ГДЗ по Химии 8 Класс Параграф 37 Вопрос 4 Базовый Уровень Габриелян — Подробные Ответы

Запишите уравнения диссоциации: сульфата железа (III), карбоната калия, фосфата аммония, нитрата меди (II), гидроксида бария, соляной кислоты, гидроксида калия, хлорида железа (II). Дайте названия ионов.

\(
\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 \text{(сульфат железа (III))} ⇄ 2\text{Fe}^{3+} \text{(катион железа (III))} +\)
\(+ 3\text{SO}_4^{2-} \text{(сульфат-анион)}
\)

\(
\text{K}_2\text{CO}_3 \text{(карбонат калия)} ⇄ 2\text{K}^+ \text{(катион калия)} + \text{CO}_3^{2-} \text{(карбонат-анион)}
\)

\(
(\text{NH}_4)_3\text{PO}_4 \text{(фосфат аммония)} ⇄ 3\text{NH}_4^+ \text{(катион аммония)} +\)
\(+ \text{PO}_4^{3-} \text{(фосфат-анион)}
\)

\(
\text{Cu(NO}_3)_2 \text{(нитрат меди (II))} ⇄ \text{Cu}^{2+} \text{(катион меди (II))} +\)
\(+ 2\text{NO}_3^- \text{(нитрат-анион)}
\)

\(
\text{Ba(OH)}_2 \text{(гидроксид бария)} ⇄ \text{Ba}^{2+} \text{(катион бария)} +\)
\(+ 2\text{OH}^- \text{(гидроксид-анион)}
\)

Ступенчато:

\(
\text{Ba(OH)}_2 ⇄ \text{Ba(OH)}^+ + \text{OH}^-
\)

\(
\text{BaOH}^+ ⇄ \text{Ba}^{2+} + \text{OH}^-
\)

\(
\text{HCl} \text{(соляная кислота)} ⇄ \text{H}^+ \text{(катион водорода)} + \text{Cl}^- \text{(хлорид-анион)}
\)

\(
\text{KOH} \text{(гидроксид калия)} ⇄ \text{K}^+ \text{(катион калия)} + \text{OH}^- \text{(гидроксид-анион)}
\)

\(
\text{FeCl}_2 \text{(хлорид железа (II))} ⇄ \text{Fe}^{2+} \text{(катион железа (II))} +\)
\(+ 2\text{Cl}^- \text{(хлорид-анион)}
\)

Для начала давайте вспомним, что такое диссоциация. Это процесс распада вещества на ионы при его растворении в полярном растворителе, чаще всего в воде. Вещества, которые диссоциируют в растворе, называются электролитами, потому что их растворы способны проводить электрический ток благодаря наличию свободных ионов.

Ионы – это атомы или группы атомов, которые приобрели электрический заряд, потеряв или присоединив электроны.
— Катионы – это положительно заряженные ионы (образуются при потере электронов). Обычно это ионы металлов или аммония.
— Анионы – это отрицательно заряженные ионы (образуются при присоединении электронов). Обычно это ионы неметаллов или кислотных остатков.

Вода играет ключевую роль в диссоциации, так как она является полярным растворителем. Молекулы воды имеют частичные положительные (\(\delta+\)) заряды на атомах водорода и частичный отрицательный (\(\delta-\)) заряд на атоме кислорода. Эти частичные заряды притягиваются к противоположно заряженным ионам в кристаллической решетке вещества, «вырывая» их и окружая (процесс гидратации), тем самым стабилизируя ионы в растворе.

Двойная стрелка (\(⇄\)) в уравнениях диссоциации указывает на равновесие между недиссоциированными молекулами (или формульными единицами) и образовавшимися ионами. Для сильных электролитов (как большинство представленных здесь солей, сильных кислот и щелочей) это равновесие сильно смещено вправо, то есть диссоциация практически полная.

1. Сульфат железа (III) \(\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3\)
— Название вещества: сульфат железа (III). Это соль, образованная катионом металла (железа) и анионом кислотного остатка (сульфатом). Большинство солей являются сильными электролитами.
— Процесс диссоциации:
\(
\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 ⇄ 2\text{Fe}^{3+} + 3\text{SO}_4^{2-}
\)
При растворении в воде, ионная кристаллическая решетка сульфата железа (III) разрушается под действием полярных молекул воды. Каждый «формульный блок» \(\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3\) распадается на два катиона железа и три сульфат-аниона. Важно обратить внимание на стехиометрические коэффициенты (2 и 3), которые показывают количество образующихся ионов, и на баланс зарядов: \(2 \times (+3) + 3 \times (-2) = +6 — 6 = 0\), что соответствует нейтральному заряду исходного соединения.
— Образующиеся ионы:

