Номер 3, страница 76 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Вопросы и задания. Параграф 9. Растворы электролитов. Глава З. Смеси и растворы веществ - номер 3, страница 76.

Условие.

3. На конкретных примерах охарактеризуйте процесс диссоциации электролитов как равновесный.

Решение.

Решение 2.

Решение:

Электролитическая диссоциация — это процесс распада молекул электролита на ионы при его растворении в полярном растворителе (чаще всего в воде) или при плавлении. Этот процесс является обратимым, так как параллельно с распадом молекул на ионы (прямая реакция) протекает и обратный процесс объединения ионов в молекулы (ассоциация или рекомбинация). Когда скорость прямой реакции (диссоциации) становится равной скорости обратной реакции (ассоциации), в системе устанавливается динамическое химическое равновесие. Состояние этого равновесия и характеризует процесс диссоциации.

Положение этого равновесия определяет силу электролита. Если равновесие сильно смещено в сторону продуктов (ионов), электролит называют сильным. Если же в равновесной смеси преобладают недиссоциированные молекулы, электролит является слабым. Охарактеризуем это на конкретных примерах.

Пример 1: Диссоциация слабого электролита — уксусной кислоты ($CH_3COOH$)

Уксусная кислота является слабой кислотой и, следовательно, слабым электролитом. При ее растворении в воде лишь небольшая часть молекул распадается на ионы. В растворе устанавливается равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами:

$$CH_3COOH \rightleftharpoons H^+ + CH_3COO^-$$

Знак обратимости ($\rightleftharpoons$) показывает, что в растворе одновременно существуют все три компонента: молекулы $CH_3COOH$, катионы водорода $H^+$ и ацетат-анионы $CH_3COO^-$. Равновесие в данном случае сильно смещено влево (в сторону реагентов). Это означает, что скорость ассоциации ионов в молекулы сопоставима со скоростью диссоциации. Количественно это равновесие описывается константой кислотной диссоциации ($K_a$), которая для уксусной кислоты имеет малое значение:

$$K_a = \frac{[H^+][CH_3COO^-]}{[CH_3COOH]} \approx 1.75 \cdot 10^{-5}$$

Малое значение константы подтверждает, что в равновесной системе концентрация недиссоциированных молекул кислоты значительно превышает концентрации ионов.

Согласно принципу Ле Шателье, на это равновесие можно воздействовать. Например, добавление в раствор соли ацетата натрия ($CH_3COONa$), который полностью диссоциирует на ионы $Na^+$ и $CH_3COO^-$, увеличит концентрацию ацетат-ионов. Это приведет к смещению равновесия влево, подавляя диссоциацию уксусной кислоты.

Пример 2: Диссоциация сильного электролита — соляной кислоты ($HCl$)

Соляная кислота является сильной кислотой и сильным электролитом. Принято считать, что в водном растворе она диссоциирует полностью. Поэтому ее диссоциацию часто записывают с помощью необратимой стрелки:

$$HCl \rightarrow H^+ + Cl^-$$

Однако, строго говоря, процесс диссоциации даже для сильных электролитов является равновесным. Просто это равновесие практически нацело смещено вправо, в сторону образования ионов. Это значит, что скорость обратного процесса (ассоциации ионов $H^+$ и $Cl^-$ в молекулу $HCl$) пренебрежимо мала по сравнению со скоростью прямой реакции (диссоциации). Константа диссоциации для соляной кислоты очень велика ($K_a \approx 10^7$). Вследствие этого в растворе практически отсутствуют недиссоциированные молекулы $HCl$, а присутствуют только гидратированные ионы $H^+$ (точнее, ионы гидроксония $H_3O^+$) и $Cl^-$. Для практических целей степень диссоциации сильных электролитов принимают равной 1 (или 100%).

Таким образом, процесс диссоциации для любого электролита является равновесным. Различие между сильными и слабыми электролитами заключается лишь в положении этого равновесия, которое количественно характеризуется константой диссоциации.

Ответ: Процесс диссоциации электролитов является равновесным, так как он обратим: одновременно с распадом молекул на ионы (диссоциация) происходит обратный процесс их объединения (ассоциация). В растворе устанавливается динамическое равновесие, когда скорости обоих процессов становятся равными. Положение этого равновесия определяет силу электролита. Для слабых электролитов, таких как уксусная кислота ($CH_3COOH \rightleftharpoons H^+ + CH_3COO^-$), равновесие смещено в сторону недиссоциированных молекул, и их константа диссоциации ($K_д$) мала. Для сильных электролитов, таких как соляная кислота ($HCl$), равновесие практически полностью смещено в сторону ионов ($HCl \rightarrow H^+ + Cl^-$), концентрация недиссоциированных молекул в растворе ничтожно мала, а константа диссоциации очень велика.