§9. Диссоциация кислот, щелочей и солей в водных растворах

Диссоциация кислот

Большинство кислот хорошо растворяются в воде. Из известных вам кислот только силикатная кислота в ней не растворяется. Растворы кислот изменяют цвет индикаторов: лакмуса — на красный, метилового оранжевого – на розовый.

Рис. 24. Изменение цвета индикаторов в растворе хлоридной кислоты

Это свойство кислот используют для распознавания их среди других веществ. Почему растворимые в воде кислоты проявляют такие свойства? Рассмотрим процесс диссоциации кислот. Процесс диссоциации кислот, например, нитратной, сульфатной и фосфатной кислот, следует изобразить так:

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

В процессе диссоциации образуются положительные ионы Гидрогена и отрицательные ионы кислотного остатка: нитрат-ион NO₃^–, сульфат-ион SO₄^2– і фосфат-ион РO₄^3–. Общим для всех кислот является наличие ионов Гидрогена. Именно H⁺ придает кислотам характерные для них общие химические свойства, изменяет цвет индикаторов. Знак «обратности» (⇄) показывает одновременное протекание двух процессов — прямого (слева направо), т.е. диссоциацию, и обратного (справа налево) – ассоциацию.

Все растворимые кислоты в водных растворах диссоциируют на гидроген-ионы H⁺ и кислотные остатки.

Кислоты — это электролиты, при диссоциации которых в водных растворах в качестве катионов отщепляются только гидроген-ионы H⁺.

Процесс диссоциации кислот можно изобразить следующей схемой:
H_nR ⇄ nH⁺ + R^n–, где R – кислотный остаток, n – число атомов Гидрогена.

Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато. Например:

III HR^2– ⇄ H⁺ + R^3–

II HR^2– ⇄ H⁺ + R^3–

I HR^2– ⇄ H⁺ + R^3–

H₃PO₄ ⇄ H⁺ + H₂PO₄^– дигидрогенфосфат-ион

H₃PO₄^– ⇄ H⁺ + HPO₄²^– гидрогенфосфат-ион

H₃PO₄^2– ⇄ H⁺ + PO₄³^– фосфат-ион

H₃PO₄ ⇄ 3H⁺ + PO₄³^–

Диссоциация оснований

Растворы оснований (щелочи) изменяют цвет индикаторов: лакмуса — на синий, метилового оранжевого — на желтый, фенолфталеина — на малиновый:

Рис. 25. Изменение цвета индикаторов в растворе щелочи.

Это свойство оснований используют для распознавания их среди других веществ. Почему растворимые в воде основания проявляют такие свойства? Рассмотрим процесс диссоциации натрий гидроксида и калий гидроксида:

NaOH ⇄ Na⁺ + OH^–
КOH ⇄ К⁺ + OH^–

В процессе диссоциации образуются положительные ионы Натрия и Калия и отрицательные гидроксид-ионы. Общим для всех растворимых оснований является наличие гидроксид-ионов. Именно ОН^– придает основаниям характерные для них общие химические свойства, изменяет цвет индикаторов. Щелочи диссоциируют на положительно заряженные катионы металлических элементов и отрицательно заряженные гидроксид-ионы.

Щелочи — это электролиты, при диссоциации которых в водных растворах в качестве анионов отщепляются только гидроксид-ионы (OH^–).

Процесс диссоциации оснований можно изобразить такой схемой:
MeOH ⇄ Meⁿ⁺ + nOH^–, где n – валентность металлического элемента.

Если гидроксид содержит в молекуле несколько групп OH^–, то может произойти ступенчатая диссоциация. Например:

Ba(OH)₂ ⇄ Ba(OH)⁺ + OH^– (I ступень)
Ba(OH)⁺⇄ Ba²⁺ + OH^– (II ступень).
Ba(OH)₂ ⇄ Ba²⁺ + 2OH^– суммарное уравнение

Сначала отщепляется один гидроксид-ион, а последующие OH^– – в сильно разбавленных растворах.

Лабораторный опыт 1. Выявление ионов Гидрогена и гидроксид-ионов в растворе

Опыт 1. Выявление ионов Гидрогена в растворе.

В три пробирки с хлоридной кислотой добавьте по 1-2 капли индикатора: в первую – лакмуса, во вторую – метилового оранжевого, в третью – фенолфталеина. Что наблюдается? Каким индикатором нельзя обнаружить ионы водорода? Какой вывод можно сделать о действии кислот на индикаторы?

Опыт 2. изучение гидроксид-ионов в растворе.

В три пробирки с натрий гидроксидом добавьте по 1-2 капли индикатора: в первую – лакмуса, во вторую – метилового оранжевого, в третью – фенолфталеина. Какой можно сделать общий вывод о действии щелочей на индикаторы? Заполните таблицу:

Индикаторы

Цвет индикатора в среде

нейтральной

кислой

щелочной

лакмус

метилоранж

фенолфталеин

Чем обусловлены общие свойства кислот и щелочей?

Диссоциация солей

Различают такие соли: средние, кислые и основные.

Средние соли – продукты полного замещения атомов Гидрогена в молекуле кислоты на ионы металлического элемента. Процесс диссоциации средних солей можно изобразить такой схемой:
MexRy ⇄ xMeⁿ⁺ + yR^n–, где х – число атомов металлического элемента, у – число кислотных остатков, n – валентность металлического элемента.

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

Средние соли – это электролиты, которые в водных растворах диссоциируют на катионы металлических элементов и анионы кислотных остатков.

