Решебник по химии 9 класс Габриелян §4

Электролитическая диссоциация

Стр. 26

Вопрос

1. В двух химических стаканах без этикеток находятся по 10 г сахарного песка и поваренной соли. Как распознать эти вещества?

Для распознавания сахарного песка и поваренной соли можно воспользоваться их различием в электропроводности растворов. Нужно растворить каждое вещество в воде и проверить, какой раствор проводит электрический ток. Раствор поваренной соли (NaCl) является электролитом и проводит ток, потому что соль в воде диссоциирует на ионы:

(NaCl → Na⁺ + Cl⁻).

Сахар — это неэлектролит, его раствор не проводит электрический ток, потому что молекулы сахара не распадаются на ионы в воде.

Также можно воспользоваться вкусом, если это безопасно: сахар сладкий, соль — солёная. Однако в лабораторных условиях безопаснее использовать проверку электропроводности.

2. В чём причина электропроводности растворов электролитов?

Электропроводность растворов электролитов объясняется тем, что при растворении в воде электролиты распадаются на положительно и отрицательно заряженные ионы — этот процесс называется электролитической диссоциацией. Получившиеся ионы свободно перемещаются в растворе и проводят электрический ток.

Например, при растворении поваренной соли (NaCl) в воде происходит диссоциация:

(NaCl → Na⁺ + Cl⁻)

Таким образом, причина электропроводности — наличие в растворе подвижных ионов, способных переносить электрический заряд. Вещества, не распадающиеся на ионы (например, сахар), не проводят ток, потому что в их растворах отсутствуют носители заряда.

Стр. 29

Лабораторный опыт 13

В углубление планшетки для эксперимента с малыми количествами веществ капните с помощью пипетки 1–2 капли раствора уксусной кислоты. Соблюдая правила техники безопасности, понюхайте кислоту. Что отмечаете? Изменяется ли интенсивность запаха при добавлении к кислоте 7–10 капель воды?

При добавлении 1–2 капель уксусной кислоты ощущается резкий, характерный запах — это связано с тем, что уксусная кислота является летучим веществом. После добавления к ней 7–10 капель воды интенсивность запаха значительно снижается. Это объясняется тем, что при разбавлении слабый электролит (уксусная кислота) практически не распадается на ионы, и её молекулы остаются в растворе. Запах уменьшается, потому что концентрация молекул кислоты в растворе снижается, и они испаряются в меньшем количестве. Этот опыт показывает, что слабые электролиты при разбавлении менее диссоциируют и сохраняют молекулярную структуру.

Стр. 29

Проверьте свои знания

1. Какие вещества называют электролитами?

Электролитами называют вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток. Это происходит потому, что при растворении или плавлении такие вещества распадаются (диссоциируют) на ионы, которые свободно перемещаются и участвуют в переносе электрического заряда. К электролитам относятся соли, кислоты и основания.

2. Что называют электролитической диссоциацией?

Электролитической диссоциацией называют процесс распада вещества на ионы при растворении в воде или при плавлении. В водном растворе ионы окружены молекулами воды, то есть становятся гидратированными. Например, при растворении хлорида натрия (поваренной соли) происходит следующее:

(NaCl → Na⁺ + Cl⁻).

3. Что называют степенью электролитической диссоциации? На какие группы делят вещества по степени электролитической диссоциации?

Степенью электролитической диссоциации называют отношение числа молекул вещества, распавшихся на ионы, к общему числу растворённых молекул. Обозначается греческой буквой α и выражается в процентах или долях.

По степени диссоциации вещества делят на:

• Сильные электролиты (α ≈ 1): полностью распадаются на ионы (например, HCl, HNO₃, NaOH, K₂SO₄).

• Слабые электролиты (α < 1): диссоциируют лишь частично (например, CH₃COOH, H₂CO₃, NH₄OH).

4. От каких факторов зависит степень электролитической диссоциации?

Степень электролитической диссоциации зависит от:

• Природы вещества (например, сильные кислоты диссоциируют полностью, слабые — частично);

• Концентрации раствора (при разбавлении степень диссоциации увеличивается);

• Температуры (обычно с повышением температуры диссоциация усиливается);

• Природы растворителя (в воде электролиты диссоциируют лучше, чем в других растворителях).

Стр. 29

Примените свои знания

5. Почему кристаллический хлорид натрия не проводит электрический ток, а его раствор электропроводен? Объясните механизм диссоциации этой соли.

Кристаллический хлорид натрия (NaCl) состоит из ионов Na⁺ и Cl⁻, прочно удерживаемых в узлах ионной кристаллической решётки. В твёрдом состоянии ионы не могут свободно перемещаться, а значит, вещество не проводит электрический ток.

