Какие вещества — слабые электролиты?

Сероводородная кислота H₂S

Уксусная кислота CH₃COOH

Гидрат аммиака NH₃·H₂O

Азотная кислота HNO₃

Гидроксид натрия NaOH

Что служит причиной электролитической диссоциации?

Взаимодействие электролита с молекулами воды (гидратация)

Электрический ток, пропущенный через раствор

Нагревание раствора

Перемешивание раствора

Как меняется степень диссоциации слабого электролита, если раствор разбавить водой?

Становится равной нулю

Электролитическая диссоциация — 9 класс, химия: объяснение и примеры

Что нужно знать до

Если что-то из этого забылось, начни оттуда — так будет понятнее.

Классификация неорганических соединений

Коротко о главном

Электролиты — вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток: это кислоты, основания и соли. В воде они распадаются на ионы — это и есть электролитическая диссоциация. Доля распавшихся частиц — степень диссоциации:

\alpha = \frac{n_{\text{д}}}{n_{\text{р}}}

Подробное объяснение

Почему нельзя трогать мокрыми руками розетку, а сухой рукой — можно? Чистая вода почти не проводит ток. Но на коже есть соль от пота, а в водопроводной воде — растворённые соли. Их растворы проводят ток хорошо. Так химики и делят вещества на две группы.

Электролиты и неэлектролиты

Возьмём прибор: два электрода, провода и лампочку. Электроды опускаем в раствор. Если лампочка загорелась — раствор проводит ток.

Электролиты — вещества, растворы и расплавы которых проводят ток. Это соли, основания и кислоты: $\mathrm{NaCl}$ , $\mathrm{KOH}$ , $\mathrm{HCl}$ .
Неэлектролиты — вещества, растворы и расплавы которых ток не проводят. Это сахар, глюкоза, спирт и многие другие органические вещества.

Ток в растворе — это движение заряженных частиц, ионов. Значит, в растворе электролита ионы есть, а в растворе сахара — нет. Шведский химик Сванте Аррениус объяснил: при растворении электролит распадается на ионы. Этот распад называют электролитической диссоциацией. Русские химики И. А. Каблуков и В. А. Кистяковский добавили важное: распад вызывает вода, а ионы в растворе окружены оболочкой из молекул воды — они гидратированы.

Как вода разбирает кристалл

Молекула воды — диполь: у атома кислорода частичный минус, у атомов водорода — частичный плюс. Опустим в воду кристалл соли из ионов $\mathrm{Na^+}$ и $\mathrm{Cl^-}$ .

Молекулы воды поворачиваются к ионам: к $\mathrm{Na^+}$ — «минусом», к $\mathrm{Cl^-}$ — «плюсами».
Вода притягивает ионы поверхности кристалла (гидратация), связь между ионами ослабевает.
Ионы уходят в раствор вместе со своей «шубой» из молекул воды.

\mathrm{NaCl \rightarrow Na^+ + Cl^-}

Так же распадаются вещества с ковалентной полярной связью, например хлороводород: вода растягивает полярную связь, и она становится ионной: $\mathrm{HCl \rightarrow H^+ + Cl^-}$ .

Сухой кристалл соли ток не проводит: ионы в нём есть, но они закреплены в решётке и двигаться не могут.

Степень диссоциации

Не все электролиты распадаются одинаково. Степень диссоциации $\alpha$ — отношение количества распавшегося вещества $n_{\text{д}}$ к количеству растворённого $n_{\text{р}}$ . Её выражают в долях или процентах: $\alpha = 0$ — распада нет, $\alpha = 1$ (100 %) — распалось всё.

Три стакана с электродами и лампочкой. В растворе сильного электролита почти одни ионы, лампа горит ярко; у слабого — в основном молекулы и немного ионов, лампа тусклая; у неэлектролита ионов нет, лампа не горит. — Чем больше ионов в растворе, тем лучше он проводит ток.

