Теория электролитической диссоциации
Темы кодификатора ЕГЭ: Электролитическая диссоциация электролитов вводных растворах. Сильные и слабые электролиты.
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:
NaCl = Na + + Cl –
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.
Nпродисс — это число продиссоциировавших молекул,
Nисх — 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 CH3COOK, формиат натрия HCOONa и др.)
2. Сильные кислоты: HCl, HI, HBr, HNO3, H2SO4 (по первой ступени), HClO4 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 ненасыщенных. В насыщенных 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. Слабые кислоты, в т.ч. органические;
2. Нерастворимые основания и гидроксид аммония NH4OH;
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 PO4 3– :
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:
HCO3 – ↔ H + + CO3 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:
KHCO3 ⇄ K + + HCO3 – (α=1)
HCO3 – ⇄ H + + CO3 2– (α + + Cl – (α=1)
MgOH + ⇄ Mg 2+ + OH – (α 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) K2S б) Ba(ClO3)2 в) NH4NO3 г) Fe(NO3)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) K2S ⇄ 2K + + S 2– , при полном распаде 1 моль соли образуется 3 моль ионов, больше 3 моль ионов не получится никак;
б) Ba(ClO3)2 ⇄ Ba 2+ + 2ClO3 – , опять при распаде 1 моль соли образуется 3 моль ионов, больше 3 моль ионов не образуется никак;
в) NH4NO3 ⇄ NH4 + + NO3 – , при распаде 1 моль нитрата аммония образуется 2 моль ионов максимально, больше 2 моль ионов не образуется никак;
г) Fe(NO3)3 ⇄ Fe 3+ + 3NO3 – , 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.
Источник
Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ
Все вещества делятся на те, которые проводят электрический ток и те, которые не проводят, проще говоря, на электролиты и неэлектролиты.
Электролиты — вещества, распадающиеся на ионы в растворах или расплавах и потому проводящие электрический ток.
Неэлектролиты — вещества, которые в тех же условиях на ионы не распадаются и электрический ток не проводят.
Электролиты
Неэлектролиты
металлы — простые вещества;
минеральные (неорганические кислоты),
Т.е. вещества с металлической, ионной и ковалентной полярной связью
неметаллы — простые вещества;
большинство органических соединений,
т.е. вещества ковалентными неполярными или малополярными связями.
Распад электролитов на ионы при растворении их в воде называется
электролитической диссоциацией.
Как происходит электролитическая диссоциация веществ?
Молекулы воды полярны.
Когда в воду попадает вещество, само имеющее положительные и отрицательные заряды, то между зарядами вещества и водой возникают силы притяжения .
Притяжение между зарядами внутри кристаллической решетки ослабевает.
Эти заряды переходят в раствор в виде гидратированных ионов, частиц, связанных с молекулами воды.
Электролитическая диссоциация веществ — процесс обратимый,
в растворах электролитов наряду с их ионами присутствуют и молекулы.
Поэтому растворы электролитов характеризуются степенью диссоциации.
Степень диссоциации — это отношение числа распавшихся на ионы молекул N’ к общему числу растворенных молекул N:
- если количество ионов больше, то α близка к 1 — ионов в растворе больше, чем молекул — значит, вещество — сильный электролит;
- если молекул больше, чем ионов, значит, вещество неохотно диссоциирует — слабый электролит.
слабые электролиты
1) кислоты:
(сильная кислота — сильный электролит)
2) основания: все растворимые в воде, например, NaOH
3) соли — растворимые в воде
1) вода H2O
2) кислоты:
все органические кислоты;
3) основания: NH4OH, мало-и нерастворимые основания
4) мало- и нерастворимые соли, соли органических кислот
- в ЕГЭ это вопрос А22 — Ионный обмен и диссоциация
- в ГИА (ОГЭ) это А7— Электролиты и неэлектролиты
Еще на эту тему:
Обсуждение: «Электролитическая диссоциация веществ»
Добрый день! Степень диссоциации для сильных электролитов близка к 1, т.е. почти все молекулы диссоциируют на ионы. Почему в тексте написано, что для сильных электролитов степень диссоциации >1?
Это опечатка, спасибо, что указали!
Здравствуйте Лолита, это снова я:-) Вы пишите, что малорастворимы основания являются слабыми электролитами. Но как же, например, гидроксид кальция — малорастворимое основание, но при этом почти полностью диссоциирующее, что подтверждает щелочная реакция его раствора.
Вообще с гидроксидом кальция странная ситуация. У одних авторов он щёлочь, у других — нет. Видимо, это связано с тем, что в большинстве учебников «щёлочь — хорошо растворимое основание». Но мне кажется, что правильнее будет «сильное основание = сильный электролит = щёлочь».
Доброго времени суток, Ольга!
Понимаете, фраза «малорастворимое основание, но при этом почти полностью диссоциирующее» — противоречит сама себе.
Среда раствора может быть сильно-, а может быть и слабощелочная.
Гидроксид кальция — Сa(OH)2- малорастоврим — K2 = 4,3·10-2
Гидроксид цинка — Zn(OH)2 — нерастворим — K2 = 4,0·10-5
Гидроксид лития K2 = 6,75·10-1
В случае анализа силы электролитов тоже есть количественные показатели — это ток, проходящий через растовр, и у гидроксида кальция она меньше, чем у растворимых оснований.
А в интернете много разной противоречивой информации.
Чтобы самой определиться — смотрите справочники.
Я имела в виду, что диссоциирует та часть вещества, которая переходит в раствор.
Получается, что гидроксид кальция это всё-таки не щелочь?
Везде по-разному (в интернете) написано. В моей химической энциклопедии написано, что он «Плохо растворяется в воде».
определение щелочи — «к щёлочам относят хорошо растворимые в воде основания»…
Источник
