Химия Онлайнс Ольгой Лагуновой
Все уроки
Общая химияУрок 1735 мин

Электролитическая диссоциация. Сильные и слабые электролиты

Теория электролитической диссоциации. Механизм диссоциации. Степень диссоциации. Сильные и слабые электролиты.

Содержание урокапрочитано 0%

Цели урока

  • Записывать уравнения электролитической диссоциации
  • Классифицировать вещества на сильные и слабые электролиты
  • Понимать причины различной степени диссоциации

Зачем это нужно на ЕГЭ

Теория электролитической диссоциации — фундамент для заданий 6 (свойства неорганических веществ, включая реакции в растворах), 21 (гидролиз, среда раствора) и 30 (реакции ионного обмена). Знание того, какие вещества являются сильными электролитами, а какие — слабыми, определяет правильность записи ионных уравнений и прогнозирования направления реакций.

Теория

Электролиты и неэлектролиты

Электролиты — вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток. Проводимость обеспечивается наличием свободных ионов.

К электролитам относятся:

  • Соли (NaClNaCl, K2SO4K_2SO_4, CuCl2CuCl_2)
  • Кислоты (HClHCl, H2SO4H_2SO_4, HNO3HNO_3, CH3COOHCH_3COOH)
  • Основания (NaOHNaOH, KOHKOH, NH3H2ONH_3 \cdot H_2O)

Неэлектролиты — вещества, растворы которых не проводят ток (нет ионов):

  • Большинство органических веществ (сахар, глюкоза, спирты, углеводороды)
  • Газы (O2O_2, N2N_2, CO2CO_2 сам по себе)
  • Некоторые неорганические вещества в молекулярном состоянии

Электролитическая диссоциация

Электролитическая диссоциация — процесс распада электролита на ионы при растворении в воде или при плавлении.

Механизм диссоциации в воде: молекулы воды (диполи) ориентируются вокруг ионов или полярных молекул электролита, ослабляют связи между ними и «растаскивают» на отдельные гидратированные ионы.

Диссоциация ионных соединений

Ионные кристаллы уже состоят из ионов. При растворении молекулы воды гидратируют ионы и разрушают кристаллическую решётку:

NaClNa++ClNaCl \rightarrow Na^+ + Cl^- K2SO42K++SO42K_2SO_4 \rightarrow 2K^+ + SO_4^{2-} CaCl2Ca2++2ClCaCl_2 \rightarrow Ca^{2+} + 2Cl^- Al2(SO4)32Al3++3SO42Al_2(SO_4)_3 \rightarrow 2Al^{3+} + 3SO_4^{2-}

Диссоциация ковалентных полярных соединений

Молекулы с полярной ковалентной связью (кислоты) ионизируются под действием воды — связь переходит из ковалентной в ионную:

HCl+H2OH3O++Cl(упрощённо: HClH++Cl)HCl + H_2O \rightarrow H_3O^+ + Cl^- \quad (\text{упрощённо: } HCl \rightarrow H^+ + Cl^-) HNO3H++NO3HNO_3 \rightarrow H^+ + NO_3^-

Диссоциация кислот, оснований, солей

Кислоты диссоциируют с образованием катионов водорода H+H^+:

  • HClH++ClHCl \rightarrow H^+ + Cl^-
  • H2SO42H++SO42H_2SO_4 \rightarrow 2H^+ + SO_4^{2-} (сильная кислота, полная диссоциация)
  • H3PO4H++H2PO4H_3PO_4 \rightleftharpoons H^+ + H_2PO_4^- (слабая, диссоциация по первой ступени)

Основания диссоциируют с образованием гидроксид-ионов OHOH^-:

  • NaOHNa++OHNaOH \rightarrow Na^+ + OH^-
  • Ca(OH)2Ca2++2OHCa(OH)_2 \rightarrow Ca^{2+} + 2OH^-
  • NH3H2ONH4++OHNH_3 \cdot H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^- (слабое основание)

Соли диссоциируют на катионы металла (или NH4+NH_4^+) и анионы кислотного остатка:

  • Na2CO32Na++CO32Na_2CO_3 \rightarrow 2Na^+ + CO_3^{2-}
  • FeCl3Fe3++3ClFeCl_3 \rightarrow Fe^{3+} + 3Cl^-
  • (NH4)2SO42NH4++SO42(NH_4)_2SO_4 \rightarrow 2NH_4^+ + SO_4^{2-}

Многоосновные кислоты: ступенчатая диссоциация

Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато — по одному протону за раз:

H3PO4H++H2PO4(I ступень, в наибольшей степени)H_3PO_4 \rightleftharpoons H^+ + H_2PO_4^- \quad (\text{I ступень, в наибольшей степени}) H2PO4H++HPO42(II ступень, значительно слабее)H_2PO_4^- \rightleftharpoons H^+ + HPO_4^{2-} \quad (\text{II ступень, значительно слабее}) HPO42H++PO43(III ступень, практически не идёт)HPO_4^{2-} \rightleftharpoons H^+ + PO_4^{3-} \quad (\text{III ступень, практически не идёт})

Каждая последующая ступень идёт всё слабее, так как отрыв протона от всё более отрицательного иона требует больше энергии.

