Страница 18 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

Часть I

1. Электролиты — это

1. Электролиты — это

Решение:

Электролиты — это химические соединения, которые при растворении в полярном растворителе (например, в воде) или в расплавленном состоянии диссоциируют (распадаются) на ионы — положительно заряженные катионы и отрицательно заряженные анионы. Вследствие наличия подвижных ионов такие растворы или расплавы способны проводить электрический ток. Этот процесс называется электролитической диссоциацией.

К основным классам электролитов относятся:

• Кислоты. Например, соляная кислота ($HCl$), серная кислота ($H_2SO_4$), уксусная кислота ($CH_3COOH$).

• Основания. Например, гидроксид натрия ($NaOH$), гидроксид калия ($KOH$), гидрат аммиака ($NH_3 \cdot H_2O$).

• Соли. Например, хлорид натрия ($NaCl$), сульфат меди(II) ($CuSO_4$), нитрат калия ($KNO_3$).

По степени диссоциации ($α$), то есть по доле молекул, распавшихся на ионы, электролиты делят на сильные и слабые.

Сильные электролиты — это электролиты, которые в растворах практически полностью диссоциируют на ионы ($α \approx 1$ или 100%). К ним относятся большинство солей, сильные кислоты ($HCl, H_2SO_4, HNO_3$ и др.) и сильные основания (щёлочи, например, $NaOH, KOH, Ba(OH)_2$). Процесс их диссоциации считается необратимым, что в уравнении реакции показывается стрелкой в одну сторону:

$NaOH \rightarrow Na^+ + OH^-$

Слабые электролиты — это электролиты, которые диссоциируют лишь в незначительной степени ($α \ll 1$). В их растворах наряду с ионами в большом количестве присутствуют недиссоциированные молекулы. К ним относятся слабые кислоты (например, $CH_3COOH, H_2CO_3$), слабые основания (например, $NH_3 \cdot H_2O$), а также вода ($H_2O$). Их диссоциация является обратимым процессом, что обозначается знаком обратимости:

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

Для сравнения, вещества, которые в растворах или расплавах не диссоциируют на ионы и не проводят электрический ток, называются неэлектролитами (например, сахароза, этанол, кислород).

Ответ: вещества, которые при растворении или расплавлении распадаются на ионы (диссоциируют) и благодаря этому проводят электрический ток.

2. Диссоциация — это

2. Диссоциация — это обратимый процесс распада сложных химических веществ (молекул, солей, комплексных соединений) на более простые составные части, такие как атомы, ионы или радикалы.

Наиболее часто рассматриваемый вид диссоциации — электролитическая диссоциация. Это процесс распада электролита на ионы при его растворении в полярном растворителе (чаще всего в воде) или при плавлении. Вещества, подвергающиеся такой диссоциации (кислоты, основания, соли), называются электролитами.

По способности к диссоциации электролиты делят на:

Сильные электролиты: вещества, которые в растворах диссоциируют практически полностью (нацело). К ним относятся большинство солей, сильные кислоты (например, $HCl$, $H_2SO_4$, $HNO_3$) и сильные основания (например, $NaOH$, $KOH$, $Ba(OH)_2$).
Пример: диссоциация хлорида натрия в воде: $NaCl \rightarrow Na^+ + Cl^-$

Слабые электролиты: вещества, которые диссоциируют лишь в незначительной степени. В их растворах устанавливается динамическое равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами. К ним относятся слабые кислоты (например, уксусная кислота $CH_3COOH$, сероводородная кислота $H_2S$) и слабые основания (например, гидрат аммиака $NH_3 \cdot H_2O$).
Пример: диссоциация уксусной кислоты: $CH_3COOH \rightleftharpoons H^+ + CH_3COO^-$

Существует также термическая диссоциация — разложение вещества под действием высокой температуры.
Пример: обратимое разложение тетраоксида диазота: $N_2O_4 \rightleftharpoons 2NO_2$

Количественно процесс диссоциации характеризуется двумя основными величинами:

Степень диссоциации ($\alpha$) — это отношение числа молекул, распавшихся на ионы, к общему числу растворенных молекул. Для сильных электролитов $\alpha$ близка к 1, для слабых — значительно меньше 1.

