Темы кодификатора ЕГЭ: Электролитическая диссоциация электролитов вводных растворах. Сильные и слабые электролиты.
– это вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток.
Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц под действием электрического поля. Таким образом, в растворах или расплавах электролитов есть заряженные частицы. В растворах электролитов, как правило, электрическая проводимость обусловлена наличием ионов.
Ионы – это заряженные частицы (атомы или группы атомов). Разделяют положительно заряженные ионы (катионы ) и отрицательно заряженные ионы (анионы ).
Электролитическая диссоциация — это процесс распада электролита на ионы при его растворении или плавлении.
Разделяют вещества — электролиты и неэлектролиты . К неэлектролитам относятся вещества с прочной ковалентной неполярной связью (простые вещества), все оксиды (которые химически не взаимодействуют с водой), большинство органических веществ (кроме полярных соединений — карбоновых кислот, их солей, фенолов) — альдегиды, кетоны, углеводороды, углеводы.
К электролитам относят некоторые вещества с ковалентной полярной связью и вещества с ионной кристаллической решеткой.
В чем же суть процесса электролитической диссоциации?
Поместим в пробирку несколько кристаллов хлорида натрия и добавим воду. Через некоторое время кристаллы растворятся. Что произошло?
Хлорид натрия – вещество с ионной кристаллической решеткой. Кристалл NaCl состоит из ионов Na +
и Cl —
. В воде этот кристалл распадается на структурные единицы-ионы. При этом распадаются ионные химические связи и некоторые водородные связи между молекулами воды. Попавшие в воду ионы Na + и Cl — вступают во взаимодействие с молекулами воды. В случае хлорид-ионов можно говорить про электростатическое притяжение дипольных (полярных) молекул воды к аниону хлора, а в случае катионов натрия оно приближается по своей природе к донорно-акцепторному (когда электронная пара атома кислорода помещается на вакантные орбитали иона натрия). Окруженные молекулами воды ионы покрываются
гидратной оболочкой
.
Диссоциация хлорида натрия описывается уравнением:
При растворении в воде соединений с ковалентной полярной связью, молекулы воды, окружив полярную молекулу, сначала растягивают связь в ней, увеличивая её полярность, затем разрывают её на ионы, которые гидратируются и равномерно распределяются в растворе. Например, соляная ксилота диссоциирует на ионы так: HCl = H + + Cl — .
При расплавлении, когда происходит нагревание кристалла, ионы начинают совершать интенсивные колебания в узлах кристаллической решётки, в результате чего она разрушается, образуется расплав, который состоит из ионов.
Процесс электролитической диссоциации характеризуется величиной степени диссоциации молекул вещества:
Степень диссоциации — это отношение числа продиссоциировавших (распавшихся) молекул к общему числу молекул электролита. Т.е., какая доля молекул исходного вещества распадается в растворе или расплаве на ионы.
α=N продисс /N исх, где:
N продисс — это число продиссоциировавших молекул,
N исх — это исходное число молекул.
По степени диссоциации электролиты делят на делят на сильные и слабые .
Сильные электролиты (α≈1):
1. Все растворимые соли (в том числе соли органических кислот — ацетат калия CH 3 COOK, формиат натрия HCOONa и др.)
2. Сильные кислоты: HCl, HI, HBr, HNO 3 , H 2 SO 4 (по первой ступени), HClO 4 и др.;
3. Щелочи: NaOH, KOH, LiOH, RbOH, CsOH; Ca(OH) 2 , Sr(OH) 2 , Ba(OH) 2 .
Сильные электролиты распадаются на ионы практически полностью в водных растворах, но только в . В растворах даже сильные электролиты могут распадаться только частично. Т.е. степень диссоциации сильных электролитов α приблизительно равна 1 только для ненасыщенных растворов веществ. В насыщенных или концентрированны растворах степень диссоциации сильных электролитов может быть меньше или равна 1: α≤1.
Слабые электролиты (α<1):
1. Слабые кислоты, в т.ч. органические;
2. Нерастворимые основания и гидроксид аммония NH 4 OH;
3. Нерастворимые и некоторые малорастворимые соли (в зависимости от растворимости).
Неэлектролиты:
1. Оксиды, не взаимодействующие с водой (взаимодействующие с водой оксиды при растворении в воде вступают в химическую реакцию с образованием гидроксидов);
2. Простые вещества;
3. Большинство органических веществ со слабополярными или неполярными связями (альдегиды, кетоны, углеводороды и т.д.).
Как диссоциируют вещества? По степени диссоциации различают сильные и слабые электролиты.
