Підручники з Хімії / Хімія 9 клас / Березан Хімія 9 клас. 2017

На кожній стадії дисоціює лише частина молекул. А тому у водному розчині ортофосфатної кислоти наявні молекули води, молекулиH3PO4 та чотири типи йонів:

H+, H2PO–4 , HPO2–4 , PO34– .

Наявність йонів H+ у водних розчинах кислот зумовлює спільні хімічні властивості кислот. Дослідімо дію кислот на індикатор, використавши для цього універсальний індикаторний папірець.

Лабораторний дослід 1 (перша частина)

Виявлення йонів Гідрогену у водних розчинах кислот за допомогою індикатора.

У двох пробірках містяться розведені кислоти: хлоридна HCl і сульфатна Н2SO4. Нанесіть за допомогою скляної палички краплю розчину з кожної пробірки на універсальний індикаторний папірець. Що спостерігаєте? Чи однакові змінивідбулисянакожномузпапірців?Зробітьвисновок,чиможназадопомогою індикатора довести наявність конкретної кислоти в пробірці.

Кислоти—цеелектроліти,якіуводнихрозчинахдисоціюютьзутворенням

катіонів одного типу — йонів Гідрогену H+:

HCl → H+ + Cl–

←

Дисоціація основ

У водних розчинах лугів містяться катіони металічного елемента та аніони гідроксильної групи. Рівняння електролітичної дисоціації калій гідроксиду та барій гідроксиду мають такий вигляд:

NaOH = Na+ + OH–;

Ba(OH)2 = Ba2+ + 2OH–.

Зауважмо, що багатокислотні луги завжди дисоціюють в одну стадію.

Основи — це електроліти, які під час дисоціації утворюють один тип

аніонів — гідроксид-іони OH–:

KOH = K+ + OH–

Наявність гідроксид-іонів у водних розчинах лугів зумовлює спільні властивості основ. Усі луги діють однаково на певний індикатор. Переконаймося в цьому експериментально.

Лабораторний дослід 1 (друга частина)

Виявлення гідроксид-іонів у водних розчинах лугів.

У двох пробірках містяться розбавлені розчини натрій гідроксиду NaOH і барій гідроксиду Ba(OH)2.

51

1.Задопомогоюскляноїпаличкинанесітькраплюрозчинузкожноїпробірки на смужку універсального індикаторного папірця. Що спостерігаєте? Порівняйте зміну кольору папірця в обох випадках.

2.Кілька крапель індикатора фенолфталеїну внесіть у пробірки з лугами. Що спостерігаєте? Як змінюється колір розчину? Чи можна, користуючись індикато-

ром, розпізнати, у якій із двох пробірок міститься NaOH, а в якій— Ba(OH)2? Наявність гідроксид-іонів зумовила однакову дію на універсальний інди-

каторний папірець, який став синьо-зеленим, і на фенолфталеїн, який набув малинового кольору. Пригадаймо, як змінюються кольори інших індикаторів у лужному середовищі: метилоранж стає жовтим, а лакмус — синім.

Пам’ятаймо: лужне середовище зумовлюють наявні в розчині гідроксидіони OH–, а кислотне середовище — катіони Гідрогену H+.

Дисоціація солей

Солі—цеелектроліти,якідисоціюютьурозчинахаборозплавахнакатіони

металічних елементів та аніони кислотних залишків:

Al2(SO4)3 = 2Al3+ + 3SO42–

Електролітичну дисоціацію калій хлориду, калій ортофосфату та алюміній сульфату відобразимо за допомогою хімічних рівнянь:

КCl = К+ + Cl–;

К3PO4 = 3К+ + PO3–4 ;

Al2(SO4)3 = 2Al3+ + 3SO24– .

Нагадаємо, що сума зарядів позитивно і негативно заряджених йонів, які утворюються в результаті дисоціації, завжди дорівнює нулю. Отже, водні розчини солей містять йони, з яких складаються ці речовини.

Запишемо рівняння електролітичних дисоціацій кальцій хлориду, алюміній нітратутапрокоментуємоїх.Підчасдисоціаціїоднієїформульноїодиницікальцій хлориду утворюється один йон Ca2+ і два йони Cl–:

CaCl2 = Ca2+ + 2Cl–.

Зрівняннядисоціаціїалюмінійнітратувидно,щопідчасдисоціації1 моль солі утворюється 1 моль йонівAl3+ і 3 моль нітрат-іонів NO–3 :

Al(NO3)3 =Al3+ + 3NO–3 .

Підсумки

1.Розпадречовининайонипідчасїїрозчиненняаборозплавленняназивають електролітичною дисоціацією.

