Что такое электролитическая диссоциация
Электролитическая диссоциация — это распад вещества на ионы при растворении в воде или при плавлении. Вещества, которые так распадаются и проводят ток, называют электролитами: это кислоты, щёлочи и растворимые соли. Сахар, спирт и кислород на ионы не распадаются, поэтому это неэлектролиты.
Суть теории в том, что ионы появляются сами, без тока. Молекулы воды полярны: у них есть положительный и отрицательный конец. Они окружают частицы вещества и вытаскивают из кристалла или молекулы ионы. Лучше всего так распадаются вещества с ионной и сильно полярной ковалентной связью (о типах связи есть тема химическая связь).
Ионы в растворе — это не те же атомы, что в простом веществе. Хлорид-ион Cl⁻ бесцветен и безвреден, а хлор Cl₂ ядовитый газ. Поэтому металл железо сам не диссоциирует, а вот его соли FeCl₃, FeSO₄ и Fe₂(SO₄)₃ в растворе дают ионы железа.
Как написать уравнения электролитической диссоциации
В левой части пишут формулу вещества, в правой — ионы с зарядами и коэффициентами. Сумма зарядов справа должна быть равна заряду слева, то есть нулю.
- Кислоты дают катионы водорода H⁺ и анион кислотного остатка: HNO₃ → H⁺ + NO₃⁻; H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄²⁻.
- Щёлочи дают катион металла и гидроксид-ионы: Ba(OH)₂ → Ba²⁺ + 2OH⁻. Нерастворимые основания, например Mg(OH)₂, на ионы практически не распадаются, и уравнение для них не пишут.
- Соли дают катион металла и анион кислотного остатка: CaCl₂ → Ca²⁺ + 2Cl⁻; Fe₂(SO₄)₃ → 2Fe³⁺ + 3SO₄²⁻; Na₃PO₄ → 3Na⁺ + PO₄³⁻.
Индекс при формуле остатка не расписывают: SO₄²⁻ остаётся одним ионом. Индекс у металла или у скобки становится коэффициентом перед ионом.
Многоосновные кислоты распадаются по ступеням, например H₃PO₄ ⇄ H⁺ + H₂PO₄⁻, затем H₂PO₄⁻ ⇄ H⁺ + HPO₄²⁻. Кислые и основные соли тоже дают сложные ионы: KH₂PO₄ → K⁺ + H₂PO₄⁻, Cu(OH)Cl → CuOH⁺ + Cl⁻.
Чтобы посчитать ионы, смотри на коэффициенты. Из 3 моль Al₂(SO₄)₃ получится 6 моль Al³⁺ и 9 моль SO₄²⁻, всего 15 моль ионов. Подробнее о молях — в теме количество вещества.
Степень диссоциации: сильные и слабые электролиты
Степень диссоциации α показывает, какая доля молекул распалась на ионы: α = число распавшихся молекул ÷ общее число молекул. Её выражают долей единицы или в процентах.
Если α уксусной кислоты равна 0,3, то из каждых 100 молекул на ионы распались 30. Для борной кислоты, у которой из 500 молекул распались 40, α = 40 ÷ 500 = 0,08, то есть 8%. По школьной шкале это электролит средней силы.
- Сильные (α близка к 100%): HCl, HNO₃, H₂SO₄, щёлочи, почти все растворимые соли. В уравнении ставят знак →.
- Слабые (α мала): H₂CO₃, H₂S, H₂SiO₃, CH₃COOH, вода. В уравнении ставят знак ⇄.
Степень диссоциации слабого электролита растёт при разбавлении раствора и при нагревании. Силу электролитов учитывают, например, при выборе кислоты для реакций: сильная кислота вытесняет слабую из её соли.
Реакции ионного обмена: разбор задания
Большинство заданий по теме просят написать уравнение в молекулярной и ионной форме. Реакция в растворе идёт до конца, если образуется осадок, газ или слабый электролит, например вода. Если ничего из этого нет, ионы просто остаются в растворе. Общие сведения о типах превращений есть в теме химические реакции, а о растворимости — в теме растворы.
Разберём CuSO₄ + NaOH.
- Записываем молекулярное уравнение и расставляем коэффициенты: CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄. По таблице растворимости Cu(OH)₂ нерастворим, значит, выпадает осадок.
- Расписываем на ионы всё растворимое и сильное: Cu²⁺ + SO₄²⁻ + 2Na⁺ + 2OH⁻ = Cu(OH)₂↓ + 2Na⁺ + SO₄²⁻.
- Сокращаем одинаковые ионы слева и справа. Это 2Na⁺ и SO₄²⁻.
- Получаем краткое ионное уравнение: Cu²⁺ + 2OH⁻ = Cu(OH)₂↓.
Проверка: слева заряд 2+ и 2− даёт 0, справа осадок нейтрален. Баланс зарядов сходится.
Обратная задача, молекулярное уравнение по краткому ионному, решается так же. Для Ca²⁺ + CO₃²⁻ = CaCO₃↓ берёшь любую растворимую соль кальция и растворимый карбонат: CaCl₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃↓ + 2NaCl.
Где ошибаются чаще всего
- Расписывают на ионы всё подряд. Осадки, газы, воду и слабые электролиты оставляют в виде формул. Правильно: Cu(OH)₂↓, CO₂↑, H₂O.
- Делят кислотный остаток. Нельзя писать S⁶⁺ и 4O²⁻ вместо SO₄²⁻. Остаток переходит в ионное уравнение целиком.
- Забывают про неустойчивую H₂CO₃. В реакции Na₂CO₃ + 2HNO₃ угольная кислота сразу распадается, поэтому пишут CO₂↑ + H₂O. Запись с H₂CO₃ в продуктах считается некорректной.
- Считают, что реакция идёт всегда. В NaBr + KOH все четыре вещества растворимы и сильные, осадка, газа и воды нет. После расписывания на ионы всё сократится, и реакция не идёт.
- Теряют коэффициенты. Если в молекулярном уравнении 2NaOH, то в ионном 2Na⁺ и 2OH⁻.
Какие задания по теме присылают ученики
Чаще всего это уравнения диссоциации кислот, оснований и солей, ионные уравнения реакций обмена, краткие ионные уравнения и расчёты степени диссоциации. Встречаются задачи на количество ионов и вопросы на понимание: чем сильный электролит отличается от слабого и как увеличить α.
Найди похожее задание в списке выше: у каждого есть полный ход решения. Если своего нет, сфотографируй условие и получи решение с пояснениями по шагам.