Сильные электролиты диссоциируют полностью (в насыщенных растворах), в одну ступень, все молекулы распадаются на ионы, практически необратимо. Обратите внимание — при диссоциации в растворе образуются только устойчивые ионы. Самые распространенные ионы можно найти в таблице растворимости — это ваша официальная шпаргалка на любом экзамене. Степень диссоциации сильных электролитов примерно равна 1. Например, при диссоциации фосфата натрия образуются ионы Na + и PO 4 3– :
Na 3 PO 4 → 3Na + +PO 4 3-
NH 4 Cr(SO 4) 2 → NH 4 + + Cr 3+ + 2SO 4 2–
Диссоциация слабых электролитов : многоосновных кислот и многокислотных оснований происходит ступенчато и обратимо . Т.е. при диссоциации слабых электролитов распадается на ионы только очень небольшая часть исходных частиц. Например, угольная кислота:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 –
HCO 3 – ↔ H + + CO 3 2–
Гидроксид магния диссоциирует также в 2 ступени:
Mg(OH) 2 ⇄ Mg(OH) + OH –
Mg(OH) + ⇄ Mg 2+ + OH –
Кислые соли диссоциируют также ступенчато , сначала разрываются ионные связи, затем — ковалентные полярные. Например, гидрокабонат калия и гидроксохлорид магния:
KHCO 3 ⇄ K + + HCO 3 – (α=1)
HCO 3 – ⇄ H + + CO 3 2– (α < 1)
Mg(OH)Cl ⇄ MgOH + + Cl – (α=1)
MgOH + ⇄ Mg 2+ + OH – (α<< 1)
Степень диссоциации слабых электролитов намного меньше 1: α<<1.
Основные положения теории электролитической диссоциации, таким образом:
1. При растворении в воде электролиты диссоциируют (распадаются) на ионы.
2. Причина диссоциации электролиты в воде – это его гидратация, т.е. взаимодействие с молекулами воды и разрыв химической связи в нем.
3. Под действием внешнего электрического поля положительно заряженные ионы двигаюися к положительно заряженному электроду — катоду, их называют катионами. Отрицательно заряженные электроны двигаются к отрицательному электроду – аноду. Их называют анионами.
4. Электролитическая диссоциация происходит обратимо для слабых электролитов, и практически необратимо для сильных электролитов.
5. Электролиты могут в разной степени диссоциировать на ионы — в зависимости от внешних условий, концентрации и природы электролита.
6. Химические свойства ионов отличаются от свойств простых веществ. Химические свойства растворов электролитов определяются свойствами тех ионов, которые из него образуются при диссоциации.
Примеры .
1. При неполной диссоциации 1 моль соли общее количество положительных и отрицательных ионов в растворе составило 3,4 моль. Формула соли – а) K 2 S б) Ba(ClO 3) 2 в) NH 4 NO 3 г) Fe(NO 3) 3
Решение : для начала определим силу электролитов. Это легко можно сделать по таблице растворимости. Все соли, приведенные в ответах — растворимые, т.е. сильные электролиты. Далее, запишем уравнения электролитической диссоциации и по уравнению определим максимально число ионов в каждом растворе:
а) K 2 S ⇄ 2K + + S 2– , при полном распаде 1 моль соли образуется 3 моль ионов, больше 3 моль ионов не получится никак;
б) Ba(ClO 3) 2 ⇄ Ba 2+ + 2ClO 3 – , опять при распаде 1 моль соли образуется 3 моль ионов, больше 3 моль ионов не образуется никак;
в) NH 4 NO 3 ⇄ NH 4 + + NO 3 – , при распаде 1 моль нитрата аммония образуется 2 моль ионов максимально, больше 2 моль ионов не образуется никак;
г) Fe(NO 3) 3 ⇄ Fe 3+ + 3NO 3 – , при полном распаде 1 моль нитрата железа (III) образуется 4 моль ионов. Следовательно, при неполном распаде 1 моль нитрата железа возможно образование меньшего числа ионов (неполный распад возможен в насыщенном растворе соли). Следовательно, вариант 4 нам подходит.
На уроке вы сможете проверить свои знания по теме «ЕГЭ. Электролитическая диссоциация солей, кислот, щелочей. Реакции ионного обмена. Гидролиз солей». Вы рассмотрите решение задач из ЕГЭ группы А, В и С на различные темы: «Растворы и их концентрации», «Электролитическая диссоциация», «Реакции ионного обмена и гидролиз». Для решения этих задач, помимо знания рассматриваемых тем, также нужно уметь пользоваться таблицей растворимости веществ, знать метод электронного баланса и иметь представление о обратимости и необратимости реакций.
