Где вы в жизни встречались с электролитами
I. Повторение и дополнение пройденного материала урока
Растворы всех веществ можно разделить на две группы: проводят электрический ток или не проводят.
С особенностями растворения веществ можно познакомиться экспериментально, исследуя электропроводность растворов этих веществ с помощью прибора, изображённого на рисунке
это вещества, водные растворы или расплавы которых проводят электрический ток
это вещества, водные растворы или расплавы которых не проводят электрический ток
Вещества с ионной химической связью или ковалентной полярной химической связью
Вещества с ковалентной неполярной химической связью:
В растворах и расплавах образуются ионы
В растворах и расплавах нет ионов
Рассмотрим процесс растворения электролитов в воде
В целом молекула воды не заряжена. Но внутри молекулы Н2О атомы водорода и кислорода располагаются так, что положительные и отрицательные заряды находятся в противоположных концах молекулы (рис. 1). Поэтому молекула воды представляет собой диполь.
Молекула воды полярна и представляет собой диполь
Растворение в воде веществ с ионной химической связью (на примере хлорида натрия – поваренной соли)
Механизм электролитической диссоциации NaCl при растворении поваренной соли в воде (рис. 2) состоит в последовательном отщеплении ионов натрия и хлора полярными молекулами воды. Вслед за переходом ионов Na + и Сl – из кристалла в раствор происходит образование гидратов этих ионов.
Механизм растворения хлорида натрия в воде:
а – ориентация молекул воды на поверхности кристалла NaCl и отрыв иона Na + ; б – гидратация (окружение молекулами воды) ионов Na + и Сl –
Растворение в воде веществ с полярной ко валентной химической связью (на примере соляной кислоты)
При растворении в воде соляной кислоты (в молекулах HCl cвязь между атомами ковалентная сильнополярная) происходит изменение характера химической связи. Под влиянием полярных молекул воды ковалентная полярная связь превращается в ионную. Образовавшиеся ионы остаются связанными с молекулами воды – гидратированными. (рис.3).
Диссоциация молекул HCl на ионы в водном растворе
Ионы отличаются от атомов как по строению, так и по свойствам
Пример 1. Сравним свойства молекулярного водорода (состоит из двух нейтральных атомов водорода) со свойствами иона.
Пример 2. Сравним свойства атомарного и молекулярного хлора со свойствами иона.
Атомы хлора имеют незавершённый внешний уровень, поэтому они химически очень активны, принимают электроны и восстанавливаются.
Именно поэтому газообразный хлор ядовит, при вдыхании его наступает отравление организма.
Ионы хлора имеют завершённый внешний уровень, поэтому они химически неактивны, находятся в устойчивом электронном состоянии.
Ионы хлора входят в состав поваренной соли, употребление в пищу которой не вызывает отравления организма.
1. Ионы отличаются от атомов и молекул по строению и свойствам;
2. Общий и характерный признак ионов – наличие электрических зарядов;
3. Растворы и расплавы электролитов проводят электрический ток из-за наличия в них ионов.
1. Электролиты при растворении в воде или расплавлении распадаются (диссоциируют) на ионы – положительно (катионы) и отрицательно(анионы) заряженные частицы.
2. В растворах и расплавах электролиты проводят электрический ток.
Электролитическая диссоциация
Электролитической диссоциацией называют процесс, в ходе которого молекулы растворенного вещества распадаются на ионы в результате взаимодействия с растворителем (воды). Диссоциация является обратимым процессом.
Диссоциация обуславливает ионную проводимость растворов электролитов. Чем больше молекул вещества распадается на ионы, тем лучше оно проводит электрический ток и является более сильным электролитом.
В общем виде процесс электролитической диссоциации можно представить так:
Замечу, что сила кислоты определяется способностью отщеплять протон. Чем легче кислота его отщепляет, тем она сильнее.
У HF крайне затруднен процесс диссоциации из-за образования водородных связей между F (самым электроотрицательным элементом) одной молекулы и H другой молекулы.
Ступени диссоциации
Некоторые вещества диссоциируют на ионы не в одну стадию (как NaCl), а ступенчато. Это характерно для многоосновных кислот: H2SO4, H3PO4.
Посмотрите на ступенчатую диссоциацию ортофосфорной кислоты:
Важно заметить, что концентрация ионов на разных ступенях разная. На первых ступенях ионов всегда много, а до последних доходят не все молекулы. Поэтому в растворе ортофосфорной кислоты концентрация дигидрофосфат-анионов будет больше, чем фосфат-анионов.