2.Під час розчинення у воді йонної сполуки йони переходять з кристалу в розчин. Так дисоціюють луги, солі.

52

3.Електролітична дисоціація молекулярних речовин відбувається внаслідок розпаду молекул на йони під впливом дипольних молекул води.

4.Кислоти — це електроліти, що дисоціюють з утворенням катіонів Гідрогену та йонів кислотного залишку. Дисоціація багатоосновних кислот відбувається

вкілька стадій.

5.Основи — це електроліти, що дисоціюють з утворенням катіонів металічного елемента (або NH+4 ) та гідроксид-іонів OH–.

6.Солі—цеелектроліти,якідисоціюютьнакатіониметалічнихелементівта аніони кислотних залишків.

7.Катіони H+ утворюють у розчинах кислот кислотне середовище, а аніони OH–(гідроксид-іони)урозчинахлугів—лужнесередовище.Довестинаявністьпев- ного середовища в розчині можна за допомогою кислотно-лужних індикаторів.

8.ЗадопомогоюіндикатораможнавиявитиуводномурозчинійониH+ (OH–), але не певну кислоту (луг).

Контрольні запитання

1.Дайте визначення кислоти як електроліту. Чому кислоти мають спільні властивості?

2.Що таке основи з погляду теорії електролітичної дисоціації? Чому луги мають спільні властивості?

3.Дайте визначення солі як електроліту.

4.Які однакові йони наявні у водних розчинах калій гідроксиду і калій карбонату? Відповідь аргументуйте.

5.Як експериментально довести наявність лужного або кислотного середовища у водному розчині?

6.Назвіть йони, які є однаковими в розчинах: а) калій сульфату і сульфатної кислоти; б) натрій сульфату і сульфатної кислоти.

Вправи та задачі

1.Напишіть рівняння електролітичної дисоціації таких електролітів:

а)алюмінійхлориду;б)калійсилікату;в)барійнітрату;г)магнійсульфату; ґ) сульфітної кислоти; д) калій ортофосфату; е) натрій сульфіду.

2.Із пропонованого переліку виберіть речовини, які майже не дисоціюють у водному розчині, і запишіть їх формули: цинк сульфат, барій сульфат, купрум(II) хлорид, купрум(II) сульфід, аргентум(I) нітрат, аргентум(I) ортофосфат, аргентум(I) хлорид, купрум(II) гідроксид, хром(III) гідроксид. Відповідь поясніть. Для сполук, які дисоціюють, запишіть рівняння електролітичної дисоціації.

3.Напишіть формули електролітів, у водних розчинах яких містяться йони:

53

4. У розчині виявили йони: а) S2–, CO2–3 , Na+, Br–, OH–; б) H+, SO2–4 , К+, Cu2+.

Складіть формули речовин, які ймовірно використали для приготування цього розчину. Відповідь підтвердіть написанням рівнянь електролітичної дисоціації відповідних речовин.

5.У 200 мл води розчинили 0,5 моль кальцій хлориду CaCl2. Сіль повністю продисоціювала. Обчисліть масову частку хлорид-іонів в одержаному розчині.

6.Які з кислот — H2S, H2SO3, HNO2, HClO4 — дисоціюють ступінчасто? Напишіть рівняння електролітичної дисоціації з урахуванням усіх стадій.

7.У 500 г води розчинили 0,8 моль цинк сульфату і 0,2 моль алюміній сульфату. Обчисліть масову частку сульфат-іонів у розчині за умови, що солі повністю продисоціювали.

8*. Унаслідок повної дисоціації 34,8 г солі, формула якої Me2SO4, у розчині виявили 0,2 моль сульфат-іонів. Визначте сіль, яку використали для розчинення.

9*. У розчині солі, для приготування якого витратили 48,4 г Me(NO3)3, виявили 37,2 г нітрат-іонів. Установіть формулу нітрату. Вважатимемо, що сіль повністю продисоціювала.

§11. Ступінь електролітичної дисоціації. Сильні і слабкі електроліти. рН розчину

Ознайомившись із матеріалом параграфа, ви:

•зрозумієте змістпоняття «ступінь електролітичної дисоціації»;

•дізнаєтесь про класифікацію електролітів, дисоціацію води та водневий показник.

Уводнихрозчинаходніелектролітирозпадаютьсянайониповністю,аінші— частково, тобто частина їх молекул залишається в розчині недисоційованою. Це перш за все стосується речовин, які мають молекулярну будову. У цьому разі для кількісної оцінки процесу дисоціації використовують величину, яку називають ступенем електролітичної дисоціації.

