Теория электролитической диссоциации
Темы кодификатора ЕГЭ: Электролитическая диссоциация электролитов вводных растворах. Сильные и слабые электролиты.
Электролиты – это вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток.
Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц под действием электрического поля. Таким образом, в растворах или расплавах электролитов есть заряженные частицы. В растворах электролитов, как правило, электрическая проводимость обусловлена наличием ионов.
Ионы – это заряженные частицы (атомы или группы атомов). Разделяют положительно заряженные ионы (катионы) и отрицательно заряженные ионы (анионы).
Электролитическая диссоциация — это процесс распада электролита на ионы при его растворении или плавлении.
Разделяют вещества — электролиты и неэлектролиты. К неэлектролитам относятся вещества с прочной ковалентной неполярной связью (простые вещества), все оксиды (которые химически не взаимодействуют с водой), большинство органических веществ (кроме полярных соединений — карбоновых кислот, их солей, фенолов) — альдегиды, кетоны, углеводороды, углеводы.
К электролитам относят некоторые вещества с ковалентной полярной связью и вещества с ионной кристаллической решеткой.
В чем же суть процесса электролитической диссоциации?
NaCl = Na + + Cl –
При расплавлении, когда происходит нагревание кристалла, ионы начинают совершать интенсивные колебания в узлах кристаллической решётки, в результате чего она разрушается, образуется расплав, который состоит из ионов.
Процесс электролитической диссоциации характеризуется величиной степени диссоциации молекул вещества:
Степень диссоциации — это отношение числа продиссоциировавших (распавшихся) молекул к общему числу молекул электролита. Т.е., какая доля молекул исходного вещества распадается в растворе или расплаве на ионы.
Nпродисс — это число продиссоциировавших молекул,
Nисх — это исходное число молекул.
По степени диссоциации электролиты делят на делят на сильные и слабые.
Сильные электролиты (α≈1):
1. Все растворимые соли (в том числе соли органических кислот — ацетат калия CH3COOK, формиат натрия HCOONa и др.)
2. Сильные кислоты: HCl, HI, HBr, HNO3, H2SO4 (по первой ступени), HClO4 и др.;
3. Щелочи: NaOH, KOH, LiOH, RbOH, CsOH; Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2.
Сильные электролиты распадаются на ионы практически полностью в водных растворах, но только в ненасыщенных. В насыщенных растворах даже сильные электролиты могут распадаться только частично. Т.е. степень диссоциации сильных электролитов α приблизительно равна 1 только для ненасыщенных растворов веществ. В насыщенных или концентрированны растворах степень диссоциации сильных электролитов может быть меньше или равна 1: α≤1.
Слабые электролиты (α
1. Слабые кислоты, в т.ч. органические;
2. Нерастворимые основания и гидроксид аммония NH4OH;
3. Нерастворимые и некоторые малорастворимые соли (в зависимости от растворимости).
Неэлектролиты:
1. Оксиды, не взаимодействующие с водой (взаимодействующие с водой оксиды при растворении в воде вступают в химическую реакцию с образованием гидроксидов);
2. Простые вещества;
3. Большинство органических веществ со слабополярными или неполярными связями (альдегиды, кетоны, углеводороды и т.д.).
Как диссоциируют вещества? По степени диссоциации различают сильные и слабые электролиты.
Сильные электролиты диссоциируют полностью (в насыщенных растворах), в одну ступень, все молекулы распадаются на ионы, практически необратимо. Обратите внимание — при диссоциации в растворе образуются только устойчивые ионы. Самые распространенные ионы можно найти в таблице растворимости — это ваша официальная шпаргалка на любом экзамене. Степень диссоциации сильных электролитов примерно равна 1. Например, при диссоциации фосфата натрия образуются ионы Na + и PO4 3– :
Диссоциация слабых электролитов : многоосновных кислот и многокислотных оснований происходит ступенчато и обратимо. Т.е. при диссоциации слабых электролитов распадается на ионы только очень небольшая часть исходных частиц. Например, угольная кислота:
HCO3 – ↔ H + + CO3 2–
Гидроксид магния диссоциирует также в 2 ступени:
Mg(OH)2 ⇄ Mg(OH) + OH –
Mg(OH) + ⇄ Mg 2+ + OH –
Кислые соли диссоциируют также ступенчато, сначала разрываются ионные связи, затем — ковалентные полярные. Например, гидрокабонат калия и гидроксохлорид магния:
KHCO3 ⇄ K + + HCO3 – (α=1)
HCO3 – ⇄ H + + CO3 2– (α + + Cl – (α=1)
MgOH + ⇄ Mg 2+ + OH – (α 1. При растворении в воде электролиты диссоциируют (распадаются) на ионы.