Для серной кислоты диссоциация будет выглядеть так:
Для средних солей диссоциация чаще всего происходит в одну ступень:
Из одной молекулы ортофосфата натрия образовалось 4 иона.
Из одной молекулы сульфата калия образовалось 3 иона.
Электролиты и неэлектролиты
Химические вещества отличаются друг от друга по способности проводить электрический ток. Исходя из этой способности, вещества делятся на электролиты и неэлектролиты.
К ним относятся соли, сильные кислоты и щелочи (растворимые основания).
Степень диссоциации сильных электролитов составляет от 0,3 до 1, что означает 30-100% распад молекул, попавших в раствор, на ионы.
К неэлектролитам относятся многие органические вещества, слабые кислоты, нерастворимые в воде основания и гидроксид аммония.
Степень их диссоциации до 0 до 0.3, то есть в растворе неэлектролита на ионы распадается до 30% молекул. Они плохо или вообще не проводят электрический ток.
Молекулярное, полное и сокращенное ионные уравнения
Молекулярное уравнение представляет собой запись реакции с использованием молекул. Это те уравнения, к которым мы привыкли и которыми наиболее часто пользуемся. Примеры молекулярных уравнений:
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Блиц-опрос по теме Электролитическая диссоциация
Неэлектролиты и электролиты: характеристика и свойства
Хорошо известно, что одни вещества в растворенном или расплавленном состоянии проводят электрический ток, другие в тех же условиях ток не проводят. Это можно наблюдать с помощью простого прибора. Он состоит из угольных стержней (электродов), присоединенных проводами к электрической сети. В цепь включена электрическая лампочка, которая показывает присутствие или отсутствие тока в цепи. Если опустить электроды в раствор сахара, то лампочка не загорается. Но она ярко загорится, если их опустить в раствор хлорида натрия.
Вещества, распадающиеся на ионы в растворах или расплавах и потому проводящие электрический ток, называются электролитами.
Вещества, которые в тех же условиях на ионы не распадаются и электрический ток не проводят, называются неэлектролитами.
Неэлектролиты
Неэлектролиты находятся в растворе в виде неполярных или малополярных молекул.
Электролиты
Электролиты распадаются в растворе или расплаве на ионы, и именно наличие ионов способствует прохождению электрического тока. Процесс этот — распада на ионы — называют диссоциацией, а теория, описывающая данные процессы — теорией электролитической диссоциации. В растворе распад на ионы происходит по причине разрыва связей вещества, что является результатом взаимодействия с молекулами воды (то есть происходит гидратация электролита).
Ионы (атомы или их группы, обладающие отрицательным или положительным зарядом) под действием электрического тока начинают двигаться по направлению к одному из электродов, что и обуславливает электропроводимость.
Молекула электролита, способная диссоциировать на большее, чем два, количество ионов, будет диссоциировать постадийно. Примером может служить диссоциация многоосновной кислоты.
Подробнее познакомиться с теорией электролитической диссоциацией вы сможете, посмотрев это видео.
Степень диссоциации
Понятие, количественно характеризующее, насколько полно произошёл распад электролита на ионы, называют степенью диссоциации. Этот показатель рассчитывается как отношение количества продиссоциировавших молекул к общему числу молекул вещества в растворе и фактически показывает долю (процент) распавшихся на ионы молекул в общем количестве.
Следующие факторы могут влиять на степень электролитической диссоциации:
Температура
Зависимость от температуры достаточно сложна. Если распад на ионы экзотермический, то повышение температуры степень диссоциации будет уменьшать, а если эндотермический, повышение температуры приведёт к увеличению степени диссоциации. В целом же для каждого электролита есть определённые температурные условия, в которых он в максимальной степени будет распадаться на ионы.
Изменение показателя константы диссоциации (характеризует способность распадаться на ионы) для уксусной кислоты при изменении температуры можно привести в качестве примера:
максимальная ионизация раствора, как видно, наступает при 25 °C, а при температурах выше и ниже этого значения диссоциация происходит в меньшей степени.
Что такое степень диссоциации? Подробный ответ вы найдете в этом видео.
Природа растворителя и электролита
Стадия процесса диссоциации
Если молекула распадается на ионы постадийно, то каждая следующая стадия имеет примерно в 1000−10 000 раз меньший эффект, чем предыдущая.