Тема: Растворы и их концентрация, дисперсные системы, электролитическая диссоциация
Урок: ЕГЭ. Электролитическая диссоциация солей, кислот, щелочей. Реакции ионного обмена. Гидролиз солей
I . Выбор одного правильного варианта из 4 предложенных.
|
Вопрос |
Комментарий |
|
А1. Сильными электролитами являются: |
По определению, сильные электролиты - это вещества, которые в водном растворе полностью распадаются на ионы. СО 2 и О 2 сильными электролитами являться не могут. Н 2 S - слабый электролит. Правильный ответ 4. |
|
А2. Вещесвами, которые диссоциируют только на ионы металла и гидроксид ионы, являются: 1. кислотами 2. щелочами 4. амфотерными гидроксидами |
По определению, соединение, которое при диссоциации в водном растворе образует только гидроксид-анионы, называется основанием. Под данное определение подходит только щелочь и амфотерный гидроксид. Но в вопросе звучит, что соединение должно диссоциировать только на катионы металла и гидроксид-анионы. Амфотерный гидроксид диссоциирует ступенчато, и поэтому в растворе ионы гидроксометалла. Правильный ответ 2. |
|
А3. Реакция обмена происходит до конца с образованием нерастворимого в воде вещества между: 1. NaOH и MgCl 2 2. NaCl и CuSO 4 3. CaCO 3 и HCl (р-р) |
Для ответа нужно написать эти уравнения и посмотреть в таблице растворимости, есть ли среди продуктов нерастворимые вещества. Это в первой реакции гидроксид магния Mg(OH) 2 Правильный ответ 1. |
|
А4. Сумма всех коэффициентов в полном и сокращенном ионном виде в реакции между Fe (NO 3 ) 2 +2 NaOH равна: |
Fe(NO 3) 2 +2NaOH Fe(OH) 2 ↓ +2Na NO 3 молекулярное Fe 2+ +2NO 3 - +2Na+2OH - Fe(OH) 2 ↓ +2Na + +2 NO 3 - полное ионное уравнение, сумма коэффициентов равна 12 Fe 2+ + 2OH - Fe(OH) 2 ↓ сокращенное ионное, сумма коэффициентов равна 4 Правильный ответ 4. |
|
А5. Сокращенное ионное уравнение реакции Н + +ОН - →Н 2 О соответствует взаимодействию: 2. NaOH (Р-Р) +HNO 3 3. Cu(OH) 2 + HCl 4. CuO + H 2 SO 4 |
Это сокращенное уравнение отражает взаимодействие между сильным основанием и сильной кислотой. Основание есть в 2 и 3 вариантах, но Cu(OH) 2 - это нерастворимое основание Правильный ответ 2. |
|
А6. Реакция ионного обмена протекает до конца при сливании растворов: 1. нитрата натрия и сульфата калия 2. сульфата калия и соляной кислоты 3. хлорида кальция и нитрата серебра 4. сульфата натрия и хлорида калия |
Напишем, как долны были бы проходить реакции ионного обмена между каждой парой веществ. NaNO 3 +K 2 SO 4 →Na 2 SO 4 +KNO 3 K 2 SO 4 +HCl→H 2 SO 4 +KCl CaCl 2 +2AgNO 3 → 2AgCl↓ + Ca(NO 3) 2 Na 2 SO 4 + KCl → K 2 SO 4 + NaCl По таблице растворимости видим, что AgCl↓ Правильный ответ 3. |
|
А7. В водном растворе ступенчато диссоциирует: |
Ступенчатой диссоциации в водном растворе подвергаются многоосновные кислоты. Среди указанных веществ кислотой является только Н 2 S. Правильный ответ 3. |
|
А8. Уравнению реакции С uCl 2 +2 KOH → Cu (OH ) 2 ↓+2 KCl соответствует сокращенное иооное уравнение: 1. СuCl 2 +2OH - →Cu 2+ +2OH - +2Cl - 2. Сu 2+ +KOH→Cu(OH) 2 ↓+K + 3. Cl - +K + →KCl 4. Сu 2+ +2OH - →Cu(OH) 2 ↓ |
Напишем полное ионное уравнение: Сu 2+ +2Cl - +2К + +2OH - → Cu(OH) 2 ↓+2K + +2Cl - Исключаем несвязанные ионы, получаем сокращенное ионное уравнение Сu 2+ +2OH - →Cu(OH) 2 ↓ Правильный ответ 4. |
|
А9. Практически до конца идет реакция: 1. Na 2 SO 4 + KCl→ 2. Н 2 SO 4 + ВаCl 2 → 3. КNO 3 +NaOH→ 4. Na 2 SO 4 + CuCl 2 → |
Напишем предположительные реакции ионного обмена: Na 2 SO 4 + KCl→ К 2 SO 4 + Na Cl Н 2 SO 4 + ВаCl 2 → ВаSO 4 ↓ + 2НCl КNO 3 +NaOH→ NaNO 3 + KOH Na 2 SO 4 + CuCl 2 → CuSO 4 + 2NaCl По таблице растворимости видим ВаSO 4 ↓ Правильный ответ 2. |
|
А10. Нейтральную среду имеет раствор: 2. (NH 4) 2 SO 4 |
