§9. Дисоціація кислот, лугів і солей у водних розчинах

Дисоціація кислот

Більшість кислот добре розчиняються у воді. З відомих вам кислот тільки силікатна кислота у ній не розчиняється. Розчини кислот змінюють колір індикаторів: лакмусу – на червоний, метилового оранжевого – на рожевий.

Рис. 24. Зміна кольору індикаторів у розчині хлоридної кислоти.

Цю властивість кислот використовують для розпізнавання їх серед інших речовин. Чому розчинні у воді кислоти проявляють такі властивості? Розглянемо процес дисоціації кислот. Процес дисоціації кислот, наприклад, нітратної, сульфатної і фосфатної кислот, слід зобразити так:

HNO₃ ⇄ H⁺ + NO₃^–.
H2SO4 ⇄ 2H+ + SO₄^2–
H3PO4 ⇄ 3H+ + РO₄^3–

В процесі дисоціації утворюються позитивні йони Гідрогену і негативні йони кислотного залишку: нітрат-іон NO₃^–, сульфат-іон SO₄^2– і фосфат-іон РO₄^3–. Спільним для всіх кислот є наявність йонів Гідрогену. Саме H⁺ надає кислотам характерних для них загальних хімічних властивостей, змінює колір індикаторів. Знак «оберненості» (⇄) показує одночасний перебіг двох процесів-прямого (зліва направо), тобто дисоціацію, і зворотного (справа на ліво) – асоціацію.

Усі розчинні кислоти у водних розчинах дисоціюють на гідроген-іони H⁺ і кислотні залишки.

Кислоти – це електролити, під час дисоціації яких у водних розчинах як катіони відщеплюються тільки гідроген-іони H⁺.

Процес дисоціації кислот можна зобразити такою схемою:
H_nR ⇄ nH⁺ + R^n–, де R – кислотний залишок, n – число атомів Гідрогену.

Багатоосновні кислоти дисоціюють ступінчасто. Наприклад:

III HR^2– ⇄ H⁺ + R^3–

II HR^2– ⇄ H⁺ + R^3–

I HR^2– ⇄ H⁺ + R^3–

H₃PO₄ ⇄ H⁺ + H₂PO₄^– дигідрогенфосфат-іон

H₃PO₄^– ⇄ H⁺ + HPO₄²^– гідрогенфосфат-іон

H₃PO₄^2– ⇄ H⁺ + PO₄³^– фосфат-іон

H₃PO₄ ⇄ 3H⁺ + PO₄³^–

Дисоціація основ

Розчини основ (луги) змінюють колір індикаторів: лакмусу – на синій, метилового оранжевого – на жовтий, фенолфталеїну – на малиновий:

Рис. 25. Зміна кольору індикаторів у розчині лугу.

Цю властивість основ використовують для розпізнавання їх серед інших речовин. Чому розчинні у воді основи проявляють такі властивості? Розглянемо процес дисоціації натрій гідроксиду і калій гідроксиду:

NaOH ⇄ Na⁺ + OH^–
КOH ⇄ К⁺ + OH^–

В процесі дисоціації утворюються позитивні йони Натрію і Калію і негативні гідроксид-іони. Спільним для всіх розчинних основ є наявність гідроксид-іонів. Саме ОH^– надає основам характерні для них загальні хімічні властивості, змінює колір індикаторів. Луги дисоціюють на позитивно заряджені катіони металічних елементів і негативно заряджені гідроксид-іони.

Луги – це електроліти, під час дисоціації яких у водних розчинах як аніони відщеплюються тільки гідроксид-іони (OH^–).

Процес дисоціації основ можна зобразити такою схемою:
MeOH ⇄ Meⁿ⁺ + nOH^–, де n – валентність металічного елемента.

Якщо гідроксид містить в молекулі декілька груп OH^–, то може відбутися ступінчаста дисоціація. Наприклад:

Ba(OH)₂ ⇄ Ba(OH)⁺ + OH^– (I ступінь)
Ba(OH)⁺⇄ Ba²⁺ + OH^– (II ступінь).
Ba(OH)₂ ⇄ Ba²⁺ + 2OH^– сумарне рівняння

Спочатку відщеплюється один гідроксид-іон, а наступні OH^– – в сильно розбавлених розчинах.