Экспериментально определить степень диссоциации можно по электропроводности растворов, т. к. она прямо зависит от концентрации движущихся ионов. Истинное значение при этом получить нельзя, такое значение называют кажущимся. Оно меньше истинного, так как при движении к электродам ионы могут сталкиваться, что частично уменьшает их подвижность. При высокой концентрации может возникать притяжение между ионами, обусловленное электростатическими силами, они чаще сталкиваются, теряя свою подвижность, что влияет на показания электропроводности.
Например, в растворе соляной кислоты (1 моль/л) измерения покажут степень распада на ионы равной 0,78 (78%), но фактически раствор не будет содержать 22% недиссоциированных молекул, так как практически все молекулы диссоциированы.
Сильные и слабые проводники
По величине показателя степени диссоциации, выделяют электролиты сильные и слабые. К сильным условно относят вещества, значение степени диссоциации у которых больше 30%, если данный показатель ниже 5%, то к слабым, остальные считаются электролитами средней силы.
Сильные электролиты:
Видео
Из этого видео вы узнаете о свойствах электролитов.
Урок химии на тему «Электролитическая диссоциация»
Разделы: Химия
Цели: сформировать понятия об электролитах и неэлектролитах, ЭД, раскрыть механизм диссоциации веществ с ионной и ковалентной полярной связью, ввести понятие «степень электролитической диссоциации» и показать ее зависимости от различных факторов; сформулировать основные положения ТЭД; формировать умения у обучающихся составлять уравнения диссоциации;
развивать умения сравнивать, анализировать и делать выводы, навыки само– и взаимоконтроля, интеллектуальные способности;
воспитывать компетентную личность с практической направленностью.
Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, экран, прибор для определения электропроводности растворов, штативы с лапкой и кольцом, модель-аппликация «Механизм ЭД»
Реактивы: Н2О дист., NaCl кр., NaOH кр., ледяная уксусная кислота CH3COOH, С12Н22О11 кр.; р-р Н2SO4, на каждую парту: растворы индикаторов метилоранжа, фенолфталеина, р-ры HCl, NaОН, Na2SO4.
I. Организационный момент
II. Сообщение темы, постановка цели. Рефлексия
(Запись в тетрадь темы урока)
Учитель: Речь пойдет о самом удивительном веществе нашей планеты, без которого нет жизни – это воде, её роли при растворении веществ.
Прежде чем начать изучение новой темы, я хочу проверить ваше настроение. Зарисуйте свое настроение в индивидуальном сопроводительном листе, который находится у Вас на парте. (Приложение 1)
III. Изучение нового материала
1 этап. Электролиты, неэлектролиты.
Учитель: Обратимся к истории 1837 года. В этот период в Лондоне в лаборатории Королевского института работали два учёных: Гемфри Деви и Майкл Фарадей. Они начали исследования в области электричества и ввели понятия, которыми мы пользуемся до сих пор. Деви и Фарадей проводили опыты по определению электропроводности растворов, используя специальный прибор, модель которого представлена у Вас на рис. 126 с.193 (О.С.Габриелян, Химия 8). Он состоит из 2-х электродов, лампочки и розетки. При опускании электродов в исследуемое вещество, если оно проводит ток, то лампочка загорается, если не проводит – не загорается.
Давайте и мы проведем исследования (Демонстрация электрической проводимости различных веществ с помощью специального прибора).
– Предварительно вспомним, на какие 2 группы делят все химические соединения по типу химической связи?
Результаты эксперимента отмечаем в таблице сопроводительного листа. (Приложение 1)
Проверка электропроводности воды прибором
– Как Вы думаете, проводит вода электрический ток?
– Какой тип химической связи у воды? (Ковалентная слабо полярная)
– К какому классу химических соединений она относится?
– Проверим электропроводность прибором. (Не проводит ток).
(Отмечаем в таблице.)
Проверка электропроводности у поваренной соли NaCl кристаллической.
– Какой тип химической связи у этого соединения?
– К какому классу оно относится?
– Как вы думаете, проводит NaClкр. электрический ток?
– Проверим прибором (Нет).
– А теперь добавим воду в соль и проверим электропроводность этого раствора.
– Как Вы думаете, будет раствор поваренной соли проводить электрический ток? (Этот опыт может проделать ученик)
– Как Вы думаете почему? На этот вопрос мы дадим ответ немного позже. А сейчас продолжим исследование. И так далее….
– Какой вывод мы можем сделать на основе проведенных исследований?
(Вывод: Одни вещества проводят ток, а другие нет)
Учитель: Вещества, растворы которых проводят электрический ток назвали электролитами, а вещества, которые не проводят ток – неэлектролитами
– А какие вещества проводят электрический ток? (Растворы кислот, щелочей, солей.)
