Разработка темы по химии 'Теория электролитической диссоциации' (9 класс)

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ (ЭД).

1. Качественная характеристика процесса.

Можно выделить два принципиально различных случая растворения веществ в воде:

1. Гидратирование частиц растворенного вещества без структурных изменений (образование кристаллогидратов)

2. Гидратирование частиц растворенного вещества со структурными изменениями частиц, связанными с образованием подвижных заряженных частиц.

Вещества, растворение которых происходит по второму типу, называются электролитами.

Процесс распада вещества на ионы при растворении или расплаве называется ЭД. Механизм ЭД зависит от типа электролита: следует различать истинные и потенциальные электролиты.

Истинные электролиты находятся в виде ионов уже в твердом (индивидуальном) состоянии, т.е. при растворении или расплаве происходит разрушение ионной кристаллической решетки. При растворении разрушение происходит за счет взаимодействия ионов с молекулами воды и образования вокруг каждого иона гидратной оболочки, которая фактически компенсирует заряд иона. При расплаве - за счет усиления теплового колебания ионов в узлах решетки, вплоть до полной ее ликвидации. Таким образом, при разрушении ионной кристаллической решетки образуются разноименно заряженные частицы, которые при пропускании электрического тока начинают двигаться к соответствующим электродам, создавая электрический ток.

Потенциальные электролиты в индивидуальном состоянии ионов не содержат. В этом случае ионы появляются только при растворении (но не расплаве!) вещества в воде и при непосредственном участии молекул воды. Это вещества с сильнополярными связями, в первую очередь - кислоты. Под влиянием диполь-дипольного взаимодействия между молекулами H_mA (A - кислотный остаток) и H₂O происходит постепенное увеличение степени полярности связи Н→А. В результате происходит ее переход в ионную с одновременным распадом вещества на гидратированные ионы Н⁺ и А^m-. Поэтому определение электролитов можно сформулировать следующим образом: ВЕЩЕСТВА, РАСПЛАВЫ И РАСТВОРЫ В ВОДЕ КОТОРЫХ ПРОПУСКАЮТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК, НАЗЫВАЮТСЯ ЭЛЕКТРОЛИТАМИ.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИИ.

Теория электролитической диссоциации была создана С.Аррениусом в 1887 году для водных растворов электролитов.

1. При растворении в воде или расплаве молекулы электролитов распадаются на ионы. Ионы могут быть простые ( состоящие из одного атома, например, Н⁺, С1^-, Вг^-, Са²⁺) или сложные ( состоящие из нескольких атомов, например, SO₄^2-, NO₃^-). Простые ионы отличаются от атомов как по электронному строению, так и по свойствам (сравнить свойства газа хлора С1₂ и иона хлора Сl^-; металла натрия Na и иона натрия Na⁺).

2. Диссоциация является обратимым процессом, т.е. в системе устанавливается динамическое равновесие двух процессов - процесса распада молекул на ионы и процесса воссоединения ионов с образованием молекул, т.е. количество распавшихся молекул равно количеству вновь образовавшихся.

3. Ионы в водных растворах и расплавах двигаются хаотически; при пропускании электрического тока начинается упорядоченное движение ионов: положительно заряженные (металлы и водород) идут к отрицательно заряженному электроду (катоду), а отрицательно заряженные ионы - к положительно заряженному электроду (аноду). Поэтому положительно заряженные ионы называются КАТИОНАМИ, а отрицательно заряженные ионы - АНИОНАМИ.

4. Суммарный заряд всех катионов равен суммарному заряду всех анионов, т.е. раствор электронейтрален.

В неорганической химии электролитами являются: основания, кислоты и соли.

ОСНОВАНИЯ- электролиты, диссоциирующие с образованием катионов металла и анионов гидроксила.

КИСЛОТЫ - электролиты, диссоциирующие с образованием катионов водорода и анионов кислотного остатка.

Средние соли - электролиты, диссоциирующие с образованием катионов металла и анионов кислотного остатка.

Кислые соли - электролиты, диссоциирующие с образованием катионов металла и водорода, и анионов кислотного остатка.