Константа диссоциации ($K_d$) — это константа равновесия для обратимого процесса диссоциации слабого электролита. Она показывает, в какой мере вещество способно распадаться на ионы. Чем больше $K_d$, тем сильнее электролит. Для слабой кислоты $HA$ ($HA \rightleftharpoons H^+ + A^-$) константа кислотности $K_a$ рассчитывается по формуле: $K_a = \frac{[H^+][A^-]}{[HA]}$

Ответ: Диссоциация — это обратимый процесс распада молекул или ионных соединений на более простые частицы, такие как ионы, атомы или радикалы, происходящий, как правило, в растворе или под действием температуры.

3. Механизмы электролитической диссоциации:

а) веществ с ионной связью:

$\square \square \square \square \square \square \square \rightarrow \square \square \square \square \square \square \square \square \rightarrow$

$\rightarrow \square \square \square \square \square \square \square \square \square \square \square \square$

б) веществ с ковалентной полярной связью:

$\square \square \square \square \square \square \rightarrow \square \square \square \square \square \square \square \square \rightarrow$

$\rightarrow \square \square \square \square \square \square \rightarrow \square \square \square \square \square \square \square \square$

а) веществ с ионной связью:

Механизм электролитической диссоциации для веществ с ионной связью (например, солей, таких как $NaCl$, или щелочей, таких как $KOH$) протекает в водной среде и включает в себя несколько последовательных стадий. Важно понимать, что такие вещества уже в твердом состоянии состоят из ионов, образующих кристаллическую решётку. Поэтому процесс диссоциации сводится к разрушению этой решётки под действием полярного растворителя, в данном случае воды.

Процесс можно разбить на три основных этапа:

1. Ориентация диполей воды. Молекулы воды являются полярными (диполями). Они ориентируются вокруг ионов на поверхности кристалла: отрицательно заряженными полюсами (атомами кислорода) к катионам (например, $Na^+$), а положительно заряженными полюсами (атомами водорода) к анионам (например, $Cl^-$).

2. Гидратация ионов. Между диполями воды и ионами кристалла возникают силы электростатического притяжения. В результате ионы окружаются прочной оболочкой из молекул воды — гидратируются. Этот процесс экзотермический, то есть сопровождается выделением тепла.

3. Диссоциация (распад) кристалла. Энергия, выделяющаяся при гидратации, а также энергия теплового движения частиц, преодолевают силы притяжения между ионами в кристаллической решётке. Это приводит к её разрушению. Гидратированные ионы отрываются от кристалла и переходят в раствор, где могут свободно перемещаться.

Схематично этот трёхстадийный процесс можно представить так:

Ориентация диполей воды → Гидратация ионов → Разрушение кристаллической решётки

Ответ: Ориентация диполей воды → Гидратация ионов → Диссоциация (распад) кристалла.

б) веществ с ковалентной полярной связью:

Для веществ, в молекулах которых атомы связаны ковалентной полярной связью (например, для многих кислот, как $HCl$, или для аммиака в воде), механизм диссоциации принципиально иной. Изначально в таких веществах ионов нет, они состоят из полярных молекул. Ионы образуются в процессе взаимодействия с полярным растворителем (водой). Этот процесс можно условно разделить на две большие стадии: ионизацию и последующую диссоциацию, которые в задании детализированы до четырёх этапов.

1. Ориентация диполей воды. Полярные молекулы воды окружают полярную молекулу вещества. Например, в случае хлороводорода ($H^{δ+}-Cl^{δ-}$) молекулы воды притягиваются к обоим полюсам молекулы $HCl$.

2. Дальнейшая поляризация связи. Взаимодействие с диполями воды усиливает уже существующую полярность ковалентной связи. Электронная пара ещё сильнее смещается к более электроотрицательному атому (в $HCl$ — к хлору).

3. Ионизация молекулы. В результате сильной поляризации ковалентная полярная связь превращается в ионную. Происходит разрыв связи, и образуется пара ионов. Например, молекула $HCl$ превращается в ионную пару $H^+Cl^-$.

4. Диссоциация на гидратированные ионы. Образовавшиеся ионы гидратируются (окружаются молекулами воды) и под действием теплового движения расходятся, становясь свободными ионами в растворе ($H_{aq}^{+}$ и $Cl_{aq}^{-}$).

Таким образом, детализированная схема процесса выглядит так:

Ориентация диполей воды → Поляризация молекулы → Ионизация молекулы → Диссоциация на ионы

Ответ: Ориентация диполей воды → Поляризация ковалентной связи → Ионизация молекулы → Диссоциация на гидратированные ионы.