– С каким видом химической связи растворы веществ проводят электрический ток? (Ионной, ковалентной сильно полярной)
– Какие вещества не проводят электрический ток? (Все кристаллические вещества, оксиды, газы)
– С каким видом химической связи вещества не проводят электрический ток? (С ковалентной неполярной и слабо полярной)
Закрепление этапа 1: Задание 1. Блиц-опрос:
– Сформулируйте определения электролитов и неэлектролитов. (Запись в тетрадь)
– Какой тип химической связи характерен электролитам и неэлектролитам?
– Классы каких веществ относятся к электролитам и неэлектролитам?
– Где Вы в жизни встречались с электролитами? (Аккумуляторы в автомобилях)
Задание 2. Выберите из перечня веществ электролиты и неэлектролиты, определив вид химической связи. Ответ поясните.
2 этап: Механизм электролитической диссоциации.
– Какие частицы могут создавать электрический ток в растворе? (Движущие заряженные частицы)
– Почему и при каких условиях вещества проводят электрический ток?
(Они распадаются на ионы при растворении или расплавлении, являются проводниками второго рода. Прохождение тока происходит за счёт переноса ионов, а не электронов. Металлы – проводники первого рода (ток создается за счет свободных электронов).
– А какие заряженные частицы могут быть в растворах, например, у веществ с ионной связью – растворе NaCl? (Свободные ионы)
Внимание: В кристаллах ионы не свободные, а находятся в узлах кристаллической решетки.
– Что же происходит с кристаллом при растворении его в воде?
– Какова роль воды в этом процессе?
(Вода взаимодействует с электролитом и он под действием воды распадается на ионы).
Рассмотрим механизм этого процесса.
Сначала рассмотрим строение молекулы воды
Сообщение: Интересное о воде… (Приложение 3)
Механизм электролитической диссоциации с ионной связью на примере NaCl
Рассмотрите схему процесса (рис.127, с.195, Химия, 9, О.С.Габриелян).
– Что происходит с диполями воды?
1. Диполи ориентируются отрицательными концами вокруг положительных ионов, а положительными вокруг отрицательных.
Этот процесс называется ориентация. ( Запись в тетрадь)
– Что происходит дальше?
2. Между ионами электролита и диполями происходит взаимодействие. Этот процесс называется гидратация. (Запись в тетрадь)
3.Во время гидратации возникают силы взаимного притяжения между диполями и ионами, химическая связь между ионами кристалла ослабевает и ионы, окруженные «водным одеялом» отрываются и переходят в раствор.
Происходит распад – диссоциация.
Ионы, окруженные водной оболочкой, называют гидратированными.
– Как называют распавшиеся ионы? (Катионы, анионы)
– Они простые или сложные? (Простые)
– Итак, какие 3 процесса происходят при растворении веществ с ионной связью в воде?
1. ориентация
2. гидратация
3. диссоциация. Демонстрация процесса диссоциации. (Анимация)
Задание для учащихся
С помощью модели-аппликации покажите на магнитной доске механизм диссоциации электролита с ионной связью и прокомментируйте это
Механизм электролитической диссоциации веществ с ковалентной полярной связью на примере НCl
– А каков механизм диссоциации электролита с ковалентной полярной связью?
– Рассмотрите схему процесса (рис.128, с.196, в учебнике).
– Что происходит с диполями воды?
1. Диполи ориентируются отрицательными концами вокруг положительных ионов, а положительными вокруг отрицательных.
Этот процесс называется ориентация. (Запись в тетрадь)
– Что происходит дальше?
2. Между ионами электролита и диполями происходит взаимодействие. Этот процесс называется гидратация. (Запись в тетрадь)
3.Под действием диполей воды происходит превращение ковалентной полярной связи в ионную, то есть происходит ионизация молекул электролита.
4. Происходит распад – диссоциация.
– Как называют распавшиеся ионы?
– Они простые или сложные?
– Итак, какие процессы происходят при растворении веществ с ковалентной полярной связью в воде?
1. ориентация
2. гидратация
3. ионизация
4. диссоциация
Демонстрация процесса диссоциации. (Анимация)
Задание для учащихся
С помощью модели-аппликации покажите на магнитной доске механизм диссоциации электролита с ковалентной полярной связью и прокомментируйте это
Вывод: при растворении в воде вещества взаимодействуют с диполями, распадаются на свободные гидратированные ионы и проводят электрический ток. Гидратация ионов является основной причиной диссоциации электролита.