Лабораторний дослід 1. Виявлення йонів Гідрогену і гідроксид-іонів в розчині

Дослід 1. Виявлення йонів Гідрогену в розчині.

У три пробірки з хлоридною кислотою долийте по 1–2 краплі індикатора: в першу – лакмусу, в другу – метилового оранжевого, у третю – фенолфталеїну. Що спостерігається? Яким індикатором не можна виявити іонів водню? Чому? Який висновок можна зробити про дію кислот на індикатори?

Дослід 2. Вивчення гідроксид-іонів в розчині.

У три пробірки з натрій гідроксидом долийте по 1–2 краплі індикатора: в першу – лакмусу, в другу – метилового оранжевого, в третю – фенолфталеїну. Що спостерігаєте? Який можна зробити загальний висновок про дію лугів на індикатори? Заповніть таблицю:

Індикатори

Колір індикатора в середовищі

нейтральному

кислому

лужному

лакмус

метилоранж

фенолфталеїн

Чим зумовлюються загальні властивості кислот і лугів?

Дисоціація солей

Розрізняють такі солі: середні, кислі і основні.

Середні солі – продукти повного заміщення атомів Гідрогену в молекулі кислоти на йони металічного елемента. Процес дисоціації середніх солей можна зобразити такою схемою:
MexRy ⇄ xMeⁿ⁺ + yR^n–, де х – число атомів металічного елемента, у – число кислотних залишків, n – валентність металічного елемента.

Наприклад: NaCl ⇄ Na⁺ + Cl^–Al₂(SO₄)₃ ⇄ 2Al³⁺ + 3SO₄^2–

Середні солі – це електроліти, які у водних розчинах дисоціюють на катіони металічних елементів і аніони кислотних залишків.

Розчини солей не мають спільних властивостей, тому що не мають спільних йонів.

Підсумок :

Продуктами дисоціації кислот є катіони Гідрогену та аніони кислотних залишків.
У розчинах солей містяться катіони металічних елементів, та аніони кислотних залишків.
У розчинах лугів містяться катіони металічних елементів, та аніони ОН^–.
Дисоціюють тільки розчинні у воді сполуки. Нерозчинні основи, як Zn(OH)₂, Al(OH)₃ та інші; кислота – H₂SіO₃, нерозчинні солі – ZnS, AgCl, BaSO₄. Оксиди не дисоціюють.
Сильні електроліти дисоціюють повністю (одна ступінь), слабкі – ступінчасто.

?

Що таке електролітична дисоціація?
Дайте визначення кислот, лугів, солей з точки зору електролітичної дисоціації?
Чим дисоціація кислих солей відрізняється від дисоціації середніх солей?
Наявність яких йонів обумовлює кислотні й лужні властивості розчинів?
Чому розчини солей не мають спільних властивостей?

Завдання для самоконтролю

■

69. Напишіть рівняння електролітичної дисоціації речовин:
а) кислот: нітратної, сульфітної, фторидної, сульфідної, карбонатної;
б) гідроксидів: літію, натрію, кальцію;
в) солей: калій сульфату, ферум (II) хлориду, манган броміду, цинк нітрату, алюміній нітрату, натрій карбонату, калій фосфату, барій сульфіду, FeOHCl₂, Al(OH)₂Cl, NaH₂PO₄, K₂HPO₄, MgOHNO₃.

▲
●

70. В якій із зазначених груп знаходяться лише аніони:
а) K⁺, Cl^–, Mg²⁺, H⁺; б) OH^–, SO₄^2–, Cl^–, PO₄^3–; в) Na⁺, Zn²⁺, Ba²⁺, Al³⁺?

71. У результаті дисоціації сульфатної кислоти утворюються йони:
а) Cu²⁺ і SO₄^2–; б) 2H⁺ і SO₄^2–; в) H+ і SO₃^2–.

72. У результаті дисоціації калій гідроксиду утворюються йони:
а) K^– і Cl^–; б) K⁺ і SO₄^2–; в) K⁺ і OH^–.