Ступінь електролітичної дисоціації — це відношення кількості молекул

(формульниходиниць)електроліту,якірозпалисьнайони,дозагальноїкількості його молекул (формульних одиниць), які помістили в розчин.

Позначають грецькою літерою α (читається «альфа») і обчислюють як частку відодиниціабоувідсотках.Запишемоформулидляобчисленняступенядисоціації:

54

N(X) дисоц.

α(Х) = N(X) загал. I

або для обчислення ступеня дисоціації у відсотках використаємо таку формулу:

У виразах (I) і (II) кількість молекул можна замінити на кількість речовини:

де n(Х)дисоц. — кількість речовини електроліту, яка продисоціювала; n(Х)загал.—кількістьречовиниелектроліту,використаногодляприготування

його розчину.

Проаналізуймо зміст α на конкретному прикладі: якщо α(HF) = 30 %, то це означає, що 30 % молекул речовини перебуває в розчині в дисоційованому стані, відповідно 70 % молекул залишаються недисоційованими.

Рис. 11.1. Ступінь дисоціації флуоридної кислоти

Сильні та слабкі електроліти

Залежно від ступеня дисоціації електроліти поділяють на сильні й слабкі.

Сильні електроліти — це такі електроліти, які у водних розчинах повністю (або майже повністю) дисоціюють на йони. Ступінь їх дисоціації практично дорівнює 1 (100 %) і не залежить від концентрації речовини.

До сильних електролітів належать:

1)розчинні у воді солі;

2)луги;

3)низка кислот: HNO3, H2SO4, HBr, HI, HCl, HClO4, HMnO4.

55

Слабкі електроліти — це електроліти, які у водних розчинах дисоціюють на йонинеповністю,тобтоступіньїхдисоціаціїзначноменшийза1(меншийза100%).

Дисоціація відбувається не повною мірою, а тому в розчині слабкого електроліту містяться не лише йони, а й молекули електроліту.

Багатооснóвнікислотидисоціюютьступінчастовкількастадій.Кожнастадія характеризується своїм ступенем дисоціації. Наприклад, для ступінчастої дисоціації H3AsO4 можна записати три рівняння дисоціації:

Позначимо ступінь дисоціації на першій стадії α1, на другій — α2, на третій — α3. Кислота завжди дисоціює за першою стадією повніше, ніж за другою, за другою — повніше, ніж за третьою, тобто α1 ˃ α2 ˃ α3. Це пояснюється тим, що енергія, потрібна для відриву йона H+ від нейтральної молекули, мінімальна і зростає під час дисоціації на кожній наступній стадії.

До слабких електролітів належать:

1)слабкі та середньої сили кислоти: H2CO3, H2S, H2SO3, H2SiO3, HNO2 HF;

2)нерозчинні й малорозчинні у воді основи (утворені p-, d- i f-елемента- ми), амоній гідроксиду NH4OH;

3)майже всі органічні кислоти;

4)вода.

Дисоціація води. Поняття про водневий показник

Дисоціацію води описують рівнянням: H O → H+ + OH–.

2 ←

Вода — дуже слабкий електроліт: за температури 25 °C (стандартні умови)

лише одна молекула води з 555 мільйонів розпадається на йони:

1

α(Н2О) = 555 000 000= 1,8 · 10–9. Таким чином, ступінь дисоціації води становить 1,8 ∙ 10–9. Якщо взяти 1 л (1000 мл) води, то нескладно обчислити її масу:

ρ(Н2О) = m(Н2О) ; оскільки ρ(Н2О) = 1 г/мл, то m(Н2О) = ρ(Н2О) · V(Н2О). V(Н2О)

m(Н2О) =1000 =55,56(моль). M(Н2О) 18

Обчислимо кількість речовини води, яка дисоціює:

n(Н2О) = 1,8 · 10–9 · 55,56 = 10–7 моль.

Це означає, що в 1 л води міститься 10–7 моль йонів H+ і 10–7 моль йонів OH–.

Про воду кажуть, що вона має нейтральну реакцію.

Розчини, у яких вміст йонів H+ і OH– є однаковим, називають нейтральними.

56

Якщо до води додати лугу, кількість йонів OH– збільшиться; кажуть, що розчин став лужним.

Розчини, у яких вміст йонів H+ менший, ніж вміст гідроксид-іонів, називають лужними.

Якщо до води додати кислоти, кількість йонів H+ збільшиться; кажуть, що розчин став кислотним.

Розчини, у яких вміст йонів H+ перевищує вміст гідроксид-іонів OH–, називають кислотними.

Лабораторний дослід 2

Установлення приблизного значення рН води, лужних і кислих розчинів (натрій гідроксиду, хлоридної кислоти).