Сильные электролиты распадаются практически полностью ( $\alpha \approx 1$ ), необратимо. Это все растворимые соли, щёлочи, кислоты $\mathrm{HCl}$ , $\mathrm{HNO_3}$ , $\mathrm{H_2SO_4}$ . В уравнении — одинарная стрелка (или знак равенства).
Слабые электролиты распадаются лишь частично ( $\alpha$ близка к 0), обратимо: одни молекулы распадаются на ионы, а ионы тут же соединяются обратно (это ассоциация). Это $\mathrm{H_2S}$ , $\mathrm{HNO_2}$ , $\mathrm{H_2CO_3}$ , $\mathrm{HF}$ , $\mathrm{H_2SO_3}$ , уксусная кислота, гидрат аммиака. В уравнении — знак обратимости: $\mathrm{HNO_2 \rightleftarrows H^+ + NO_2^-}$ .

Степень диссоциации зависит от природы электролита и от концентрации: при разбавлении раствора она растёт.

Как решать задачи

Определите, сильный это электролит или слабый, — от этого зависит знак в уравнении.
Запишите ионы: заряд катиона металла равен его валентности, заряд кислотного остатка — числу атомов водорода в кислоте.
Индексы при металле и кислотном остатке превратите в коэффициенты перед ионами.
Проверьте: сумма зарядов справа равна нулю.
В расчётах найдите количество вещества электролита ( $$n = m/M$$ ) и умножьте на коэффициент иона в уравнении.

Разобранные примеры

База

Уравнение диссоциации нитрата кальция

Условие

Запишите уравнение диссоциации нитрата кальция $\mathrm{Ca(NO_3)_2}$ .

Решение

Нитрат кальция — растворимая соль, сильный электролит, ставим одинарную стрелку. Кальций двухвалентен — ион $\mathrm{Ca^{2+}}$ . Азотная кислота $\mathrm{HNO_3}$ содержит один атом водорода — ион $\mathrm{NO_3^-}$ . Индекс 2 за скобкой становится коэффициентом:

\mathrm{Ca(NO_3)_2 \rightarrow Ca^{2+} + 2NO_3^-}

Проверка: $+2 + 2 \cdot (-1) = 0$ .

Ответ: Ca(NO₃)₂ → Ca²⁺ + 2NO₃⁻

Средний

Степень диссоциации уксусной кислоты

Условие

В растворе 0,2 моль уксусной кислоты, из них на ионы распалось 0,003 моль. Найдите степень диссоциации и запишите уравнение диссоциации.

Дано

$n_{\text{р}} = 0{,}2$ моль
$n_{\text{д}} = 0{,}003$ моль

Найти

$\alpha$

Решение

$\alpha = \dfrac{0{,}003}{0{,}2} = 0{,}015$ , то есть 1,5 %. Распалась малая доля молекул — кислота слабая, ставим знак обратимости:

\mathrm{CH_3COOH \rightleftarrows H^+ + CH_3COO^-}

Ответ: α = 0,015 (1,5 %); CH₃COOH ⇄ H⁺ + CH₃COO⁻

Сложный

Сколько ионов в растворе соли

Условие

Сколько моль ионов калия и фосфат-ионов содержится в 106 г 10%-ного раствора фосфата калия $\mathrm{K_3PO_4}$ ?

Дано

$m(\text{р-ра}) = 106$ г
$w = 10\,\% = 0{,}1$

Найти

$n(\mathrm{K^+})$
$n(\mathrm{PO_4^{3-}})$

Решение

Масса соли: $m = 106 \cdot 0{,}1 = 10{,}6$ г. Молярная масса: $M(\mathrm{K_3PO_4}) = 3 \cdot 39 + 31 + 4 \cdot 16 = 212$ г/моль.

$n(\mathrm{K_3PO_4}) = \dfrac{10{,}6}{212} = 0{,}05$ моль.

\mathrm{K_3PO_4 \rightarrow 3K^+ + PO_4^{3-}}

$n(\mathrm{K^+}) = 3 \cdot 0{,}05 = 0{,}15$ моль, $n(\mathrm{PO_4^{3-}}) = 0{,}05$ моль.

Ответ: 0,15 моль K⁺ и 0,05 моль PO₄³⁻

Типичные ошибки

Индекс превращают в заряд или переносят на ион

Почему неверно

Запись $\mathrm{K_2SO_4 \rightarrow K_2^+ + SO_4^{2-}}$ ошибочна: в растворе нет частицы «два калия вместе». Каждый атом калия становится отдельным ионом $\mathrm{K^+}$ .