●●

73. Вкажіть формулу сильного електроліту:
а) H₂SO₄; б) H₂SO₃; в) Cu(OH)₂.

74. Виберіть аніони серед наведених йонів:
а)Na⁺; б)NO₃^–; в) SO₄^2–; г) Ba²⁺.

●●●

75. Які з речовин у водному розчині дисоціюють з утворенням йонів:
а) Cu²⁺; б) Fe³⁺; в) Zn²⁺; г) OH^–; д) Ba²⁺.
а) Cu(OH)₂; б) FeCl₃; в) ZnSO₄; г) KOH; д) Ba(OH)₂.
а) CuCl₂; б) Fe₃(PO₄)₂; в) ZnS; г) Cr(OH)₃; д) BaO.
а) CuO; б) Fe₂O₃; в) ZnO; г) H₂O; д) BaSO₄?

76. Напишіть формули сполук, що дисоціюють в розчині на іони:
а) Al³⁺ і SO₄^2–; б) H⁺ і SO₄^2–; в) Ca²⁺ і OH^–; г) K⁺ і CrO₂^2–; ґ) Fe³⁺ і NO₃^–; д) Zn²⁺ і Cl^–.

77. Складіть формули сполук, що можуть бути утворені такими йонами: CO₃^2–, Cu²⁺, NO₃^–, Cr³⁺, Br^–, Li^–.

78. Вкажіть, що означають такі позначення: Fe⁰, Fe²⁺, Fe³⁺.

●●●●

79. При розчиненні речовин у воді утворилися йони: катіони Na⁺, H⁺, Mg²⁺, аніони: Cl^–, NO₃^–, SiO₃^2–. Напишіть усі можливі формули сполук, які були в розчині.

80. Як назвати і чим відрізняються між собою частинки, що зображені такими символами:
а) Cl^–, Cl, Cl₂; б) S, S²–?

81. Серед нижчевказаних формул речовин виберіть формули електролітів і напишіть їх дисоціацію:
BaSO₄; Fe(SO₄)₃; FeCl₃; FeSO₃; Cr(NO₅)₃; Fe(OH)₂Cl; Mg₃(PO₄)₂; MgI₂.

Для тих, хто хоче знати більше

Кислі солі – продукти неповного заміщення атомів Гідрогену в молекулі кислоти на йони металічного елемента.

Процес дисоціації кислих солей можна зобразити такою схемою:
MeHR ⇄ Meⁿ⁺ + HR^n–; HR^n– ⇄ H⁺ + R^n–

Кислі солі – це електроліти, які у водних розчинах дисоціюють на позитивно заряджені йони металічного елементу і Гідрогену та негативно заряджених йонів кислотного залишку.

Дисоціація кислих солей відбувається ступінчасто. Наприклад:

а) дисоціація калій гідрогенсульфату:
KHSO₄ ⇄ K⁺ + HSO₄^– (I ступінь)
HSO₄^– ⇄ H⁺ + SO₄^2– (II ступінь)

б) дисоціація кальцій дигідрогенфосфату:
Ca(H₂PO₄)₂ ⇄ Ca²⁺ + 2H₂PO₄^– (I ступінь)
H2PO₄^– ⇄ H⁺ + HPO₄^2– (II ступінь)
HPO₄^2– ⇄ H⁺ + PO₄^3– (III ступінь)

Дисоціація на II і III ступенях дуже мала, тому розчин кислої солі містить лише незначну кількість гідроген-йонів.

Основні солі – продукти неповного заміщення гідроксид-іонів в молекулах багатоосновних гідроксидів на аніони кислотних залишків.

Заряд катіону рівний сумі зарядів аніону з протилежним знаком.

Процес дисоціації основних солей можна зобразити такою схемою:
MeOHR ⇄ MeOHⁿ⁺ + R^n–

Наприклад:
магній гідроксихлорид MgOHCl ⇄ MgOH⁺ + Cl^–
ферум дигідроксихлорид Fe(OH)₂Cl ⇄ Fe(OH)²⁺ + Cl^–
алюміній гідроксихлорид Al(OH)Cl₂ ⇄ AlOH²⁺ + 2Cl^–