Останніми роками до складу косметичних кремів уводять різні речовини, що впливають на кислотність кремів. Кислі й лужні креми мають негативний вплив на шкіру. В емульсійних косметичних кремах типу олія/вода вміст води, що є дис- персійнимсередовищем,становить70–90%.Кількістьжирноїфази(оліїчижиро- подібної речовини) обмежена 10–30 %. Такі засоби не залишають жирного сліду на шкірі, легко видаляються, змиваються водою. Дослідіть зразок крему, шампуню,якийвидаввамучитель,задопомогоюуніверсальногоіндикаторногопапірця.

Лабораторний дослід 3

Дослідження рН харчової і косметичної продукції (кефіру, яблучного соку, крему для рук, шампуню).

У пробірках міститься невелика кількість води, розчину натрій гідроксиду, хлоридної кислоти.

1.За допомогою скляної палички нанесіть краплю рідини з кожної пробірки на смужку універсального індикаторного папірця. Що спостерігаєте?

2.Нанесіть на смужку універсального індикаторного папірця невелику кіль-

кість кефіру, яблучного соку, крему для рук чи шампуню. Що спостерігаєте?

Для тих, хто хоче знати хімію глибше

У хімії часто використовують молярну концентрацію (С), яка визначається відношенням кількості речовини розчиненої сполуки в 1 л розчину і вимірюється

вмоль/л.ЗарівняннямдисоціаціїводиобчислимомолярнуконцентраціюйонівН+ та ОН– у воді: С(Н+) = С(ОН–) = 10–7 : 1 = 10–7 (моль/л).

Концентрація йонів Гідрогену [H+] в розчині є мірою кислотності середовища. У чистій воді й нейтральних розчинах за температури 25 °C концентрація становить 10–7 моль/л. Для зручності її виражають через водне́вий пока́зник рН; читається «пе аш» (від лат. potentia hydrogeni — сила водню).

ЯкщоконцентраціяйонівH+ врозчиністановить10–1 моль/л,тобто0,1моль/л, то pH=1.УнейтральнихрозчинахpH=7,укислотних—рН˂7,улужних—рН˃7.Кис- лотність розчинів можна визначати приблизно за допомогою кислотно-лужних індикаторів або точно — за допомогою приладу pH-метра.

Індикаторний метод ґрунтується на тому, що деякі індикатори (органічні ре- човини-барвники) змінюють своє забарвлення за різних значень pH.

57

Значення рН крові — це показник здоров’я та імунітету людини. У зв’язку з ослабленням імінунітету розвиваються хвороби (серед них — онкологія).

Для того щоб контролювати стан свого здоров’я, потрібно регулярно робити дослідження крові на рН. Дуже важливо підтримувати кислотно-лужну рівновагу в організмі. Якщо вона порушується, то людина починає хворіти, раніше старіти. Рівень рН крові вважають нормальним, якщо він сягає значень від 7,35 до 7,45. Для дорослої людини норма приблизно 7,42. У разі зсуву рН на 0,2 розвивається коматозний стан, а на 0,3 — людина помирає.

Підсумки

1.Ступінь електролітичної дисоціації— це відношення кількості молекул електроліту, які розпались на йони, до загальної кількості його молекул, які помістили в розчин.

2.Залежно від ступеня електролітичної дисоціації електроліти поділяють на сильні та слабкі.

3.Сильні електроліти у водних розчинах повністю або майже повністю дисоціюють. Слабкі електроліти у водних розчинах дисоціюють частково.

4.У чистій воді й нейтральних розчинах за температури 25 °C концентрація

йонів Н+ становить 10–7 моль/л. Для зручності її виражають через водне́вий пока́з- ник рН; читається «пе аш» (від лат. potentia hydrogeni — сила водню).

Контрольні запитання

1.Що таке ступінь електролітичної дисоціації?

2.На які групи поділяють електроліти залежно від ступеня електролітичної дисоціації?

3.Запишіть формули для визначення ступеня дисоціації.

4.Які значення може мати ступінь дисоціації електроліту?

5.Який ступінь дисоціації має вода?

6.Які розчини називають нейтральними, кислотними, лужними? Наведіть приклади.

7.Яке значення pH відповідає нейтральному розчину?

8.Які значення pH має слабокислотне середовище?

9.Як за допомогою індикаторів можна визначити pH розчину?

10.Водневий показник водного розчину електроліту становить 5. Укажіть характер середовища.

Вправи та задачі

1.Значення рН розчину становить 11. Укажіть характер середовища.

2.Водневий показник розчину становить 10. Як зміниться колір фенолфталеїну в цьому розчині?

60