• \(\text{Fe}^{3+}\): катион железа (III). Это положительно заряженный ион, который образуется, когда атом железа теряет три электрона. Римская цифра «(III)» в названии указывает на степень окисления, а следовательно, и на заряд этого иона. Эти катионы окружаются молекулами воды (гидратируются), что помогает им оставаться в растворе.
• \(\text{SO}_4^{2-}\): сульфат-анион. Это сложный (многоатомный) отрицательно заряженный ион, состоящий из атома серы и четырех атомов кислорода, связанных ковалентными связями. Он не распадается на отдельные атомы при диссоциации. Его заряд \(−2\) обусловлен избытком электронов в этой группе атомов. Как и катионы, сульфат-анионы гидратируются молекулами воды.

2. Карбонат калия \(\text{K}_2\text{CO}_3\)
— Название вещества: карбонат калия. Еще одна соль, образованная щелочным металлом (калием) и кислотным остатком (карбонатом). Соли щелочных металлов обычно хорошо растворимы и являются сильными электролитами.
— Процесс диссоциации:
\(
\text{K}_2\text{CO}_3 ⇄ 2\text{K}^+ + \text{CO}_3^{2-}
\)
Аналогично сульфату железа, карбонат калия диссоциирует на свои составляющие ионы. Из одной формульной единицы \(\text{K}_2\text{CO}_3\) образуются два катиона калия и один карбонат-анион. Баланс зарядов: \(2 \times (+1) + 1 \times (-2) = +2 — 2 = 0\).
— Образующиеся ионы:

• \(\text{K}^+\): катион калия. Это одновалентный положительно заряженный ион, образующийся при потере одного электрона атомом калия.
• \(\text{CO}_3^{2-}\): карбонат-анион. Это сложный, двувалентный отрицательно заряженный ион. Он состоит из атома углерода и трех атомов кислорода, и как единое целое имеет заряд \(−2\).

3. Фосфат аммония \((\text{NH}_4)_3\text{PO}_4\)
— Название вещества: фосфат аммония. Это соль, но вместо иона металла здесь присутствует сложный катион аммония.
— Процесс диссоциации:
\(
(\text{NH}_4)_3\text{PO}_4 ⇄ 3\text{NH}_4^+ + \text{PO}_4^{3-}
\)
При диссоциации фосфата аммония образуются три катиона аммония и один фосфат-анион. Баланс зарядов: \(3 \times (+1) + 1 \times (-3) = +3 — 3 = 0\).
— Образующиеся ионы:

• \(\text{NH}_4^+\): катион аммония. Это сложный положительно заряженный ион, состоящий из атома азота и четырех атомов водорода. Он ведет себя как катион металла в солях.
• \(\text{PO}_4^{3-}\): фосфат-анион. Это сложный, трехвалентный отрицательно заряженный ион, состоящий из атома фосфора и четырех атомов кислорода.

4. Нитрат меди (II) \(\text{Cu(NO}_3)_2\)
— Название вещества: нитрат меди (II). Соль, образованная переходным металлом (медью) и кислотным остатком (нитратом).
— Процесс диссоциации:
\(
\text{Cu(NO}_3)_2 ⇄ \text{Cu}^{2+} + 2\text{NO}_3^-
\)
Одна формульная единица нитрата меди (II) диссоциирует на один катион меди (II) и два нитрат-аниона. Баланс зарядов: \(1 \times (+2) + 2 \times (-1) = +2 — 2 = 0\).
— Образующиеся ионы:

• \(\text{Cu}^{2+}\): катион меди (II). Положительно заряженный ион, образующийся при потере двух электронов атомом меди. Римская цифра «(II)» указывает на его заряд.
• \(\text{NO}_3^-\): нитрат-анион. Сложный одновалентный отрицательно заряженный ион, состоящий из атома азота и трех атомов кислорода.

5. Гидроксид бария \(\text{Ba(OH)}_2\)
— Название вещества: гидроксид бария. Это сильное основание (щелочь), которое хорошо растворяется в воде и диссоциирует.
— Процесс диссоциации (общий):
\(
\text{Ba(OH)}_2 ⇄ \text{Ba}^{2+} + 2\text{OH}^-
\)
При полном диссоциации, одна молекула гидроксида бария дает один катион бария и два гидроксид-аниона. Баланс зарядов: \(1 \times (+2) + 2 \times (-1) = +2 — 2 = 0\).
— Образующиеся ионы:

• \(\text{Ba}^{2+}\): катион бария. Положительно заряженный ион, образующийся при потере двух электронов атомом бария.
• \(\text{OH}^-\): гидроксид-анион. Сложный одновалентный отрицательно заряженный ион, состоящий из атома кислорода и атома водорода. Именно наличие этих ионов делает раствор щелочным.

