравнение реакции диссоциации сильного электролита можно представить следующим образом. Между правой и левой частями уравнения реакции диссоциации сильного электролита ставится стрелка или знак равенства:
HCl → H + + Cl —
Допускается также ставить знак обратимости, однако в этом случае указывается направление, в котором смещается равновесие диссоциации, или указывается, что α≈1. Например:
NaOH → Na + + OH —
Диссоциация кислых и основных солей в разбавленных водных растворах протекает следующим образом:
NaHSO3 → Na + + HSO3 —
Анион кислой соли будет диссоциировать в незначительной степени, поскольку является ассоциированным электролитом:
HSO3 — → H + + SO3 2-
Аналогичным образом происходит диссоциация основных солей:
Mg(OH)Cl → MgOH + + Cl —
Катион основной соли подвергается дальнейшей диссоциации как слабый электролит:
MgOH + → Mg 2+ + OH —
Двойные соли в разбавленных водных растворах рассматриваются как неассоциированные электролиты:
Комплексные соединения в разбавленных водных растворах практически полностью диссоциируют на внешнюю и внутреннюю сферы:
В свою очередь, комплексный ион в незначительной степени подвергается дальнейшей диссоциации:
[Fe(CN)6] 3- → Fe 3+ + 6CN —
Константа диссоциации
При растворении слабого электролита К А в растворе установится равновесие:
КА ↔ К + + А —
которое количественно описывается величиной константы равновесия Кд, называемой константой диссоциации :
Kд = [К + ] · [А — ] /[КА] (2)
Константа диссоциации характеризует способность электролита диссоциировать на ионы. Чем больше константа диссоциации, тем больше ионов в растворе слабого электролита. Например, в растворе азотистой кислоты HNO2 ионов Н + больше, чем в растворе синильной кислоты HCN, поскольку К(HNO2) = 4,6·10 — 4 , а К(HCN) = 4,9·10 — 10 .
Для слабых I-I электролитов (HCN, HNO2, CH3COOH) величина константы диссоциации Кд связана со степенью диссоциации α и концентрацией электролита c уравнением Оствальда:
Кд = (α 2· с)/(1-α) (3)
Для практических расчетов при условии, что α
Кд = α 2· с (4)
Поскольку процесс диссоциации слабого электролита обратим, то к нему применим принцип Ле Шателье. В частности, добавление CH3COONa к водному раствору CH3COOH вызовет подавление собственной диссоциации уксусной кислоты и уменьшение концентрации протонов. Таким образом, добавление в раствор ассоциированного электролита веществ, содержащих одноименные ионы, уменьшает его степень диссоциации.
Следует отметить, что константа диссоциации слабого электролита связана с изменением энергии Гиббса в процессе диссоциации этого электролита соотношением:
ΔGT 0 = — RTlnKд (5)
Уравнение (5) используется для расчета констант диссоциации слабых электролитов по термодинамическим данным.
Примеры решения задач
Задача 1. Определите концентрацию ионов калия и фосфат-ионов в 0,025 М растворе K3PO4.
Решение. K3PO4 – сильный электролит и в водном растворе диссоциирует полностью:
Следовательно, концентрации ионов К + и РО4 3- равны соответственно 0,075М и 0,025М.
Задача 2. Определите степень диссоциации αд и концентрацию ионов ОН — (моль/л) в 0,03 М растворе NH3·H2О при 298 К, если при указанной температуре Кд(NH3·H2О) = 1,76× 10 — 5 .
Решение. Уравнение диссоциации электролита:
Концентрации ионов: [NH4 + ] = α С ; [OH — ] = α С , где С – исходная концентрация NH 3 ·H 2 О моль/л. Следовательно:
Kд = αС · αС /(1 — αС)
Кд ≈ α 2 С
Константа диссоциации зависит от температуры и от природы растворителя, но не зависит от концентрации растворов NH 3 ·H 2 О . Закон разбавления Оствальда выражает зависимость α слабого электролита от концентрации.
α = √( Кд / С) = √(1,76× 10 — 5 / 0,03 ) = 0,024 или 2,4 %
[OH — ] = αС, откуда [OH — ] = 2,4·10 — 2 ·0,03 = 7,2·10 -4 моль/л.
Задача 3. Определите константу диссоциации уксусной кислоты, если степень диссоциации CH3CОOH в 0,002 М растворе равна 9,4 %.
Решение. Уравнение диссоциации кислоты:
CH3CОOH → СН3СОО — + Н + .
α = [Н + ] / Сисх(CH3CОOH)
откуда [Н + ] = 9,4·10 — 2 ·0,002 = 1,88·10 -4 М.
Kд = [Н + ] 2 / Сисх(CH3CОOH)
Константу диссоциации можно также найти по формуле: Кд ≈ α 2 С .
Задача 4. Константа диссоциации HNO2 при 298К равна 4,6× 10 — 4 . Найдите концентрацию азотистой кислоты, при которой степень диссоциации HNO2 равна 5 %.
Решение.
Кд = α 2 С , откуда получаем С исх (HNO 2 ) = 4,6·10 — 4 /(5·10 — 2 ) 2 = 0,184 М.
Задача 5. На основе справочных данных рассчитайте константу диссоциации муравьиной кислоты при 298 К.
Решение. Уравнение диссоциации муравьиной кислоты
В “Кратком справочнике физико–химических величин” под редакцией А.А. Равделя и А.М. Пономаревой приведены значения энергий Гиббса образований ионов в растворе, а также гипотетически недиссоциированных молекул. Значения энергий Гиббса для муравьиной кислоты и ионов Н + и СООН — в водном растворе приведены ниже:
Вещество, ион | НСООН | Н + | СООН — |
ΔGT 0 , кДж/моль | — 373,0 | 0 | — 351,5 |
Изменение энергии Гиббса процесса диссоциации равно:
ΔGT 0 = — 351,5- (- 373,0) = 21,5 кДж/моль.
Для расчета константы диссоциации используем уравнение (5). Из этого уравнения получаем:
lnKд = — Δ GT 0 /RT= — 21500/(8,31 298) = — 8,68
Откуда находим: Kд = 1,7× 10 — 4 .
Задачи для самостоятельного решения
1. К сильным электролитам в разбавленных водных растворах относятся:
- СН3СOOH
- Na3PO4
- NaCN
- NH3
- C2H5OH
- HNO2
- HNO3