Теңдеулер диссоциации электролитов
Уравнение электролитической диссоциации показывает, на какие ионы распадается электролит в водном растворе или расплаве. Чтобы записать его правильно, нужно определить состав вещества, заряды ионов и расставить коэффициенты так, чтобы сохранялись число атомов и общий электрический заряд.
Основные понятия и общий алгоритм
Электролиты — вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток благодаря движению ионов. В воде частицы электролита взаимодействуют с полярными молекулами воды и образуют гидратированные ионы. Подробное объяснение этого процесса дано в теме теории электролитической диссоциации.
Электролитическая диссоциация — распад электролита на положительно заряженные катионы и отрицательно заряженные анионы при растворении в воде или плавлении.
В уравнении диссоциации должны сохраняться число атомов каждого элемента и суммарный электрический заряд. Слева записывают одну формульную единицу вещества, справа — ионы, на которые она распадается.
- Определите сынып вещества: кислота, основание или соль.
- Разделите формулу на ионные части.
- Запишите заряды ионов.
- Поставьте коэффициенты по индексам в исходной формуле.
- Проверьте число атомов и общий заряд обеих частей.
Коэффициент показывает количество одинаковых ионов, а нижний индекс относится к составу одной частицы. Например, в записи \(\mathrm{2Na^+}\) число 2 — коэффициент, а в \(\mathrm{SO_4^{2-}}\) индекс 4 показывает состав сульфат-иона.
Диссоциация кислот
Кислоты — электролиты, которые при диссоциации образуют катионы водорода \(\mathrm{H^+}\) и анионы кислотных остатков. В школьной записи сначала указывают катионы водорода, затем кислотный остаток.
У многоосновных кислот возможна ступенчатая диссоциация. На первой ступени отщепляется один катион водорода, а образовавшийся кислый анион может диссоциировать дальше. Для полной диссоциации ортофосфорной кислоты суммарное уравнение содержит три катиона \(\mathrm{H^+}\).
Нельзя записывать \(\mathrm{H_2SO_4 -> H_2^+ + SO_4^{2-}}\): иона \(\mathrm{H_2^+}\) в этом уравнении нет. Каждый атом водорода образует отдельный катион \(\mathrm{H^+}\).
Диссоциация оснований
Основания — электролиты, состоящие из катиона металла и одной или нескольких гидроксид-групп. При диссоциации они образуют катионы металла и гидроксид-ионы \(\mathrm{OH^-}\).
Скобки в формуле особенно важны. В \(\mathrm{Ca(OH)_2}\) две одинаковые гидроксид-группы, поэтому справа ставят коэффициент 2 перед \(\mathrm{OH^-}\). Запись \(\mathrm{Ca^{2+}+O^{2-}+2H^+}\) не является уравнением диссоциации основания: группа \(\mathrm{OH}\) сохраняется как гидроксид-ион.
Как правильно записать диссоциацию \(\mathrm{Ba(OH)_2}\)?
Диссоциация солей
Соли при диссоциации распадаются на катионы металлов или аммония \(\mathrm{NH_4^+}\) и анионы кислотных остатков. Число ионов определяется индексами в формуле соли.
В средних солях кислотный остаток не изменяется: \(\mathrm{Na_2CO_3}\) даёт \(\mathrm{CO_3^{2-}}\), а \(\mathrm{Ca_3(PO_4)_2}\) — \(\mathrm{PO_4^{3-}}\). Правила для кислых солей и основных солей рассматриваются отдельно, потому что в их составе после диссоциации сохраняются соответственно атомы водорода или гидроксогруппы.
Суммарный заряд ионов справа должен быть равен нулю для нейтрального электролита. Например, в \(\mathrm{Al_2(SO_4)_3}\) заряд катионов равен \(2\cdot(+3)=+6\), а заряд анионов — \(3\cdot(-2)=-6\).
Разобранный пример: соль с многоатомным ионом
Запишем уравнение диссоциации сульфата железа(III) \(\mathrm{Fe_2(SO_4)_3}\) и проверим его по атомам и зарядам.
Правильное уравнение: \(\mathrm{Fe_2(SO_4)_3 \rightarrow 2Fe^{3+}+3SO_4^{2-}}\). Если соль растворима, в школьной записи обычно используют стрелку вправо; вопрос о растворимости рассматривается на странице растворимых и нерастворимых электролитов.
Значение уравнений в качественном анализе
Качественный анализ основан на обнаружении определённых ионов. Поэтому в реакции с реагентом участвуют не формулы солей целиком, а ионы, образовавшиеся при диссоциации. Например, наличие хлорид-иона можно подтвердить реакцией с ионами серебра, в результате которой образуется осадок хлорида серебра.
Перед составлением сокращённого ионного уравнения сначала записывают диссоциацию растворимых веществ, затем убирают ионы, которые не изменились. Для последовательного поиска ионов полезен алгоритм качественного анализа смеси. Цвет образовавшегося осадка может помочь распознать ион; Мысалдар собраны на странице определения иона по цвету осадка.
Нельзя раскладывать на ионы осадок, газ, воду и слабый электролит в сокращённом ионном уравнении. Например, \(\mathrm{AgCl}\) записывают как молекулу, а не как \(\mathrm{Ag^+ + Cl^-}\).
Типичные ошибки и памятка
- Забывают коэффициент перед ионом, если в формуле есть индекс или скобки.
- Қате определяют заряд многоатомного иона: например, сульфат — \(\mathrm{SO_4^{2-}}\), нитрат — \(\mathrm{NO_3^-}\).
- Разрушают сложный ион на отдельные атомы или простые ионы без химического основания.
- Не проверяют суммарный заряд правой части.
- Путают коэффициенты и индексы: коэффициент умножает всю формулу иона, индекс является частью его состава.
Кислота → \(\mathrm{H^+}\) и кислотный остаток; основание → катион металла и \(\mathrm{OH^-}\); соль → катион металла или \(\mathrm{NH_4^+}\) и кислотный остаток.
Проверь себя
Главное
- Диссоциация показывает распад электролита на катионы и анионы.
- Для кислоты характерен катион \(\mathrm{H^+}\), для основания — гидроксид-ион \(\mathrm{OH^-}\), для соли — катион металла или аммония и кислотный остаток.
- Индексы исходной формулы превращаются в коэффициенты перед соответствующими ионами.
- В каждом уравнении нужно проверить атомы и суммарный заряд.
- Уравнения диссоциации необходимы для составления сокращённых ионных уравнений и качественного анализа.