4. Первое положение теории электролитической диссоциации: по способности проводить электрический ток в растворах вещества делят на ________ и __________.

Группы веществ и примеры:

1) Щёлочи ____________________

2) Растворимые ______

3) Кислоты ____________________

1) Нерастворимые ______________

2) Нерастворимые ________

3) $H_2SiO_3$

4) Оксиды ____________________

5) Простые вещества ____________________

6) Большинство органических ве-ществ ____________________

Первое положение теории электролитической диссоциации: по способности проводить электрический ток в растворах вещества делят на ... и ... .

Решение:

Согласно первому положению теории электролитической диссоциации, вещества делятся на две большие группы в зависимости от способности их водных растворов или расплавов проводить электрический ток. Вещества, которые распадаются на ионы и проводят ток, называются электролитами. Вещества, которые не распадаются на ионы и не проводят ток, называются неэлектролитами. Слово «электролиты» содержит 11 букв, а «неэлектролиты» — 13 букв, что точно соответствует количеству пустых клеток в задании.

Ответ: электролиты, неэлектролиты.

Группы веществ и примеры:

1) Щёлочи ______

Решение:

В левой колонке перечислены классы веществ, которые являются электролитами. Щёлочи — это растворимые в воде основания. Они относятся к сильным электролитам, так как в водных растворах практически нацело диссоциируют на катионы металла и гидроксид-анионы. В качестве примера можно указать гидроксид натрия или гидроксид калия.

Ответ: NaOH, KOH.

2) Растворимые ____

Решение:

Помимо щелочей и сильных кислот, к сильным электролитам относятся все растворимые в воде соли. В пропуск из четырёх клеток необходимо вписать слово «соли».

Ответ: соли.

3) Кислоты ______

Решение:

Кислоты (за исключением нерастворимых, как $H₂SiO₃$) также являются электролитами. Сильные кислоты (например, серная, соляная, азотная) являются сильными электролитами, а слабые (например, угольная, уксусная) — слабыми электролитами. В качестве примера следует привести формулы сильных кислот.

Ответ: $H₂SO₄$, HCl.

1) Нерастворимые ________ ______

Решение:

В правой колонке перечислены группы веществ, которые являются неэлектролитами. В первый пропуск из восьми клеток подходит обобщающее слово «вещества». Нерастворимые соединения (основания, соли, кислоты) не создают в растворе достаточной концентрации ионов и не проводят электрический ток. Поскольку далее в списке отдельно упомянуты нерастворимые соли и нерастворимая кислота, то в качестве примера для данного пункта логично привести нерастворимое основание, например, гидроксид меди(II) или гидроксид железа(III).

Ответ: вещества, $Cu(OH)₂$.

2) Нерастворимые ____

Решение:

Нерастворимые соли, в отличие от растворимых, являются неэлектролитами, так как они практически не диссоциируют в воде. В пропуск из четырёх клеток необходимо вписать слово «соли».

Ответ: соли.

3) H₂SiO₃

Решение:

Данный пункт является конкретным примером неэлектролита. Кремниевая кислота ($H₂SiO₃$) нерастворима в воде и является очень слабой кислотой, поэтому её раствор не проводит электрический ток. Заполнение пропусков для этого пункта не требуется.

4) Оксиды ______

Решение:

Большинство оксидов, особенно оксиды неметаллов (кислотные) и некоторые амфотерные, являются неэлектролитами. В качестве примера можно привести воду ($H₂O$), которая является очень слабым электролитом и часто рассматривается как неэлектролит, или оксид кремния($IV$) ($SiO₂$).

Ответ: $H₂O, SiO₂$.

5) Простые вещества ______

Решение:

Простые вещества-неметаллы (сера, фосфор, углерод, кислород, азот) состоят из атомов или молекул и не содержат свободных ионов, поэтому являются неэлектролитами.

Ответ: S, P, C.

6) Большинство органических веществ ______

Решение:

Подавляющее большинство органических соединений (углеводороды, спирты, углеводы, эфиры) имеют молекулярное строение и не являются ионными соединениями, поэтому не диссоциируют в растворах. Они — типичные неэлектролиты. Исключение составляют органические кислоты и их соли. В качестве примера можно привести глюкозу или этиловый спирт (этанол).

Ответ: $C₆H₁₂O₆$ (глюкоза), $C₂H₅OH$ (этанол).