К такому выводу пришел шведский ученый Сванте Аррениус в 1887 году.
Вернемся к истории.
Учитель: Так как диссоциация происходит у электролитов, поэтому ее называют электролитической.
Оказывается электролитами являются не только растворы кислот, солей и щелочей, но и их расплавы.
Давайте сформулируем определение ЭД.
По лесенке поднимемся к вершине горы, теме сегодняшнего урока.
– Какие ключевые слова мы применяли при исследованиях, выводах?
Что происходит с веществом при диссоциации? «распад»
– Какое вещество распадается? «электролит»
– На какие частицы распадается электролит? «ионы»
– При каких условиях распадается? «при растворении в роде или расплавлении»
– Повторим.
Процесс обратный диссоциации называется ассоциацией.
– Какие бывают ионы? Заполните схему:
И выполните задание.
– Отличаются ли ионы от атомов или молекул? Если да, то чем?
3 этап: Степень диссоциации. Сильные и слабые электролиты.
Учитель: Все ли электролиты в одинаковой степени проводят электрический ток? (Нет)
– Продолжим исследование с уксусной кислотой.
Учитель: Проверим электропроводность концентрированной уксусной кислоты.
– Что вы наблюдаете? (Лампочка горит очень слабо)
Вывод: не все электролиты в одинаковой степени проводят электрический ток. Бывают сильные и слабые электролиты.
Характеристикой силы электролита является степень диссоциации и обозначается α. α можно вычислить по формуле.
Подробная информационная карта у вас на столах в сопроводительном листе.
– А можно ли «слабого сделать сильным», то есть увеличить степень диссоциации?
Продолжим исследования (Демонстрация опыта)
1. Нагреем уксусную кислоту.
– Что Вы наблюдаете? От чего же зависит α?
2. Разбавим кислоту водой, то есть уменьшим её концентрацию.
– Что наблюдаете? От чего еще зависит α?
Вывод: α зависит от t, C. Если температуру увеличить α тоже увеличивается, если концентрацию увеличить α уменьшается.
4 этап: Кислоты, основания соли с точки зрения ЭД.
Учитель: Рассмотрим наглядно диссоциацию кислот, оснований и солей и составим уравнения их диссоциации на примере модельных схем ЭД кислот, щелочей и солей
Работа и беседа учителя с классом:
(Обучающиеся выполняют лабораторный опыт)
– На какие ионы диссоциируют соли?
– Сформулируйте определение солей с точки зрения ЭД.
– Каким ионом будут определяться их свойства? (Разными)
5 этап: Физкультминутка для глаз
А теперь все отдохнем
Глазки крепенько сожмем
Поморгаем раз пяток
И продолжим наш урок
Крепко глазки зажмурим
Вспомним всё и повторим:
Раз, да, три, четыре, пять
Вернемся к диссоциации опять.
Истина всегда проста:
Щелочь, соль и кислота
Пропускают ток всегда,
Если их раствор – вода.
Почему же кислород,
Спирт, глюкоза и азот,
Растворенные в воде,
Не пропустят ток нигде?
Потому что вещества –
Неживые существа,
И зависят свойства их,
Сложных и совсем простых,
От строения частиц,
Микромира без границ.
А раствор, где ток бурлит,
Назван был электролит
Укрепляя мышцы глаз,
Взгляд меняем 8 раз
То поближе, то подальше
Посмотреть прошу я Вас.
От усталости спасет
Вас глазной круговорот.
Круга 3 вращайте влево,
А потом наоборот!
6 этап. Это интересно. (Приложение 2)
1. Задания в игровой форме, проблемно-поисковые задания на слайдах.
2. Самостоятельная работа на 10 мин (Слайд)
V. Обобщающие выводы
Учитель: Все сегодняшние полученные знания можно обобщить в одной теории, которая называется теорией электролитической диссоциации (ТЭД)
Основные положения сформулированы в опорном конспекте (Приложение 4).
Работа с опорным конспектом
VI. Подведение итога урока. Домашнее задание
Индивидуальные доп.зад. в раб. тетр. №18, с.124, №20 с.126
Учитель: Прежде чем закончить урок, я хочу проверить ваше настроение в конце урока. Зарисуйте свое настроение в индивидуальном сопроводительном листе, который находится у Вас на парте. (Приложение 1)
Ты – молодчина! И в это поверь.
Открыта тобой в мир химии дверь.
Надеемся все мы, что лет через пять,
Прекрасным ученым сможешь ты стать.
