Электролитическая диссоциация

Теоретические основы. Вещества, которые в расплавах или растворах полярных растворителей диссоциируют на ионы, называются электролитами: Na2CO3 2 Na+ + CO3

Процесс диссоциации количественно характеризуют степенью диссоциации: a = ,

где n - количество вещества, С - концентрация.

Если степень диссоциации электролита a > 30%, то такой электролит называется сильным. К сильным электролитам относятся соли, сильные кислоты (HCl, H2SO4, HNO3, HClO4 и некоторые другие), щелочи (основания щелочных и щелочноземельных металлов NaOH, KOH, RbOH, CsOH, FrOH, Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2). Диссоциация сильных электролитов протекает необратимо и в одну стадию. Например:

Al2(SO4)3 2 Al3+ + 3 SO4

Если степень диссоциации электролита a < 3%, то электролит называют слабым. К слабым электролитам относятся молекулы воды, гидроксида аммония NH4OH, слабых кислот и оснований. Диссоциация слабых электролитов - процесс обратимый и ступенчатый, для него устанавливается состояние химического равновесия, которое характеризуется константой равновесия - константой диссоциации.

Например, диссоциация фосфорной кислоты - трехступенчатый процесс:

1 ступень: H3PO4 H+ + H2PO4 ; K1 =

2 ступень: H2PO4 H+ + HPO4 ; K2 =

3 ступень: HPO4 H+ + PO4 ; K3 =

 
 


H3PO4 3H+ + PO4 ; K =

[H+], [H2PO4 ], [HPO4 ], [PO4 ], [H3PO4] - равновесные концентрации ионов;

К1, К2, К3 - ступенчатые константы диссоциации;

К - общая константа диссоциации.

 

Добавление в раствор слабых электролитов одноименных ионов вызывает смещение равновесия реакции диссоциации в сторону ее уменьшения (эффект одноименного иона).

 

Обменные реакции в растворах происходят между ионами сильных электролитов и молекулами слабых электролитов. Равновесие реакций обмена в растворах смещено в сторону образования осадков, газов, молекул слабых электролитов.

В ионном виде реакции обмена записывают следующим образом: сильные растворимые в воде электролиты пишут в виде ионов; слабые электролиты, осадки и газы записывают в виде молекул:

2NaNO2 + H2SO4 Na2SO4 + 2HNO2

растворимая сильная растворимая слабая

в воде соль кислота в воде соль кислота

(реакция в молекулярном виде)

2Na+ + 2NO2 + 2H+ + SO42 2Na+ + SO42 + 2HNO2

(полное ионное уравнение реакции)

2NO2 + 2H+ 2HNO2

(сокращенное ионное уравнение реакции)

Свойства химических соединений в растворах определяются характером их диссоциации:

HCl H+ + Cl (кислоты при диссоциации дают ионы Н+);

NaOH Na++OH (основания при диссоциации дают ионы ОН );

NaCl Na++Cl (cоли при диссоциации дают катионы металлов и анионы кислотных остатков).

 

Существуют электролиты, которые могут участвовать в химических реакциях как в роли основания, так и в роли кислоты. Такие электролиты называются амфотерными. К ним относятся оксиды и основания некоторых металлов: цинка, алюминия, свинца, олова, хрома(III) и некоторых других. Эти оксиды и основания способны реагировать как с кислотами, так и с основаниями, образуя в качестве продуктов реакции соли:

 

Al(OH)3 + 3HCl AlCl3 + 3H2O

Al(OH)3 + NaOH NaAlO2 + 2H2O

Al(OH)3 + 3NaOH Na3[Al(OH)6]

 

Sn(OH)2 + 2HCl SnCl2 + 2H2O

Sn(OH)2 + 2NaOH Na2SnO2 + 2H2O

Sn(OH)2 + 2NaOH Na2[Sn(OH)4]

Цель работы. Изучить реакции, идущие в растворах электролитов.

 

Порядок работы.

 

Опыт 1. Ионизирующее действие воды

В сухой пробирке перемешайте небольшие количества кристаллических карбоната натрия Na2CO3 и щавелевой кислоты H2C2O4. Идет ли реакция? Добавьте 2 мл дистиллированной воды. Запишите наблюдения.

 

Опыт 2. Реакции с образованием осадков

В отдельные пробирки налейте по 2 мл растворов: а) серной кислоты; б) сульфата какого-либо металла. В каждую пробирку добавьте 2-3 капли раствора хлорида бария. Запишите наблюдения.

 

Опыт 3. Реакции с образованием газов

В отдельные пробирки налейте по 2 мл растворов: а) карбоната калия; б) карбоната натрия. Добавьте в каждую пробирку 3-4 капли разбавленной соляной кислоты. Запишите наблюдения.

 

Опыт 4. Сильные и слабые электролиты

В отдельные пробирки налейте по 2 мл разбавленных растворов: а) соляной кислоты; б) уксусной кислоты. В каждую пробирку положите по грануле цинка. Сравните интенсивность выделения газа в двух пробирках.

 

Опыт 5. Ослабление диссоциации слабого электролита

(эффект одноименного иона)

а). В пробирку налейте 4 мл разбавленной уксусной кислоты и добавьте 2 капли метилоранжа. Отлейте половину раствора в другую пробирку и добавьте в нее несколько кристаллов ацетата натрия. Сравните цвет растворов в пробирках.

б). В пробирку налейте 4 мл разбавленного водного раствора аммиака и добавьте 2 капли фенолфталеина. Отлейте половину раствора в другую пробирку и добавьте в нее несколько кристаллов хлорида аммония. Сравните цвет растворов в пробирках.

 

Опыт 6. Амфотерные основания

В пробирку налейте 3 мл раствора хлорида цинка. Осторожно добавьте 2 капли раствора гидроксида натрия до образования осадка гидроксида цинка. Разделите осадок на 2 части и испытайте его растворимость в соляной кислоте и гидроксиде натрия. Запишите наблюдения.

 

 

Форма лабораторного отчета.

 

1. Название лабораторной работы.

2. Краткое описание, цель работы.

3. Номер и название опыта.

4. Уравнение реакции: а) в молекулярной форме; б) в полной ионной форме; в) в сокращенной ионной форме.

5. Наблюдения.

6. Обсуждения.

7. Выводы.

 

Типовые задачи.

 

1. Напишите уравнения реакций диссоциации следующих электролитов: AlCl3, H2SO3, NaHCO3. Для обратимых процессов запишите выражения константы равновесия.

2. Вычислите концентрацию ионов водорода в 0,1 М растворе соляной кислоты, если степень ее диссоциации равна 98%.

3. Закончите уравнения реакций, расставьте коэффициенты, запишите уравнения в ионно-молекулярной и сокращенной форме:

 

а) AgNO3 + BaCl2 ® б) Ca(OH)2 + HCl ®
в) Na2SO3 + H2SO4 ® г) CaCO3 + HNO3 ®
д) K2SO4 + NaOH ® e) Pb(OH)2 + KOH ®
ж)Al2(SO4)3+NaOH(изб.)® з) AgNO3 + H2S ®

4. Вычислите ионную силу раствора, содержащего смесь 0,01 М AlCl3 и 0,1 М Na2SO4.

5. Вычислите ионную силу раствора, содержащего смесь 0,01 М Cr2(SO4)3 и 1М NaCl.

6. Вычислите активность ионов Са2+ в 0,1 М растворе СаСl2.

7. Вычислитеь активность ионов Nа+ в 0,1 М растворе Nа3PO4.