ГДЗ по Химии 8 Класс Параграф 37 Вопрос 5 Базовый Уровень Габриелян — Подробные Ответы

Какие из перечисленных ниже веществ будут диссоциировать: гидроксид железа (II), гидроксид калия, кремниевая кислота, азотная кислота, оксид серы (IV), оксид кремния (IV), сульфид натрия, сульфид железа (II), серная кислота? Почему? Запишите возможные уравнения диссоциации.

Гидроксид железа (II): \(\text{Fe(OH)}_2\) — вещество нерастворимо в воде, поэтому процесс диссоциации не происходит.

Гидроксид калия:
\(\text{KOH} \rightarrow \text{K}^+ + \text{OH}^-\)

Кремниевая кислота: \(\text{H}_2\text{SiO}_3\) — нерастворима в воде, поэтому диссоциация отсутствует.

Азотная кислота:
\(\text{HNO}_3 \rightarrow \text{H}^+ + \text{NO}_3^-\)

Оксид серы (IV): \(\text{SO}_2\) растворяется в воде с образованием сернистой кислоты, которая затем диссоциирует:
\(\text{SO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_2\text{SO}_3\)
\(\text{H}_2\text{SO}_3 \rightarrow 2\text{H}^+ + \text{SO}_3^{2-}\)

Оксид кремния (IV): \(\text{SiO}_2\) — нерастворим в воде, поэтому диссоциация не наблюдается.

Сульфид натрия:
\(\text{Na}_2\text{S} \rightarrow 2\text{Na}^+ + \text{S}^{2-}\)

Сульфид железа (II): \(\text{FeS}\) — вещество нерастворимо, поэтому диссоциация не происходит.

Серная кислота:
\(\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow 2\text{H}^+ + \text{SO}_4^{2-}\)

1. Гидроксид железа (II): \(\text{Fe(OH)}_2\)

— Классификация: Это основание, относящееся к гидроксидам переходных металлов.

— Растворимость и диссоциация: Гидроксид железа (II) является малорастворимым веществом. В химии существует правило: «подобное растворяется в подобном», но для ионных соединений ключевую роль играет баланс между энергией кристаллической решетки и энергией гидратации (энергией, выделяющейся при взаимодействии ионов с молекулами воды). У \(\text{Fe(OH)}_2\) энергия кристаллической решетки слишком высока, и силы притяжения между ионами \(\text{Fe}^{2+}\) и \(\text{OH}^-\) в твердом состоянии значительно превосходят силы, с которыми полярные молекулы воды могут «вырвать» эти ионы из решетки и окружить их.

— Вывод: Поскольку \(\text{Fe(OH)}_2\) практически не растворяется в воде, в раствор переходит крайне незначительное количество его формульных единиц. Следовательно, процесс ионизации (диссоциации) в заметной степени не происходит. Вещество выпадает в осадок.

2. Гидроксид калия: \(\text{KOH}\)

— Классификация: Это сильное основание, или щёлочь. Гидроксиды щелочных металлов (Li, Na, K, Rb, Cs) хорошо растворимы в воде.

— Растворимость и диссоциация: \(\text{KOH}\) является хорошо растворимым веществом и сильным электролитом. Это означает, что при растворении в воде его ионная кристаллическая решетка практически полностью разрушается под действием полярных молекул воды. Молекулы воды окружают каждый ион \(\text{K}^+\) и \(\text{OH}^-\) (процесс гидратации), стабилизируя их в растворе и предотвращая их обратное соединение.

— Уравнение диссоциации:
\(\text{KOH} \rightarrow \text{K}^+ + \text{OH}^-\)
Стрелка в одну сторону (\(\rightarrow\)) указывает на практически полную диссоциацию.

— Образующиеся ионы:

• \(\text{K}^+\): катион калия. Это положительно заряженный ион, образующийся при потере одного электрона атомом калия.
• \(\text{OH}^-\): гидроксид-анион. Это сложный отрицательно заряженный ион, ответственный за щелочные свойства раствора.