Нейтральную среду имеют только водные растворы солей, образованных сильным основанием и сильной кислотой. NaNO3 - это соль, образованная сильным основанием NaOH и сильной кислотой HNO 3. Правильный ответ 1. |
|
А11. Кислотность почвы можно увеличить введением раствора: |
Нужно определить, какая соль будет давать кислую реакцию среды. Это должна быть соль, образованная сильной кислотой и слабым основанием. Это NH 4 NO 3. Правильный ответ 1. |
|
А12. протекает при растворении в воде: |
Гидролизу не подвергаются только соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой. Во всех приведенных солях содержатся анионы сильных кислот. Только AlCl 3 содержит катион слабого основания. Правильный ответ 4. |
|
А 13. Гидролизу не подвергается: 1. уксусная кислота 2. этиловый эфир уксусной кислоты 3. крахмал |
Гидролиз имеем большое значение в органической химии. Эфиры, крахмал и белок подвергаются гидролизу. Правильный ответ 1. |
|
А14. Какой цифрой обозначен фрагмент молекулярного уравнения химической реакции, соответствующей кратному ионному уравнению С u 2+ +2 OH - → Cu (OH ) 2 ↓? 1. Cu(OH) 2 + HCl→ 2. CuCO 3 + H 2 SO 4 → 3. CuO + HNO 3 → 4. CuSO 4 +KOH→ |
По сокращенному уравнению следует, что нужно взять любое растворимое соединение, содержащее ион меди и гидроксид-ион. Из всех приведенных соединений меди только CuSO 4 растворим, и только в водной реакции есть ОН - . Правильный ответ 4. |
|
А15. При взаимодействии каких веществ выделится оксид серы : 1. Na 2 SO 3 и HCl 2. AgNO 3 и K 2 SO 4 3. BaCO 3 и HNO 3 4. Na 2 S и HCl |
В первой реакции получается нестойкая кислота Н 2 SO 3 , которая распадается на воду и оксид серы (IV) Правильный ответ
1.
|
II . Задания с кратким ответом и на соответствие.
|
В1. Общая сумма всех коэффициентов в полном и сокращенном ионном уравнении реакции между нитратом серебра и гидроксидом натрия равна… |
Напишем уравнение реакции: 2AgNO 3 +2NaOH→Ag 2 O↓+ 2NaNO 3 +H 2 O Полное ионное уравнение: 2Ag + +2NO 3 - +2Na + +2OH - →Ag 2 O↓+ 2Na + +2NO 3 - +H 2 O Сокращенное ионное уравнение: 2Ag + +2OH - →Ag 2 O↓+H 2 O Правильный ответ: 20 |
|
В2. Составьте полное ионное уравнение взаимодействия 1 моль гидроксида калия с 1 моль гидроксида алюминия. Укажите число ионов в уравнении. |
КOH + Al(OH) 3 ↓→ K Полное ионное уравнение: К + +OH - + Al(OH) 3 ↓ → K + + - Правильный ответ: 4 иона. |
|
В3. Установите соответствие между названием соли и отношением её к гидролизу: А) ацетат аммония 1. не гидролизуется Б) сульфид бария 2. по катиону В) сульфид аммония 3. по аниону Г) карбонат натрия 4. по катиону и аниону |
Для ответа на вопрос нужно проанализировать, какими по силе основанием и кислотой образованы эти соли. Правильный ответ А4 Б3 В4 Г3 |
|
В4. Раствор одного моль сульфата натрия содержит 6,02 ионов натрия. Рассчитайте степень диссоциации соли. |
Напишем уравнение электролитической диссоциации сульфата натрия: Na 2 SО 4 ↔ 2Na + +SО 4 2- Распалось на ионы 0,5 моль сульфата натрия. |
|
В5. Установите соответствие между реагентами и сокращенными ионными уравнениями: 1. Сa(OH) 2 +HCl → A)NH 4 + +OH - →NH 3 +H 2 O 2. NH 4 Cl+NaOH → Б) Al 3+ + OH - → Al(OH) 3 ↓ 3. AlCl 3 +KOH → B) H + +OH - →H 2 O 4. BaCl 2 +Na 2 SO 4 → Г) Ba 2+ +SO 4 2- → BaSO 4 ↓ Правильный ответ: В1 А2 Б3 Г4 |
|
|
В6. Составьте полное ионное уравнение, соответствующее сокращенному: С O 3 2- +2 H + → CO 2 + H 2 O . Укажите сумму коэффициентов в молекулярном и полном ионном уравнении. |
Нужно взять любой растворимый карбонат и любую растворимую сильную кислоту. Молекулярное: Na 2 СO 3 +2HCl→ CO 2 +H 2 O +2NaCl; Полное ионное: 2Na + +СO 3 2- +2H + +2Cl - → CO 2 +H 2 O +2Na + +2Cl - ; |
III .Задания с развернутым ответом
|
Вопрос |
Электролитическая диссоциация NaCl.avi
Диссоциация протекает в растворах и расплавах.
