3.9 Электролитическая диссоциация. Ионные реакции.

Ионное равновесие

По способности проводить электрический ток в водных растворах вещества делятся на электролиты и неэлектролиты.

Вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток, называются электролитами. К электролитам относятся кислоты, щелочи, большинство солей.

Распад электролита на ионы при растворении в воде или расплавлении называют электролитической диссоциацией. Электролиты подразделяются на слабые и сильные. Для количественной оценки силы электролита используется понятие степени диссоциации (α), которая рассчитывается по формуле:

,

где n – число молекул, распавшихся на ионы;

N – общее число молекул.

Сильные электролиты имеют  › 30%, слабые – ‹ 2%, для средних –

2% ≤  ≤ 30%. Степень диссоциации увеличивается с разбавлением и увеличением температуры. Из теории электролитической диссоциации вытекают следующие определения:

Основания – электролиты, диссоциирующие с образованием гидроксид-ионов ОН^-

NaOH ⇄ Na⁺ + OH^-.

Основания, содержащие две и более групп ОН^- диссоциируют ступенчато:

Ba(OH)₂ ⇄ Ba(OH)⁺ + OH ^- первая ступень

Ва(ОН)⁺ ⇄ Ва²⁺ + ОН ^- вторая ступень

Ва(ОН)₂ ⇄ Ва²⁺ + 2ОН ^- суммарное уравнение диссоциации.

Кислоты - электролиты, диссоциирующие с образованием катионов водорода Н⁺

НNO₃ ⇄ H⁺ + NO₃^-.

Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато:

Н₃РО₄ ⇄ Н⁺ + Н₂РО₄^- первая ступень

Н₂РО₄^- ⇄ Н⁺ + НРО₄^2- вторая ступень

НРО₄^2- ⇄ Н⁺ + РО₄^3- третья ступень

Н₃РО₄ ⇄ 3Н⁺ + РО₄^3- суммарное уравнение диссоциации.

Сильные кислоты (H₂SO₄, HNO₃, HCl, HBr) полностью диссоциируют в растворе на ионы, а слабые (H₂SO₃, H₂CO₃, H₂S) остаются в растворе в виде молекул.

Большинство солей – хорошие электролиты, в растворах и расплавах диссоциируют:

– средние, например, Na₂SO₄ ⇄ 2Na⁺ + ;

– кислые, - NaHSO₄ ⇄ Na⁺ + ;

– основные, - FeOHCl₂⇄ FeOH²⁺ + 2Cl^–.

Реакции в растворах электролитов протекают между ионами и поэтому характеризуются незначительными величинами энергии активации. Ионное равновесие определяется концентрацией ионов в растворе. Увеличение концентрации одного из ионов (введение в раствор сильного электролита) смещает равновесие в сторону образования недиссоциирующих молекул слабого электролита, уменьшение концентрации одного из ионов (связывание в недиссоциирующую молекулу) ведет к дальнейшему распаду молекул на ионы.

Обменные реакции в растворах электролитов протекают в направлении связывания ионов с образованием малорастворимых веществ (осадков, газов) или молекул слабых электролитов. В тех случаях, когда малорастворимые вещества (или слабые электролиты) имеются как среди исходных веществ, так и среди продуктов реакции, равновесие смещается в сторону образования менее растворимых или менее диссоциирующих веществ.

Так, в реакции СН₃СООН + КОН = СН₃СООК + Н₂О

СН₃СООН + ОН ^ˉ = СН₃СОО^ˉ + Н₂О

участвуют два слабых электролита – слабая кислота СН₃СООН и вода. Равновесие смещается в сторону образования более слабого электролита – воды, константа диссоциации которой 1,8·10^-16 значительно меньше константы диссоциации уксусной кислоты (1,8·10^-5).

Контрольные задания:

81. Раствор содержит смесь солей: AgNO₃, Ba(NO₃)₂ и Zn(CH₃COO)₂. К нему добавили избыток НСl. Написать уравнения возможных уравнений реакций в ионной и молекулярной форме.

82. Написать уравнения ступенчатой диссоциации сероводородной кислоты. В каком направлении будут смещаться эти равновесия при добавлении HCl и NaOH ?

83. Попарно смешали растворы следующих веществ:

NaCl + KOH 

HCl + CH₃COONa 

MgCl₂ + KOH 

Между какими из указанных веществ возможны реакции обмена? Написать ионные уравнения возможных реакций.

84. Составьте молекулярные уравнения реакций, которым соответствуют следующие ионно-молекулярные уравнения:

Cu²⁺ + H₂S = CuS + 2H⁺,

Mg²⁺ + CO₃^2- = MgCO₃,

NH₄⁺ + OH^- = NH₄OH.

85. К растворам каждого из веществ – хлорид калия, сульфат никеля (II), серная кислота – прилили избыток раствора KOH. В каких случаях и почему произойдут реакции?

86. Написать формулы ангидридов кислот: H₂SO₄; H₃BO₃; H₃PO₄; HClO₄; HMnO₄.

87. Составить уравнения реакций, необходимых для осуществления превращений: Ba → BaO → BaCl₂ → Ba(NO₃)₂ → BaSO₄;

Mg → MgSO₄ → Mg(OH)₂ → MgO → MgCl₂

88. С каким из перечисленных веществ будет реагировать соляная кислота: N₂O₅, Zn(OH)₂, CaO, AgNO₃, H₃PO₄, H₂SO₄? Составить уравнение реакций.

89. Какие из указанных веществ будут реагировать с гидроксидом натрия: HNO₃, CaO, CO₂, CuSO₄, Ca(OH)₂, P₂O₅ ? Составить уравнение реакций.

90. Составить уравнения реакций нейтрализации, приводящих к образованию солей: NaNO₃, NaHSO₄, Na₂HPO₄, Fe₂(SO₄)₃, MgOHCl.