— Вывод: Гидроксид калия полностью диссоциирует, образуя катионы калия и гидроксид-анионы, что делает его раствор сильнощелочным и хорошим проводником электрического тока.

3. Кремниевая кислота: \(\text{H}_2\text{SiO}_3\)

— Классификация: Это слабая кислота.

— Растворимость и диссоциация: Кремниевая кислота является нерастворимым веществом. В водном растворе она существует в виде студенистого осадка или коллоидного раствора, но не образует истинного раствора, где молекулы могли бы свободно перемещаться и диссоциировать.

— Вывод: Из-за своей нерастворимости в воде, кремниевая кислота не подвергается диссоциации в заметной степени.

4. Азотная кислота: \(\text{HNO}_3\)

— Классификация: Это сильная кислота.

— Растворимость и диссоциация: Азотная кислота является хорошо растворимым веществом и сильным электролитом. В водном растворе ковалентная полярная связь между атомом водорода и нитратным остатком практически полностью разрывается под действием молекул воды.

— Уравнение диссоциации:
\(\text{HNO}_3 \rightarrow \text{H}^+ + \text{NO}_3^-\)
Важно отметить, что ион водорода (\(\text{H}^+\)), или протон, в водном растворе не существует в свободном виде. Он немедленно присоединяется к молекуле воды, образуя ион гидроксония (\(\text{H}_3\text{O}^+\)). Однако для упрощения часто записывают \(\text{H}^+\).

— Образующиеся ионы:

• \(\text{H}^+\) (или \(\text{H}_3\text{O}^+\)): катион водорода (или ион гидроксония). Именно наличие этих ионов придает раствору кислотные свойства.
• \(\text{NO}_3^-\): нитрат-анион. Это сложный отрицательно заряженный ион.

— Вывод: Азотная кислота полностью диссоциирует, образуя ионы водорода (гидроксония) и нитрат-анионы, что делает её раствор сильнокислотным и хорошим проводником электричества.

5. Оксид серы (IV): \(\text{SO}_2\)

— Классификация: Это кислотный оксид.

— Растворимость и диссоциация: Оксид серы (IV) сам по себе не является электролитом и не диссоциирует. Однако он растворим в воде и вступает с ней в химическую реакцию, образуя сернистую кислоту.

— Реакция образования сернистой кислоты:
\(\text{SO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_2\text{SO}_3\)
Образовавшаяся сернистая кислота (\(\text{H}_2\text{SO}_3\)) является слабой кислотой и, следовательно, слабым электролитом. Это означает, что она диссоциирует лишь частично, и в растворе одновременно присутствуют как недиссоциированные молекулы \(\text{H}_2\text{SO}_3\), так и её ионы. Диссоциация происходит ступенчато:

— Уравнение диссоциации сернистой кислоты:

• Первая ступень (более выраженная):
  \(\text{H}_2\text{SO}_3 ⇄ \text{H}^+ + \text{HSO}_3^-\)
  (Образуется ион водорода и гидросульфит-анион)
• Вторая ступень (менее выраженная):
  \(\text{HSO}_3^- ⇄ \text{H}^+ + \text{SO}_3^{2-}\)
  (Гидросульфит-анион диссоциирует на ион водорода и сульфит-анион)
  Часто для слабых кислот записывают суммарное уравнение диссоциации, указывая на равновесие:
  \(\text{H}_2\text{SO}_3 ⇄ 2\text{H}^+ + \text{SO}_3^{2-}\)
  Двойная стрелка ⇄ указывает на обратимость процесса и неполную диссоциацию.

— Вывод: Оксид серы (IV) косвенно приводит к диссоциации через образование слабой сернистой кислоты, которая затем частично диссоциирует, образуя ионы водорода и сульфит-анионы.

6. Оксид кремния (IV): \(\text{SiO}_2\)

— Классификация: Это кислотный оксид, но с особым типом кристаллической решетки.

— Растворимость и диссоциация: Оксид кремния (IV), известный как кварц или песок, является нерастворимым веществом в воде. Его структура представляет собой атомную кристаллическую решетку, где атомы кремния и кислорода соединены очень прочными ковалентными связями. Молекулы воды не способны разрушить эту прочную структуру.