— Ступенчатая диссоциация:
Некоторые многоосновные кислоты или многокислотные основания (как в данном случае) диссоциируют не сразу, а по ступеням. Каждая ступень представляет собой отдельное равновесие.

• Первая ступень:
  \(
  \text{Ba(OH)}_2 ⇄ \text{Ba(OH)}^+ + \text{OH}^-
  \)
  На этой ступени от молекулы \(\text{Ba(OH)}_2\) отщепляется один гидроксид-анион (\(\text{OH}^-\)), оставляя положительно заряженный промежуточный ион \(\text{Ba(OH)}^+\). Эта ступень обычно происходит легче.
• Вторая ступень:
  \(
  \text{Ba(OH)}^+ ⇄ \text{Ba}^{2+} + \text{OH}^-
  \)
  На этой ступени оставшийся промежуточный ион \(\text{Ba(OH)}^+\) диссоциирует, отщепляя второй гидроксид-анион и образуя конечный катион бария \(\text{Ba}^{2+}\). Эта ступень может быть менее выраженной, чем первая, но для сильных оснований, таких как гидроксид бария, обе ступени протекают практически полностью.

6. Соляная кислота (\(\text{HCl}\))
— Название вещества: соляная кислота (или хлороводородная кислота). Это сильная кислота, что означает ее почти полную диссоциацию в водном растворе.
— Процесс диссоциации:
\(
\text{HCl} ⇄ \text{H}^+ + \text{Cl}^-
\)
При растворении хлороводорода в воде, полярная ковалентная связь между водородом и хлором разрывается, и образуются ионы. Важно отметить, что ион \(\text{H}^+\) (протон) в водном растворе не существует в свободном виде, а немедленно присоединяется к молекуле воды, образуя ион гидроксония \(\text{H}_3\text{O}^+\). Однако для упрощения часто записывают \(\text{H}^+\).
— Образующиеся ионы:

• \(\text{H}^+\) (формально, но фактически \(\text{H}_3\text{O}^+\)): катион водорода (или ион гидроксония). Именно наличие этих ионов придает раствору кислотные свойства.
• \(\text{Cl}^-\): хлорид-анион. Отрицательно заряженный ион, образующийся при присоединении электрона атомом хлора.

7. Гидроксид калия (\(\text{KOH}\))
— Название вещества: гидроксид калия. Это сильное основание (щелочь), как и гидроксид бария, и является сильным электролитом.
— Процесс диссоциации:
\(
\text{KOH} ⇄ \text{K}^+ + \text{OH}^-
\)
Гидроксид калия диссоциирует на один катион калия и один гидроксид-анион.
— Образующиеся ионы:

• \(\text{K}^+\): катион калия. Положительно заряженный ион.
• \(\text{OH}^-\): гидроксид-анион. Отрицательно заряженный ион, ответственный за щелочные свойства.

8. Хлорид железа (II) (\(\text{FeCl}_2\))
— Название вещества: хлорид железа (II). Еще одна соль, образованная металлом (железом) и неметаллом (хлором).
— Процесс диссоциации:
\(
\text{FeCl}_2 ⇄ \text{Fe}^{2+} + 2\text{Cl}^-
\)
Одна формульная единица хлорида железа (II) диссоциирует на один катион железа (II) и два хлорид-аниона. Баланс зарядов: \(1 \times (+2) + 2 \times (-1) = +2 — 2 = 0\).
— Образующиеся ионы:

• \(\text{Fe}^{2+}\): катион железа (II). Положительно заряженный ион, образующийся при потере двух электронов атомом железа. Римская цифра «(II)» указывает на его заряд.
• \(\text{Cl}^-\): хлорид-анион. Отрицательно заряженный ион.

Итог
В каждом из этих случаев, при растворении в воде, исходное вещество распадается на свои составляющие ионы – положительно заряженные катионы и отрицательно заряженные анионы. Этот процесс, называемый диссоциацией, является фундаментальным для понимания химических реакций в растворах, электропроводности и кислотно-основных свойств веществ. Уравнения диссоциации показывают, какие именно ионы и в каком количестве образуются, а также демонстрируют сохранение электрического заряда в системе.