Растворимые кислоты
диссоциируют на ионы водорода и ионы кислотных остатков.
Растворимые основания
распадаются на положительно заряженные ионы металла и отрицательно заряженные гидроксид-ионы.
Средние соли
диссоциируют на катионы металлов и анионы кислотных остатков.
Кислые соли
распадаются на катионы металлов и водорода и анионы кислотных остатков.
Катионами
являются ионы металлов и водорода Н
+ .
Анионами
являются ионы кислотных остатков и гидроксид-ионы ОН – .
Заряд иона
численно равен валентности иона в данном соединении.
При составлении уравнений диссоциации пользуйтесь таблицей растворимости.
В химической формуле сумма зарядов положительно заряженных ионов равна сумме зарядов отрицательно заряженных ионов.
Составление уравнений диссоциации кислот
(на примере азотной и серной кислот)
Составление уравнений диссоциации щелочей
(растворимых оснований)
(на примере гидроксидов натрия и бария)
Растворимые основания – это гидроксиды, образованные ионами активных металлов:
одновалентных: Li + , Nа + , К + , Rb + , Сs + , Fr + ;
двухвалентных: Са 2+ , Sr 2+ , Ва 2+ .
Составление уравнений диссоциации солей
(на примере сульфата алюминия, хлорида бария и гидрокарбоната калия)
Задания для самоконтроля
1. Составьте уравнения диссоциации следующих электролитов: нитрата цинка, карбоната натрия, гидроксида кальция, хлорида стронция, сульфата лития, сернистой кислоты, хлорида меди(II), сульфата железа(III), фосфата калия, сероводородной кислоты, бромида кальция, гидроксихлорида кальция, нитрата натрия, гидроксида лития.
2. Разделите вещества на электролиты и неэлектролиты: K 3 PO 4 , HNO 3 , Zn(OH) 2 , BaCl 2 , Al 2 O 3 , Cr 2 (SO 4) 3 , NO 2 , FeBr 3 , H 3 PO 4 , BaSO 4 , Cu(NO 3) 2 , O 2 , Sr(OH) 2 , NaHSO 4 , CO 2 , AlCl 3 , ZnSO 4 , KNO 3 , KHS.
Назовите вещества-электролиты.
3. Составьте формулы веществ, которые могут быть образованы следующими ионами:
Назовите вещества, составьте уравнения их диссоциации.
Ответы на задания для самоконтроля
2.
Электролиты
: K 3 PO 4 – фосфат калия, HNO 3 – азотная кислота, BaCl 2 – хлорид бария, Cr 2 (SO 4) 3 – сульфат хрома(III), FeBr 3 – бромид железа(III), H 3 PO 4 – фосфорная кислота, Сu(NO 3) 2 – нитрат меди(II), Sr(OH) 2 – гидроксид стронция, NaHSO 4 – гидросульфат натрия, AlCl 3 – хлорид алюминия, ZnSO 4 – сульфат цинка, KNO 3 – нитрат калия, KHS – гидросульфид калия, Zn(OH) 2 – гидроксид цинка, BaSO 4 – сульфат бария.
Неэлектролиты
: Al 2 O 3 , NO 2 , O 2 , CO 2 .
3.
а) Н 2 SO 4 , CaSO 4 , NaMnO 4 , MgI 2 , Na 2 CrO 4 и др.;
б) KClO 3 , Ba(OH) 2 , AlPO 4 , H 2 CO 3 и др.;
в) Н 2 S, CaCl 2 , FeSO 4 , Na 2 SO 4 и др.