Как правильно

Индекс при металле — это число ионов, он становится коэффициентом: $\mathrm{K_2SO_4 \rightarrow 2K^+ + SO_4^{2-}}$ . А вот индекс 4 внутри $\mathrm{SO_4}$ остаётся: сульфат-ион не распадается. Проверяйте, что сумма зарядов ионов равна нулю.

Ставят одинарную стрелку для слабой кислоты

Почему неверно

$\mathrm{H_2S}$ , $\mathrm{HNO_2}$ , уксусная кислота распадаются лишь частично, и одновременно идёт обратный процесс — ассоциация. Одинарная стрелка означала бы полный распад.

Как правильно

Для слабых электролитов — знак обратимости: $\mathrm{HNO_2 \rightleftarrows H^+ + NO_2^-}$ . Одинарную стрелку (или «=») ставят только для сильных: растворимых солей, щелочей, $\mathrm{HCl}$ , $\mathrm{HNO_3}$ , $\mathrm{H_2SO_4}$ .

Думают, что ионы появляются от тока

Почему неверно

Ученики пишут: «при пропускании тока соль распадается на ионы». Но ионы образуются уже при растворении — их «вытягивают» молекулы воды. Ток лишь заставляет готовые ионы двигаться к электродам.

Как правильно

Причина диссоциации — гидратация, взаимодействие электролита с водой. Поэтому сухая соль ток не проводит, а её раствор проводит.

Проверь себя

Ответь на вопросы — после каждого ответа появится пояснение.

Проверь себя по всему разделу

Задачи для тренировки

От простых к сложным. Подсказку, решение и ответ открывай, только когда попробовал сам.

База Задача 1

Запишите уравнение электролитической диссоциации хлорида магния $\mathrm{MgCl_2}$ .

Подсказка

Хлорид магния — растворимая соль, значит, сильный электролит. Число ионов хлора равно индексу при Cl.

Решение

Растворимая соль диссоциирует полностью, поэтому ставим одинарную стрелку:

\mathrm{MgCl_2 \rightarrow Mg^{2+} + 2Cl^-}

Проверка зарядов: слева 0, справа $+2 + 2 \cdot (-1) = 0$ .

Ответ

MgCl₂ → Mg²⁺ + 2Cl⁻

База Задача 2

Какие из веществ относятся к электролитам: глюкоза, гидроксид калия, этиловый спирт, азотная кислота, нитрат натрия?

Подсказка

Электролиты — кислоты, основания и соли. Большинство органических веществ — неэлектролиты.

Решение

Гидроксид калия $\mathrm{KOH}$ — щёлочь, азотная кислота $\mathrm{HNO_3}$ — кислота, нитрат натрия $\mathrm{NaNO_3}$ — соль; в растворе они распадаются на ионы. Глюкоза и спирт — органические вещества молекулярного строения, в воде на ионы не распадаются, это неэлектролиты.

Ответ

Гидроксид калия, азотная кислота, нитрат натрия

Средний Задача 3

В растворе находится 500 молекул фтороводородной кислоты, из них на ионы распались 40. Найдите степень диссоциации в процентах. Сильный это электролит или слабый?

Подсказка

Степень диссоциации — доля распавшихся частиц от всех растворённых.

Решение

$\alpha = \dfrac{n_{\text{д}}}{n_{\text{р}}} = \dfrac{40}{500} = 0{,}08$ , то есть 8 %.

Распалась лишь малая часть молекул, большинство осталось целыми, поэтому $\mathrm{HF}$ — слабый электролит.

Ответ

8 %, слабый электролит

Средний Задача 4

Чему равна сумма коэффициентов перед формулами ионов в уравнении диссоциации сульфата железа(III) $\mathrm{Fe_2(SO_4)_3}$ ?

Подсказка

Индекс 2 при железе и индекс 3 за скобкой становятся коэффициентами перед ионами.

Решение

\mathrm{Fe_2(SO_4)_3 \rightarrow 2Fe^{3+} + 3SO_4^{2-}}

Проверка зарядов: $2 \cdot (+3) + 3 \cdot (-2) = 0$ . Сумма коэффициентов перед ионами: $$2 + 3 = 5$$ .

