§ 7. Диссоциация кислот, оснований и солей

Определения и обозначения

Электролитическая диссоциация — распад электролита на ионы при растворении в воде. Ионы — частицы с электрическим зарядом, способные перемещаться в растворе. Их движение обеспечивает электропроводность: без подвижных заряженных частиц раствор не мог бы переносить электрический ток. Поэтому диссоциация объясняет, почему водные растворы некоторых веществ проводят ток.

Кислота — электролит, который при диссоциации образует катионы водорода H⁺ и анионы кислотного остатка. Катион — положительно заряженный ион, а кислотный остаток — часть кислоты, остающаяся после отделения водорода. Например, при распаде HCl образуются H⁺ и Cl⁻. Такое определение позволяет определить, какие частицы нужно записать в уравнении.

Основание — электролит, который при диссоциации образует катионы металла и гидроксид-ионы OH⁻. Гидроксид-ион — отрицательно заряженная частица, состоящая из атома кислорода и атома водорода. Например, растворение NaOH приводит к появлению Na⁺ и OH⁻. По составу образующихся ионов основание можно отличить от кислоты или соли.

Соль — электролит, который при диссоциации образует катионы металла и анионы кислотного остатка. Анион — отрицательно заряженный ион; например, в NaCl это Cl⁻. В растворе соль разделяется на части, из которых она составлена, а не превращается в нейтральные атомы. Определение помогает предсказать состав раствора по формуле соли.

Как это устроено

Вода состоит из полярных молекул: у разных их участков неодинаковый электрический заряд. Когда вещество растворяется, молекулы воды притягиваются к заряженным частицам вещества и окружают их. Это взаимодействие ослабляет притяжение между частицами в кристалле или между ионами в веществе. В результате частицы отделяются друг от друга и получают возможность двигаться по раствору.

При записи диссоциации кислоты формулу мысленно разделяют на катионы H⁺ и анион кислотного остатка. Например, HCl → H⁺ + Cl⁻: один атом водорода в формуле соответствует одному катиону H⁺. Если в кислоте два атома водорода, при полной диссоциации в суммарной схеме указывают два таких катиона. Число атомов и заряд остатка должны согласоваться с исходной формулой.

Основание распадается на катион металла и один или несколько гидроксид-ионов. В Ba(OH)₂ индекс 2 относится ко всей группе OH, поэтому из одной формульной единицы появляются два OH⁻. Два отрицательных заряда вместе уравновешивают заряд катиона Ba²⁺. Скобки показывают, что индекс относится ко всей группе, а не только к одному из её атомов.

Соль разделяется на катион металла и анион кислотного остатка. В Na₂SO₄ индекс 2 у натрия означает два катиона Na⁺, а группа SO₄ без индекса образует один сульфат-ион SO₄²⁻. Два положительных заряда компенсируют два отрицательных. Чтобы правильно записать уравнение, учитывают и индексы формулы, и заряд каждого сложного иона.

Многоосновная кислота содержит несколько атомов водорода, которые могут отделяться в виде H⁺. Их отщепление рассматривают последовательно: на первой ступени от молекулы отделяется один катион, а на следующей — ещё один. Для серной кислоты это H₂SO₄ → H⁺ + HSO₄⁻, затем HSO₄⁻ → H⁺ + SO₄²⁻. Если сложить ступени, промежуточный ион HSO₄⁻ сокращается и получается общая схема H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄²⁻.

Диссоциация кислот, оснований и солей

Пользуйтесь таблицей, чтобы сначала определить класс вещества, а затем — ожидаемые виды ионов. Сверьте коэффициенты с индексами формулы и убедитесь, что сумма зарядов справа равна заряду вещества слева. Так проще заметить пропущенный ион или неверное количество частиц.

Разбор задач

Задача 1. Записать уравнение диссоциации HCl и назвать образующиеся ионы. HCl — формула кислоты, поэтому при её распаде образуются катион водорода и анион кислотного остатка. Число атомов водорода и хлора в формуле равно единице, значит, каждого иона будет по одному.

1. Определяем класс вещества: HCl — кислота.
2. Выделяем катион водорода H⁺ и остаток Cl⁻.
3. Записываем HCl → H⁺ + Cl⁻ и проверяем заряды: +1 и −1 дают суммарный заряд 0.