При растворении NaCl в воде происходит электролитическая диссоциация: молекулы воды разрушают кристаллическую решётку соли, и ионы Na⁺ и Cl⁻ переходят в раствор в гидратированном (окружённом молекулами воды) виде. Эти свободные ионы способны перемещаться под действием электрического поля, обеспечивая электропроводность раствора.

Уравнение диссоциации: (NaCl → Na⁺ + Cl⁻)

6. Можно ли говорить о процессе ассоциации в растворах электролитов с ионной связью? А с ковалентной?

Да, процесс ассоциации — это обратное диссоциации явление, при котором ионы объединяются, образуя нейтральные частицы. В растворах электролитов с ионной связью (например, соли) ассоциация выражена слабо, особенно у сильных электролитов, которые почти полностью диссоциируют.

А вот в растворах веществ с ковалентной полярной связью (например, уксусной кислоты) ассоциация играет заметную роль: часть молекул распадается на ионы, а часть остаётся в виде молекул, и может происходить частичное объединение ионов обратно в молекулы.

Таким образом, о процессе ассоциации можно говорить как для электролитов с ковалентной, так и с ионной связью, но он особенно важен для слабых электролитов.

7. Напишите уравнения электролитической диссоциации следующих веществ: хлорида железа(III), сероводородной кислоты, сульфата железа(II), фосфата натрия, гидроксида бария, азотистой кислоты, азотной кислоты. Почему в одних уравнениях вы записываете знак равенства, а в других — знак обратимости?

Электролитическая диссоциация:

Хлорид железа(III):

(FeCl₃ → Fe³⁺ + 3Cl⁻) — сильный электролит

Сероводородная кислота (H₂S):

(H₂S ⇄ 2H⁺ + S²⁻) — слабый электролит

Сульфат железа(II):

(FeSO₄ → Fe²⁺ + SO₄²⁻) — сильный электролит

Фосфат натрия (Na₃PO₄):

(Na₃PO₄ → 3Na⁺ + PO₄³⁻) — сильный электролит

Гидроксид бария (Ba(OH)₂):

(Ba(OH)₂ → Ba²⁺ + 2OH⁻) — сильный электролит

Азотистая кислота (HNO₂):

(HNO₂ ⇄ H⁺ + NO₂⁻) — слабый электролит

Азотная кислота (HNO₃):

(HNO₃ → H⁺ + NO₃⁻) — сильный электролит

Пояснение:

Знак равенства ставится в уравнениях для сильных электролитов, которые полностью диссоциируют на ионы.

Знак обратимости (⇄) — для слабых электролитов, диссоциирующих частично, с равновесием между молекулами и ионами в растворе.

8. Чему равна сумма коэффициентов перед формулами ионов в уравнениях электролитической диссоциации: а) нитрата железа(III); б) хлорида аммония; в) нитрата калия; г) сульфата аммония?

а) Нитрат железа(III) — Fe(NO₃)₃

(Fe(NO₃)₃ → Fe³⁺ + 3NO₃⁻)

Сумма коэффициентов: 1 + 3 = 4

б) Хлорид аммония — NH₄Cl

(NH₄Cl → NH₄⁺ + Cl⁻)

Сумма коэффициентов: 1 + 1 = 2

в) Нитрат калия — KNO₃

(KNO₃ → K⁺ + NO₃⁻)

Сумма коэффициентов: 1 + 1 = 2

г) Сульфат аммония — (NH₄)₂SO₄

((NH₄)₂SO₄ → 2NH₄⁺ + SO₄²⁻)

Сумма коэффициентов: 2 + 1 = 3

9. В растворах каких соединений загорится лампочка при испытании их на электропроводность: а) сероводород; б) азотистая кислота; в) гидроксид бария; г) гидрат аммиака; д) серная кислота; е) сульфат магния? Где лампочка будет гореть ярко, а где — тускло? Как можно увеличить интенсивность её свечения?

Лампочка загорится в тех растворах, где есть подвижные ионы, то есть в электролитах. При этом:

• а) Сероводород (H₂S) — слабый электролит, лампочка горит тускло

• б) Азотистая кислота (HNO₂) — слабый электролит, лампочка горит тускло

• в) Гидроксид бария (Ba(OH)₂) — сильный электролит, лампочка горит ярко

• г) Гидрат аммиака (NH₄OH) — слабый электролит, лампочка горит тускло

• д) Серная кислота (H₂SO₄) — сильный электролит, лампочка горит ярко

• е) Сульфат магния (MgSO₄) — сильный электролит, лампочка горит ярко

Интенсивность свечения зависит от концентрации ионов.