2. Причина диссоциации электролиты в воде – это его гидратация, т.е. взаимодействие с молекулами воды и разрыв химической связи в нем.
3. Под действием внешнего электрического поля положительно заряженные ионы двигаюися к положительно заряженному электроду — катоду, их называют катионами. Отрицательно заряженные электроны двигаются к отрицательному электроду – аноду. Их называют анионами.
4. Электролитическая диссоциация происходит обратимо для слабых электролитов, и практически необратимо для сильных электролитов.
5. Электролиты могут в разной степени диссоциировать на ионы — в зависимости от внешних условий, концентрации и природы электролита.
6. Химические свойства ионов отличаются от свойств простых веществ. Химические свойства растворов электролитов определяются свойствами тех ионов, которые из него образуются при диссоциации.
1. При неполной диссоциации 1 моль соли общее количество положительных и отрицательных ионов в растворе составило 3,4 моль. Формула соли – а) K2S б) Ba(ClO3)2 в) NH4NO3 г) Fe(NO3)3
Решение: для начала определим силу электролитов. Это легко можно сделать по таблице растворимости. Все соли, приведенные в ответах — растворимые, т.е. сильные электролиты. Далее, запишем уравнения электролитической диссоциации и по уравнению определим максимально число ионов в каждом растворе:
Степень диссоциации. Сильные и слабые электролиты
В растворах некоторых электролитов диссоциирует лишь часть молекул. Способность вещества к электролитической диссоциации называется степенью диссоциации. Она показывает отношение числа молекул, продиссоциированных на ионы, к общему числу молекул растворенного электролита:
(5.1)
где α— степень диссоциации;
п — количество ионов в растворе;
N— общее число молекул в растворе.
По степени диссоциации в растворах все электролиты делятся на две группы. К первой группе относят электролиты, степень диссоциации которых в растворах α > 30 % и почти не зависит от концентрации раствора. Их называют сильными электролитами. К сильным электролитам в водных растворах относятся щелочи: КОН, NaOH, Ba(OH)2, Са(ОН)2; кислоты: HNO3, НСl, H2SO4, НClO4, а также их соли.
Электролиты, степень диссоциации которых в растворах α Читайте также: Электрохимические процессы и явления
В растворах слабых электролитов процесс диссоциации протекает обратимо и его можно представить в виде обратимой химической реакции. Так, для процесса диссоциации уксусной кислоты:
константа равновесия этого процесса будет равна:
(5.2)
где [СНзСОО-], [Н+] — концентрация ионов;
[СН3СООН] — концентрация непродиссоциированных молекул.
Константа равновесия, соответствующая диссоциации слабого электролита, называется константой диссоциации.
Константа диссоциации зависит от природы диссоциирующего вещества и растворителя, температуры и не зависит от концентрации раствора.
Константа диссоциации показывает устойчивость молекул вещества к диссоциации. Чем меньше значение константы диссоциации в данном растворе, тем слабее диссоциирует электролит.
Степень диссоциации a изменяется с изменением концентрации раствора. Рассмотрим эту зависимость на примере слабого электролита уксусной кислоты:
Принимая исходную концентрацию кислоты равной с, а степень диссоциация a, получаем, что концентрация части кислоты, которая диссоциирована, будет равна aс. Так как при диссоциации одной молекулы кислоты образуется по одному иону Н+ и СНзСОО-, то их концентрации будут равны aс. Концентрация кислоты, оставшейся в недиссоциированном состоянии, будет равна с — aс = с(1 — a). Подставив значения равновесных концентраций ионов и кислоты в уравнение (5.2), получим:
(5.3)
Уравнение (5.3) было получено В. Ф. Оствальдом и называется законом Оствальда. Если a Читайте также: Энергия Гиббса, энергия Гельмгольца и направленность химических реакций
Пример 3. Вычислите степень диссоциации хлорноватистой кислоты и концентрацию ионов водорода в растворе с молярной концентрацией 0,05 моль/дм3.