Сильные и слабые электролиты

Степень диссоциации (α\alpha) — доля молекул электролита, распавшихся на ионы:

α=n(распавшихся)n(общее)100%\alpha = \frac{n(\text{распавшихся})}{n(\text{общее})} \cdot 100\%

Сильные электролиты (α100%\alpha \rightarrow 100\%)

Диссоциируют полностью (в уравнениях пишут \rightarrow):

Кислоты: HClHCl, HBrHBr, HIHI, HNO3HNO_3, H2SO4H_2SO_4, HClO3HClO_3, HClO4HClO_4, HMnO4HMnO_4

Основания (щёлочи): LiOHLiOH, NaOHNaOH, KOHKOH, RbOHRbOH, CsOHCsOH, Ca(OH)2Ca(OH)_2, Sr(OH)2Sr(OH)_2, Ba(OH)2Ba(OH)_2

Соли: практически все растворимые соли

Слабые электролиты (α<30%\alpha < 30\%)

Диссоциируют частично, в растворе существует равновесие (пишут \rightleftharpoons):

Кислоты: H2CO3H_2CO_3, H2SO3H_2SO_3, H2SH_2S, HFHF, HNO2HNO_2, H3PO4H_3PO_4, H2SiO3H_2SiO_3, CH3COOHCH_3COOH, H2C2O4H_2C_2O_4 и почти все органические кислоты

Основания: NH3H2ONH_3 \cdot H_2O (гидрат аммиака), нерастворимые гидроксиды (Fe(OH)3Fe(OH)_3, Cu(OH)2Cu(OH)_2, Zn(OH)2Zn(OH)_2 и др.)

Вода: H2OH++OHH_2O \rightleftharpoons H^+ + OH^- (степень диссоциации 107 %\sim 10^{-7}\ \%)

Неэлектролиты: сахар, спирты (не ионизируются вообще)

Факторы, влияющие на степень диссоциации

  1. Природа электролита: определяющий фактор. Ионные соединения — сильные электролиты. Ковалентные полярные — зависит от полярности связи.
  2. Природа растворителя: чем полярнее растворитель, тем лучше диссоциация. Вода — отличный ионизирующий растворитель.
  3. Концентрация: при разбавлении степень диссоциации слабого электролита возрастает (больше молекул воды на каждую молекулу электролита).
  4. Температура: при нагревании степень диссоциации, как правило, увеличивается.

Примеры

Пример 1. Запись уравнений диссоциации

Задача: Запишите уравнения диссоциации: а) Na3PO4Na_3PO_4; б) H2SO3H_2SO_3 (по ступеням); в) Fe(OH)2Fe(OH)_2.

Решение: а) Na3PO43Na++PO43Na_3PO_4 \rightarrow 3Na^+ + PO_4^{3-} (сильный электролит — соль) б) H2SO3H++HSO3H_2SO_3 \rightleftharpoons H^+ + HSO_3^- (I ступень) HSO3H++SO32HSO_3^- \rightleftharpoons H^+ + SO_3^{2-} (II ступень) — слабая кислота в) Fe(OH)2Fe(OH)_2 — нерастворимый гидроксид, слабый электролит (практически не диссоциирует)

Пример 2. Определение электролита

Задача: Из перечисленных веществ выберите сильные электролиты: H2CO3H_2CO_3, KOHKOH, C2H5OHC_2H_5OH, BaCl2BaCl_2, NH3H2ONH_3 \cdot H_2O, HNO3HNO_3.

Решение:

  • H2CO3H_2CO_3 — слабая кислота
  • KOHKOHсильный (щёлочь)
  • C2H5OHC_2H_5OHнеэлектролит
  • BaCl2BaCl_2сильный (растворимая соль)
  • NH3H2ONH_3 \cdot H_2O — слабое основание
  • HNO3HNO_3сильный (сильная кислота)

Ответ: KOHKOH, BaCl2BaCl_2, HNO3HNO_3.

Вопросы для самопроверки

  1. Почему раствор сахара не проводит электрический ток, а раствор поваренной соли — проводит?
  2. Запишите уравнения ступенчатой диссоциации H3PO4H_3PO_4. Почему каждая следующая ступень идёт слабее?
  3. Является ли H2SO4H_2SO_4 сильным электролитом по обеим ступеням?
  4. Как изменится степень диссоциации уксусной кислоты при: а) разбавлении; б) нагревании?
  5. Почему нерастворимые основания считаются слабыми электролитами?

Краткий конспект

  • Электролиты — растворы проводят ток (соли, кислоты, основания)
  • Диссоциация — распад на ионы в воде или расплаве
  • Сильные электролиты (α100%\alpha \approx 100\%): HClHCl, HNO3HNO_3, H2SO4H_2SO_4, все щёлочи, все растворимые соли
  • Слабые электролиты (α<30%\alpha < 30\%): H2CO3H_2CO_3, H2SH_2S, HFHF, H3PO4H_3PO_4, NH3H2ONH_3 \cdot H_2O, CH3COOHCH_3COOH, H2OH_2O
  • Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато (I ступень > II > III)
  • При разбавлении α\alpha слабого электролита возрастает
  • Кислоты дают H+H^+, основания — OHOH^-, соли — катионы металла + анионы кислотного остатка

Что изучать дальше

Диссоциация открывает путь к нескольким важным темам: урок 18 «Среда водных растворов. Водородный показатель pH», урок 19 «Гидролиз солей», урок 20 «Реакции ионного обмена». Все эти темы основаны на представлении о растворах как системах свободных ионов.