Увеличить её можно:

— повышением концентрации раствора,

— нагреванием (если растворимость увеличивается),

— добавлением большего количества электролита.

10. Найдите количество вещества каждого из ионов, содержащихся в 342 г 5%-ного раствора сульфата аммония.

Масса раствора = 342 г

Массовая доля сульфата аммония = 5% = 0,05

→ Масса (NH₄)₂SO₄ = 342 г × 0,05 = 17,1 г

Молярная масса (NH₄)₂SO₄ = 132 г/моль

→ n = m / M = 17,1 г / 132 г/моль ≈ 0,13 моль

При диссоциации:

((NH₄)₂SO₄ → 2NH₄⁺ + SO₄²⁻)

→ 1 моль соли даёт: 2 моль ионов NH₄⁺ и 1 моль ионов SO₄²⁻

Поэтому:

n(NH₄⁺) = 2 × 0,13 моль = 0,26 моль

n(SO₄²⁻) = 0,13 моль

Ответ:

Количество вещества ионов в растворе:

0,26 моль NH₄⁺ и 0,13 моль SO₄²⁻.

Стр. 29

Используйте дополнительную информацию

11. Подготовьте сообщение о жизни и творчестве С. Аррениуса.

Сообщение

Сванте Аррениус: жизнь, научная деятельность и вклад в химию

Сванте Август Аррениус родился 19 февраля 1859 года в Швеции, в небольшом городке Вика. С детства он проявлял исключительные способности к наукам, особенно к математике и физике. В возрасте семнадцати лет он поступил в университет Уппсалы, где начал изучать естественные науки, а затем продолжил обучение и исследования в Стокгольмском университете. Именно там он начал разрабатывать свою знаменитую теорию, которая позже принесла ему всемирную известность.

Наибольшую славу Аррениусу принесло открытие, сделанное в 1884 году: он предположил, что при растворении кислот, солей и щелочей в воде они распадаются на положительно и отрицательно заряженные частицы — ионы. Это объясняло электропроводность растворов, что ранее не имело научного объяснения. Учёный назвал это явление электролитической диссоциацией. Вначале эту гипотезу приняли крайне прохладно, его докторскую диссертацию оценили весьма низко. Однако позже его теория была признана одним из важнейших достижений химии XIX века и легла в основу учения об электролитах. Аррениус ввёл также понятие степени электролитической диссоциации и разделил электролиты на сильные и слабые в зависимости от того, насколько полно они распадаются на ионы.

Другим важным вкладом Аррениуса стало уравнение, связывающее скорость химической реакции с температурой и энергией активации. Это уравнение позволило учёным точнее предсказывать, как будут протекать реакции в разных условиях, и стало основой теории активации в химической кинетике. Оно до сих пор используется в химии, физике и других науках.

Сванте Аррениус был также одним из первых, кто задумался о глобальном влиянии углекислого газа в атмосфере. Он рассчитал, что повышение концентрации CO₂ может привести к потеплению климата на планете. Эти идеи были изложены в научной статье 1896 года, и сегодня его расчёты считаются первым научным предсказанием глобального потепления. Однако сам учёный считал это явление скорее положительным, особенно для северных стран с холодным климатом.

В 1903 году Аррениус стал первым шведом, получившим Нобелевскую премию по химии за заслуги в области теории электролитов. Впоследствии он активно участвовал в работе Нобелевского комитета, был одним из организаторов Нобелевского института и способствовал развитию науки в Швеции. Он также стал одним из самых авторитетных представителей науки своего времени и принимал участие в присуждении Нобелевских премий другим учёным.

Кроме научной деятельности, Сванте Аррениус много писал и для широкой публики. Он стремился сделать науку понятной и доступной. Среди его книг — «Мир в создании» и «Предназначение человека», в которых он размышлял о происхождении Вселенной, роли человека и будущем науки.

Скончался Аррениус 2 октября 1927 года в Стокгольме. Его научное наследие огромно: его открытия заложили основы современной физической химии, химической кинетики и экологии. В его честь назван кратер на Луне, астероид и множество научных терминов. Его имя прочно связано с представлением о науке как о стремлении к познанию мира, основанном на разуме, наблюдении и логике. Благодаря Сванте Аррениусу наука сделала важный шаг вперёд, и его вклад до сих пор ощущается в учебниках, лабораториях и научных исследованиях по всему миру.

12. Подготовьте презентацию по теме «Вклад русских химиков в теорию электролитической диссоциации».