Ответ

5

Сложный Задача 5

Сколько моль ионов натрия и сульфат-ионов содержится в 71 г 20%-ного раствора сульфата натрия? Сколько всего моль ионов?

Подсказка

Сначала найдите массу соли, затем её количество вещества. Одна формульная единица $\mathrm{Na_2SO_4}$ даёт два иона натрия и один сульфат-ион.

Решение

Дано

$m(\text{р-ра}) = 71$ г
$w = 20\,\% = 0{,}2$

Найти

$n(\mathrm{Na^+})$
$n(\mathrm{SO_4^{2-}})$

$m(\mathrm{Na_2SO_4}) = 71 \cdot 0{,}2 = 14{,}2$ г; $M(\mathrm{Na_2SO_4}) = 2 \cdot 23 + 32 + 4 \cdot 16 = 142$ г/моль.

$n(\mathrm{Na_2SO_4}) = \dfrac{14{,}2}{142} = 0{,}1$ моль.

\mathrm{Na_2SO_4 \rightarrow 2Na^+ + SO_4^{2-}}

$n(\mathrm{Na^+}) = 2 \cdot 0{,}1 = 0{,}2$ моль, $n(\mathrm{SO_4^{2-}}) = 0{,}1$ моль, всего $$0{,}3$$ моль ионов.

Ответ

0,2 моль Na⁺, 0,1 моль SO₄²⁻, всего 0,3 моль ионов

Сложный Задача 6

В растворе 0,5 моль азотистой кислоты $\mathrm{HNO_2}$ , степень её диссоциации 2 %. Сколько моль ионов водорода в растворе и сколько моль молекул кислоты осталось нераспавшимися?

Подсказка

Количество распавшейся кислоты равно $\alpha \cdot n_{\text{р}}$ ; каждая распавшаяся молекула даёт один ион $\mathrm{H^+}$ .

Решение

Дано

$n_{\text{р}} = 0{,}5$ моль
$\alpha = 2\,\% = 0{,}02$

Найти

$n(\mathrm{H^+})$
$n(\mathrm{HNO_2})$ в молекулах

\mathrm{HNO_2 \rightleftarrows H^+ + NO_2^-}

$n_{\text{д}} = \alpha \cdot n_{\text{р}} = 0{,}02 \cdot 0{,}5 = 0{,}01$ моль, значит, $n(\mathrm{H^+}) = 0{,}01$ моль.

Осталось молекул: $$0{,}5 - 0{,}01 = 0{,}49$$ моль.

Ответ

0,01 моль H⁺; 0,49 моль молекул HNO₂

Для родителя

Как объяснить за 5 минут. Возьмите две ложки: на одной сахар, на другой соль. Спросите, чем похожи и чем различаются их растворы. Расскажите: соль в воде рассыпается на заряженные частицы — ионы, а сахар остаётся целыми молекулами. Ионы, как курьеры, переносят заряд, поэтому солёная вода проводит ток (отсюда правило не трогать электроприборы мокрыми руками). Сравнение для степени диссоциации: из класса в 30 человек на перемену вышли все — это сильный электролит, вышли двое — слабый.

Вопросы для проверки понимания: 1) Почему кристалл соли ток не проводит, а её раствор проводит? 2) Чем отличается уравнение диссоциации азотной кислоты от уравнения для азотистой? 3) Сколько ионов образует одна формульная единица $\mathrm{Al_2(SO_4)_3}$ ?

На что обратить внимание. Пусть ребёнок всегда проверяет сумму зарядов ионов — она должна быть равна нулю. И пусть помнит короткий список сильных кислот ( $\mathrm{HCl}$ , $\mathrm{HNO_3}$ , $\mathrm{H_2SO_4}$ ): многие другие кислоты школьного курса ( $\mathrm{H_2S}$ , $\mathrm{H_2CO_3}$ , $\mathrm{HNO_2}$ , уксусная) слабые.

Где в учебниках

Учебник	Параграф	Упражнения
Химия. 9 класс (Габриелян, Остроумов, Сладков)	§ 4	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12