Решение. НСlO — слабый электролит: HCIO « Н+ + СlO-. Следовательно, в соответствии с законом разбавления Оствальда (5.4, б), определяем степень диссоциации:
Кдис(НСlO) = 5×10-8 моль/дм3.
Молярную концентрацию определяем по формуле (5.5). Так как при диссоциации НС1О « Н++ СlO- образуется один ион Н+ (k(Н+) =1), то
с(Н+) = 
моль/дм3.
Ответ: a(HClO) = 1 ×10-3; с(Н+) = 5×10 5 моль/дм3.
Решение. В уравнение закона разбавления Оствальда (5.3) подставим данные:
Ионное произведение воды, водородный показатель (рН). Вода является слабым электролитом и диссоциирует на ионы в незначительной степени. Процесс диссоциации воды может быть записан уравнением:
Константа диссоциации будет равна:
Преобразуем выражение (5.7) к следующему виду:
Концентрацию молекул воды можно рассчитать, разделив массу 1 дм3 на массу 1 моля:
Произведение двух постоянных величин есть величина постоянная <Кдис[HгО] = const = KH20), тогда уравнение (5.8) принимает вид:
Полученное уравнение показывает, что для воды и разбавленных водных растворов при постоянной температуре произведение концентрации ионов водорода и гидроксила есть величина постоянная.
Эта постоянная величина называется ионным произведением воды.
Численное значение ионного произведения равно:
(5.10)
Таким образом, произведение концентрации ионов водорода и гидроксильных ионов в растворе при температуре 295 К равно 10-14.
Отсюда, для чистой воды концентрация ионов при температуре 295 К равна:
моль/дм3. (5.11)
Допустим, что концентрация ионов водорода при добавлении кислоты увеличилась в 1000 раз и стала [Н+] = 10-4 моль/дм3, тогда концентрация ионов [ОН-] в растворе будет равна:
моль/дм3
Мы получаем, что в растворах с различной средой всегда присутствуют ионы Н+ и ОН-.
[Н+] Читайте также: Количественные характеристики гидролиза
Для характеристики кислотности (щелочности) среды введен специальный параметр — водородный показатель, или рН. Водородным показателем, или рН, называется взятый с обратным знаком десятичный логарифм концентрации ионов водорода в растворе:
Следовательно, если рН = 7 — нейтральная среда;
Сильные и слабые электролиты — степень диссоциации
Электролиты — вещества, расплавы или растворы которых могут проводить электрический ток.
Неэлектролиты — вещества, расплавы или растворы которых не могут проводить электрический ток.
Диссоциация и степень диссоциации
Диссоциация — это распад соединений на ионы.
Степень диссоциации (α) — это отношения числа продиссоциировавших, то есть распавшихся на ионы молекул к их общему числу растворенных молекул.
Формула:
Стрелкой → обозначают распад соединений на ионы.
Стрелкой ← обозначают обратный процесс.
Сильные электролиты
Сильные электролиты — это вещества, которые при растворении в воде почти полностью диссоциируют на ионы.
Поэтому в уравнениях диссоциации ставят знак равенства (=) для сильных электролитов.
К сильным электролитам относятся:
Слабые электролиты
Слабые электролиты — это такие вещества, которые только частично диссоциируют на ионы.
Поэтому в уравнениях диссоциации ставят знак обратимости (⇄) для слабых электролитов.
К слабым электролитам относятся:
Сильные и слабые электролиты
Как различить сильные и слабые электролиты? Сильные электролиты в растворах почти полностью диссоциированы. К данной группе в большой степени относятся соли, сильные кислоты и щелочи. Слабые электролиты включают слабые основания и кислоты, а также некоторые соли, цианид ртути (II), хлорид ртути (II), иодид кадмия и роданид железа (II).
Степень диссоциации, сильные и слабые электролиты — видео
Урок №9. Слабые и сильные электролиты. Степень диссоциации
Степень электролитической диссоциации
Степень диссоциации электролита определяется опытным путем и выражается в долях единицы или в процентах. Если α = 0, то диссоциация отсутствует, а если α = 1 или 100%, то электролит полностью распадается на ионы. Если же α = 20%, то это означает, что из 100 молекул данного электролита 20 распалось на ионы.