— Вывод: Из-за своей нерастворимости и прочной атомной решетки, оксид кремния (IV) не подвергается диссоциации в воде.

7. Сульфид натрия: \(\text{Na}_2\text{S}\)

— Классификация: Это соль, образованная щелочным металлом и кислотным остатком.

— Растворимость и диссоциация: Сульфид натрия является хорошо растворимой солью и сильным электролитом. Соли щелочных металлов, как правило, хорошо растворимы в воде. В растворе ионная кристаллическая решетка \(\text{Na}_2\text{S}\) полностью разрушается, и ионы \(\text{Na}^+\) и \(\text{S}^{2-}\) гидратируются молекулами воды.

— Уравнение диссоциации:
\(\text{Na}_2\text{S} \rightarrow 2\text{Na}^+ + \text{S}^{2-}\)

— Образующиеся ионы:

• \(\text{Na}^+\): катион натрия.
• \(\text{S}^{2-}\): сульфид-анион.

— Вывод: Сульфид натрия полностью диссоциирует, образуя катионы натрия и сульфид-анионы. Обратите внимание, что сульфид-анион \(\text{S}^{2-}\) является анионом очень слабой кислоты (\(\text{H}_2\text{S}\)) и в водном растворе подвергается гидролизу, что делает раствор сульфида натрия щелочным. Однако это уже процесс гидролиза, а не диссоциации.

8. Сульфид железа (II): \(\text{FeS}\)

— Классификация: Это соль, образованная переходным металлом и кислотным остатком.

— Растворимость и диссоциация: Сульфид железа (II) является нерастворимой солью. Большинство сульфидов металлов (за исключением сульфидов щелочных и щелочноземельных металлов, а также аммония) плохо растворимы в воде.

— Вывод: Из-за своей нерастворимости в воде, сульфид железа (II) не подвергается диссоциации в заметной степени.

9. Серная кислота: \(\text{H}_2\text{SO}_4\)

— Классификация: Это сильная кислота.

— Растворимость и диссоциация: Серная кислота является хорошо растворимым веществом (смешивается с водой в любых пропорциях) и сильным электролитом. Она диссоциирует ступенчато, но обе ступени диссоциации считаются сильными, особенно первая.

— Уравнение диссоциации:

• Первая ступень (полная диссоциация):
  \(\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{H}^+ + \text{HSO}_4^-\)
  (Образуется ион водорода и гидросульфат-анион)
• Вторая ступень (практически полная диссоциация):
  \(\text{HSO}_4^- \rightarrow \text{H}^+ + \text{SO}_4^{2-}\)
  (Гидросульфат-анион диссоциирует на ион водорода и сульфат-анион)
  Часто для сильных кислот записывают суммарное уравнение полной диссоциации:
  \(\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow 2\text{H}^+ + \text{SO}_4^{2-}\)

— Образующиеся ионы:

• \(\text{H}^+\) (или \(\text{H}_3\text{O}^+\)): катион водорода (гидроксония).
• \(\text{SO}_4^{2-}\): сульфат-анион.

— Вывод: Серная кислота полностью диссоциирует, образуя ионы водорода (гидроксония) и сульфат-анионы, что делает её раствор сильнокислотным и отличным проводником электричества.

Итог:
Ключевыми факторами, определяющими, будет ли вещество диссоциировать в воде, являются его растворимость и природа химических связей.
— Ионные соединения (соли, сильные основания) диссоциируют, если они растворимы, поскольку вода способна разрушать их ионную кристаллическую решетку.
— Ковалентные полярные соединения (кислоты, некоторые оксиды) диссоциируют, если они растворимы и их связь достаточно полярна, чтобы молекулы воды могли её разорвать или вызвать ионизацию.
— Нерастворимые вещества (будь то ионные или ковалентные) не диссоциируют в заметной степени, так как они не образуют истинного раствора.
— Некоторые вещества (как \(\text{SO}_2\)) сначала реагируют с водой, образуя растворимое соединение (кислоту или основание), которое затем уже может диссоциировать.