Основные соли - электролиты, диссоциирующие с образованием катионов металла и анионов гидроксила и кислотного остатка.

3. Количественная характеристика процесса.

Для количественной характеристики процесса электролитической диссоциации используют понятие степени диссоциации, являющейся отношением количества вещества электролита, распавшегося на ионы к общему количеству вещества, введенному в раствор (доля вещества, распавшегося на ионы, может быть выражена в процентах или в долях от единицы; величина безразмерная).

n _{распавшиеся на ионы молекулы вещества}

α = n _{общее число молекул вещества в растворе}

По величине степени диссоциации различают электролиты :

• Сильные α до 30%

• Средние α от 3% до 30%

• Слабые α менее 3 %.

Необходимо обратить внимание учащихся на различие понятий «растворимость» и «сила электролита». Разделение электролитов на сильные и слабые не зависит от растворимости вещества, и лишь от того сколько его молекул от общего числа растворенных распалось на ионы. Так, например,

гидроксид кальция Са(ОН)₂ малорастворим в воде, но является сильным

электролитом и относится к щелочам.

Степень диссоциации (СД) зависит от следующих факторов:

1. От температуры (с повышением температуры СД повышается)

2. От разбавления раствора водой (чем ниже концентрация электролита в растворе, т.е. чем сильнее разбавление, тем больше его СД)

3. Ионные уравнения реакции.

Ионные реакции - это химические процессы обмена, протекающие в водном растворе с участием ионов электролитов. Их сущность отражают ионные уравнения реакций. Такие реакции в общем случае записываются в виде 3-х уравнений:

• Молекулярного (показывает, какие вещества вступают в реакцию и образуются в результате химического взаимодействия);

• Полного ионного (показывает, какие ионы вступают в реакцию и не участвуют в химическом взаимодействии);

• Сокращенного ионного (показывает, какие ионы участвуют в химическом взаимодействии).

ПРАВИЛА ЗАПИСИ ИОННЫХ УРАВНЕНИЙ.

Как в левой, так и в правой частях уравнений не записывают в виде ионов, формулы веществ, которые не распадаются на ионы в водных растворах:

• Нерастворимых и малорастворимых в воде вещества (кроме Са(ОН)₂), которые устанавливаются по таблице растворимости;

• Слабых электролитов, например, Н₂О, слабые кислоты и конц. Н₂SО₄

• Газов

• Оксидов

• Водородсодержащих остатков слабых кислот (гидроанионы)

В виде ионов записывают формулы:

• Сильных кислот

• Щелочей

• Растворимых в воде солей

НАПРАВЛЕНИЕ ПРОТЕКАНИЯ ИОННЫХ РЕАКЦИЙ.

(правило Бертолле)

Реакции между растворами электролитов протекают необратимо, если в результате ее протекания образуют твердое малорастворимое или нерастворимое соединение (осадок), легколетучее вещество (газ) или малодиссоциирующее соединение (слабый электролит, в том числе и вода).

1. Выпадение осадка.

   • Молекулярное уравнение:

BaCl₂ + Na₂SO₄ → 2NaCl + BaSO₄↓

• Полное ионное уравнение:

Ba²⁺ + 2Cl^- + 2Na⁺ + SO₄^2- → 2Na⁺ + 2Cl^- + BaSO₄↓

• Сокращенное ионное уравнение:

Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓

2. Выделение газа - регенерация соответствующих газов из кислотных остатков слабых кислот (карбонаты, сульфиты и сульфиды) под воздействием более сильных кислот (катионов водорода):

• Молекулярное уравнение:

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ ↑ + H₂O

• Полное ионное уравнение:

CaCO₃ + 2H⁺ + 2Cl^- → Ca²⁺ + 2Cl^- + CO₂ ↑ + H₂O

• Сокращенное ионное уравнение:

CaCO₃ + 2H⁺ → Ca²⁺ + CO₂ ↑ + H₂O

3. Образование малодиссоциирующего соединения:

• Молекулярное уравнение:

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

• Полное ионное уравнение

Na⁺ + OH^- + H⁺ + Cl^- → Na⁺ + Cl^- + H₂O

• Сокращенное ионное уравнение:

OH^- + H⁺ → H₂O