Степень диссоциации зависит от природы электролита и растворителя, от концентрации электролита, температуры.
1. Зависимость степени диссоциации от природы: чем полярнее химическая связь в молекуле электролита и растворителя, тем сильнее выражен процесс диссоциации электролита на ионы и тем выше значение степени диссоциации.
2. Зависимость степени диссоциации от концентрации электролита : с уменьшением концентрации электролита, т.е. при разбавлении его водой, степень диссоциации всегда увеличивается.
3. Зависимость степени диссоциации от температуры : степень диссоциации возрастает при повышении температуры (повышение температуры приводит к увеличению кинетической энергии растворённых частиц, что способствует распаду молекул на ионы).
В зависимости от степени диссоциации различают электролиты сильные и слабые. Электролиты со степенью диссоциации больше 30% обычно называют сильными, со степенью диссоциации от 3 до 30% — средними, менее 3% — слабыми электролитами.
Классификация электролитов в зависимости от степени электролитической диссоциации ( памятка )
Сильные и слабые электролиты, отличия, примеры
электролиты они представляют собой вещества, которые образуют электропроводящий раствор при растворении в полярном растворителе, таком как вода. Растворенный электролит разделяется на катионы и анионы, которые диспергированы в указанном растворе. Если к раствору приложен электрический потенциал, катионы будут прилипать к электроду, который содержит большое количество электронов..
Напротив, анионы в растворе будут связываться с электрически дефектным электродом. Вещество, которое распадается на ионы, приобретает способность проводить электричество. Большинство солей, кислот и растворимых оснований представляют собой электролиты.
Некоторые газы, такие как хлористый водород, могут действовать как электролиты при определенных условиях температуры и давления. Натрий, калий, хлорид, кальций, магний и фосфат являются хорошими примерами электролитов.
Какие сильные и слабые электролиты?
Чтобы лучше дифференцировать эти два типа электролитов, можно сказать, что в растворе сильного электролита основными компонентами (или разновидностями) являются образующиеся ионы, тогда как в растворе слабого электролита основным компонентом является само соединение. ионизировать.
Сильные электролиты делятся на три категории: сильные кислоты, сильные основания и соли; в то время как слабые электролиты делятся на слабые кислоты и слабые основания.
Все ионные соединения являются сильными электролитами, поскольку при растворении в воде они разделяются на ионы..
Даже самые нерастворимые ионные соединения (AgCl, PbSO4, CaCO3) являются сильными электролитами, потому что небольшое количество, которое растворяется в воде, происходит главным образом в форме ионов; то есть в полученном растворе отсутствует диссоциированная форма или количество соединения.
Эквивалентная проводимость электролитов уменьшается при более высоких температурах, но ведет себя по-разному в зависимости от их прочности.
Сильные электролиты имеют более низкое снижение своей проводимости при более высоких концентрациях, в то время как слабые электролиты имеют большую скорость снижения проводимости при более высоких концентрациях.
различия
Важно знать, как распознать формулу и определить ее классификацию (ионная или составная), поскольку это будет зависеть от стандартов безопасности при работе с химическими веществами..
Как указывалось ранее, электролиты могут быть определены как сильные или слабые в зависимости от их ионизационной способности, но иногда это может быть более очевидным, чем кажется.
Большинство кислот, оснований и растворимых солей, которые не представляют кислоты или слабые основания, считаются слабыми электролитами..
Фактически, следует предположить, что все соли являются сильными электролитами. Напротив, слабые кислоты и основания, помимо азотсодержащих соединений, считаются слабыми электролитами..
Методы выявления электролитов
Существуют методы, облегчающие идентификацию электролитов. Далее используется шестиступенчатый метод:
Как указано в предыдущем разделе, проводимость электролита изменяется в зависимости от его концентрации в растворе, но также это значение зависит от силы электролита..
При более высоких концентрациях сильные и промежуточные электролиты не будут уменьшаться в значительных интервалах, но слабые будут сильно уменьшаться до достижения значений, близких к нулю при более высоких концентрациях..
Существуют также промежуточные электролиты, которые могут диссоциировать в растворах с более высоким процентным содержанием (менее 100%, но более 10%), в дополнение к неэлектролитам, которые просто не диссоциируют (соединения углерода, такие как сахара, жиры и спирты)..