Растворы солей не имеют общих свойств, потому что не имеют общих ионов.

Итог:

Продуктами диссоциации кислот являются катионы Гидрогена и анионы кислотных остатков.
В растворах солей содержатся катионы металлических элементов, и анионы кислотных остатков.
В растворах щелочей содержатся катионы металлических элементов, и анионы ОН^–.
Диссоциируют только растворимые в воде соединения. Нерастворимые основания, как Zn(OH)₂, Al(OH)₃ и другие; кислота – H₂SіO₃, нерастворимые соли – ZnS, AgCl, BaSO₄. Оксиды не диссоциируют.
Сильные электролиты диссоциируют полностью (одна степень), слабые — ступенчато.

?

Что такое электролитическая диссоциация?
Дайте определение кислот, щелочей, солей с точки зрения электролитической диссоциации?
Чем диссоциация кислых солей отличается от диссоциации средних солей?
Наличие каких ионов обусловливает кислотные и щелочные свойства растворов?
Почему растворы солей не имеют общих свойств?

Задания для самоконтроля

■

69. Напишите уравнения электролитической диссоциации веществ:
а) кислот: нитратной, сульфитной, фторидной, сульфидной, карбонатной;
б) гидроксидов: лития, натрия, кальция;
в) солей: калий сульфата, феррум (II) хлорида, марганец бромида, цинк нитрата, алюминий нитрата, натрий карбоната, калий фосфата, барий сульфида, FeOHCl₂, Al(OH)₂Cl, NaH₂PO₄, K₂HPO₄, MgOHNO₃.

▲
●

70. В какой из указанных групп находятся только анионы:
а) K⁺, Cl^–, Mg²⁺, H⁺; б) OH^–, SO₄^2–, Cl^–, PO₄^3–; в) Na⁺, Zn²⁺, Ba²⁺, Al³⁺?

71. В результате диссоциации сульфатной кислоты образуются ионы:
а) Cu²⁺ і SO₄^2–; б) 2H⁺ і SO₄^2–; в) H+ і SO₃^2–.

72. В результате диссоциации калий гидроксида образуются ионы:
а) K^– і Cl^–; б) K⁺ і SO₄^2–; в) K⁺ і OH^–.

●●

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

74. Выберите анионы среди приведенных ионов:
а)Na⁺; б)NO₃^–; в) SO₄^2–; г) Ba²⁺.

●●●

75. Какие из веществ в водном растворе диссоциируют с образованием ионов:
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. Напишите формулы соединений, диссоциирующих в растворе на ионы:
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. Составьте формулы соединений, которые могут быть образованы такими ионами: CO₃^2–, Cu²⁺, NO₃^–, Cr³⁺, Br^–, Li^–.

78. Укажите, что означают следующие обозначения: Fe⁰, Fe²⁺, Fe³⁺.

●●●●

79. При растворении веществ в воде образовались ионы: катионы Na⁺, H⁺, Mg²⁺, анионы: Cl^–, NO₃^–, SiO₃^2–. Напишите все возможные формулы соединений, которые были в растворе.

80. Как назвать и чем отличаются между собой частицы, изображенные такими символами:
а) Cl^–, Cl, Cl₂; б) S, S²–?

81. Среди нижеуказанных формул веществ выберите формулы электролитов и напишите их диссоциацию:
BaSO₄; Fe(SO₄)₃; FeCl₃; FeSO₃; Cr(NO₅)₃; Fe(OH)₂Cl; Mg₃(PO₄)₂; MgI₂.

Для тех, кто хочет знать больше

Кислые соли – продукты неполного замещения атомов Гидрогена в молекуле кислоты на ионы металлического элемента.

Процесс диссоциации кислых солей можно изобразить такой схемой:
MeHR ⇄ Meⁿ⁺ + HR^n–; HR^n– ⇄ H⁺ + R^n–

Кислые соли – это электролиты, которые в водных растворах диссоциируют на положительно заряженные ионы металлического элемента и Гидрогена и отрицательно заряженные ионы кислотного остатка.

Диссоциация кислых солей происходит ступенчато. Например:

а) диссоциация калий гидрогенсульфата:
KHSO₄ ⇄ K⁺ + HSO₄^– (I ступень)
HSO₄^– ⇄ H⁺ + SO₄^2– (II ступень)

б) диссоциация кальций дигидрогенфосфата:
Ca(H₂PO₄)₂ ⇄ Ca²⁺ + 2H₂PO₄^– (I ступень)
H2PO₄^– ⇄ H⁺ + HPO₄^2– (II ступень)
HPO₄^2– ⇄ H⁺ + PO₄^3– (III ступень)

Диссоциация на II и III ступенях очень мала, поэтому раствор кислой соли содержит лишь незначительное количество гидроген-ионов.

Основные соли – продукты неполного замещения гидроксид-ионов в молекулах многоосновных гидроксидов на анионы кислотных остатков.

Заряд катиона равен сумме зарядов аниона с противоположным знаком.

Процесс диссоциации основных солей можно изобразить такой схемой:
MeOHR ⇄ MeOHⁿ⁺ + R^n–

Например:
магний гидроксихлорид MgOHCl ⇄ MgOH⁺ + Cl^–
ферум дигидроксихлорид Fe(OH)₂Cl ⇄ Fe(OH)²⁺ + Cl^–
алюминий гидроксихлорид Al(OH)Cl₂ ⇄ AlOH²⁺ + 2Cl^–