Ответ: HCl → H⁺ + Cl⁻; образуются катион водорода H⁺ и хлорид-ион Cl⁻. Нейтральный атом водорода в продуктах не записывают, поскольку в растворе речь идёт об ионах.

Задача 2. Записать уравнение диссоциации Ba(OH)₂ и определить число каждого вида ионов. Это основание: оно состоит из катиона металла бария и групп OH. Индекс 2 за скобками показывает, что гидроксид-ионов будет два, а у Ba индекса нет, следовательно, катион один.

1. Записываем частицы: Ba²⁺ и OH⁻.
2. Ставим коэффициент 2 перед OH⁻, так как в формуле две группы OH.
3. Проверяем заряд: +2 у Ba²⁺ уравновешивается двумя зарядами −1.

Ответ: Ba(OH)₂ → Ba²⁺ + 2OH⁻; образуются один катион Ba²⁺ и два гидроксид-иона OH⁻. В записи коэффициент перед ионом показывает количество частиц.

Задача 3. Записать ступенчатую диссоциацию H₂SO₄, а затем получить суммарное уравнение. Серная кислота двухосновная: она содержит два катиона водорода, которые в схеме отделяются по очереди. Поэтому сначала возникает HSO₄⁻, а затем из него — SO₄²⁻.

1. Первая ступень: H₂SO₄ → H⁺ + HSO₄⁻.
2. Вторая ступень: HSO₄⁻ → H⁺ + SO₄²⁻.
3. Складываем уравнения: промежуточный HSO₄⁻ есть с обеих сторон и сокращается.

Ответ: суммарная схема — H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄²⁻. Проверка показывает, что два атома водорода и один сульфатный остаток сохранены, а суммарный заряд справа равен нулю: 2 · (+1) + (−2) = 0.

Типичные ошибки

Ошибка — записывать при диссоциации кислоты атом водорода H вместо катиона H⁺. Так происходит, если не различать атом и ион, хотя при диссоциации образуются заряженные частицы. Проверьте, что у водорода указан знак «+», а заряд продуктов в целом совпадает с зарядом исходного вещества. Для HCl правильная схема: HCl → H⁺ + Cl⁻.

Ошибка — не учитывать индекс у OH или кислотного остатка и указывать неверное число ионов. Скобки могут затруднить чтение формулы, поэтому индекс иногда ошибочно относят только к последнему атому. Сначала определите, к какой группе относится индекс, затем поставьте соответствующий коэффициент перед ионом. Например, в Ba(OH)₂ образуются два OH⁻, а в Na₂SO₄ — один SO₄²⁻.

Индекс и заряд иона отвечают на разные вопросы: индекс задаёт число частиц, а верхний знак — заряд каждой частицы. Если принять их за одно и то же, можно записать неверное количество ионов или изменить заряд. Проверьте отдельно число частиц по формуле, а затем сложите их заряды. В Na₂SO₄ два Na⁺, но каждый из них имеет заряд +1.

Ошибка — считать, что многоосновная кислота обязательно отщепляет все H⁺ за один шаг. Такое упрощение скрывает промежуточные продукты и не показывает последовательность процесса. Для проверки посчитайте, сколько катионов водорода отделяется на каждой ступени. В случае H₂SO₄ сначала образуется HSO₄⁻, и только затем — SO₄²⁻.

Связь с другими темами

Для чтения уравнений диссоциации нужно знать состав атома, понятия иона, катиона и аниона, а также уметь определять заряды ионов. Эта тема связывает классификацию кислот, оснований и солей с тем, какие частицы возникают в их растворах. Позже те же частицы понадобятся при составлении ионных уравнений реакций обмена. Диссоциация также объясняет электропроводность водных растворов.

Что запомнить

• При диссоциации электролит распадается на ионы.
• Кислоты образуют катионы H⁺ и анионы кислотного остатка.
• Основания образуют катионы металла и гидроксид-ионы OH⁻.
• Соли образуют катионы металла и анионы кислотного остатка.
• Индексы формулы показывают число образующихся ионов каждого вида.
• При записи уравнения диссоциации должны сохраняться состав вещества и суммарный заряд.