Кондаурова О.С.Реакции в растворах электролитов

Реакции в растворах электролитов

О.С.КОНДАУРОВА,
учитель химии школы № 5
(г. Тихорецк, Краснодарский край

Один из способов повышения интереса к изучаемому предмету – создание различных игровых ситуаций. Обычно дидактические игры используются при изучении или обобщении материала. Но, оказывается, их можно успешно применять и на уроках контроля, оценки и коррекции знаний. Игра дает возможность повторить и закрепить изученный материал. Одновременно удается исправить ошибочные представления, оценить знания учащихся по данной теме, активизировать их мыслительную деятельность, показать взаимосвязь химии с другими предметами общеобразовательного цикла.

Знакомство учащихся с подобной формой занятий нужно провести заранее. Это помогает им более осмысленно отнестись к изучению материала, создает мощный стимул для работы с дополнительной литературой.

Используемый учебник: И.И.Новошинский, Н.С.Новошинская «Химия. 9 класс». Время – 90 мин. Форма урока – игра-путешествие.

Цели. Проверить знания учащихся по электролитической диссоциации; отработать умения использовать знания практически.

Оборудование и реактивы. Пробирки, спиртовка, спички, воронки, фильтр, химические стаканы; карта «Химическая лагуна», таблица растворимости; растворы кислот, оснований и солей.

Девиз урока. «Настоящий ученик учится открывать неизвестное с помощью известного и тем самым приближается к учителю» (В.Гёте).

ХОД УРОКА

Учитель. Любой человек, независимо от возраста, любит читать про тайны и путешествия. Вот и я приглашаю вас заглянуть в тайну Химической лагуны. После долгого путешествия мы попали в Химическую лагуну, где нас встретила одна из жительниц Лагуны – вода. Выслушаем ее рассказ.

Вода. Мы, жители Лагуны, когда-то могли общаться друг с другом, и наша жизнь была интересна химическими превращениями. Однажды нас посетил злой волшебник. Из-за его колдовства мы перестали двигаться и ходить в гости друг к другу. Нам можно помочь, но для этого необходимо выполнить пять желаний злого волшебника. Помогите нам.

Учитель. Поможем жителям Лагуны! Разделимся на 5 команд: А, Б, В, Г и Д. Выберем капитанов команд – мозговые центры и выслушаем задания.

Вода. Перед вами карта Лагуны. Вы видите, у нас пять деревушек: Электролитная, Диссоционная, Кислотная, Осно?вная и Солевая. Расколдовывать их будут ваши знания, которые проявятся при выполнении теоретической и практической части занятия по теме «Электролитическая диссоциация».

Учитель. Все команды должны быть подготовлены к выполнению практического задания. Сначала выполняется теоретическая часть, затем – практическая часть.

Теоретическая часть

В о п р о с 1. Какие вещества называют электролитами?

Команда А. Многие химические реакции протекают в водной среде. Например, в каждом живом организме бесконечно течет по сосудам – артериям, венам и капиллярам – волшебный раствор – кровь. Массовая доля солей в этом растворе такая же, как в первичном океане – 0,9%. Сложные физико-химические процессы, происходящие в организмах человека и животных, также протекают в растворах. Усвоение пищи связано с переводом питательных веществ в раствор. Природные водные растворы участвуют в процессах почвообразования и снабжают растения питательными веществами. Многие технологические процессы в химической и других отраслях промышленности, например, получение соды, удобрений, кислот, металлов, бумаги, протекают в растворах. Изучение свойств растворов занимает очень важное место в современной науке.

Из уроков физики мы знаем, что растворы одних веществ способны проводить электрический ток, а других – нет. Чтобы опытным путем проверить эту способность у растворов различных веществ, воспользуемся установкой (рис. 1).

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Рис. 1. Установка для определения
электрической проводимости веществ


Если раствор, налитый в стакан, проводит электрический ток, то лампочка загорится. Чем выше эта способность, тем ярче горит лампочка. Проводят электрический ток растворы солей, щелочей, кислот. Вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток, называются электролитами. Растворы сахара, спирта, глюкозы и некоторых других веществ не проводят электрический ток. Такие вещества называются неэлектролитами.

В о п р о с 2. Почему растворы электролитов проводят электрический ток?

Команда Б. Шведский ученый Сванте Аррениус, изучая электропроводность растворов различных веществ, в 1877 г. пришел к выводу, что причиной электропроводности является наличие в растворах ионов, которые образуются при растворении электролита в воде. Процесс распада электролита на ионы называется электролитической диссоциацией.

Аррениус, который придерживался физической теории растворов, не учитывал взаимодействие электролита с водой и считал, что в растворах находятся свободные ионы. В отличие от него русские химики И.А.Каблуков и В.А.Кистяковский применили к объяснению электролитической диссоциации химическую теорию Д.И.Менделеева и доказали, что при растворении электролита происходит химическое взаимодействие растворенного вещества с водой, приводящее к образованию гидратов, которые диссоциируют на ионы. Они считали, что в растворах находятся не свободные, не «голые» ионы, а гидратированные, т.е. «одетые» в «шубку» из молекул воды.

Молекулы воды представляют собой диполи (два полюса), т.к. атомы водорода расположены под углом 104,5°, благодаря чему молекула имеет угловую форму (рис. 2).

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Рис. 2. Изображение молекулы воды

Как правило, легче всего диссоциируют вещества с ионной связью и соответственно ионной кристаллической решеткой, т.к. они уже состоят из готовых ионов. При их растворении диполи воды ориентируются противоположно заряженными концами вокруг положительных и отрицательных ионов электролита. Между ионами электролита и диполями воды возникают силы взаимного притяжения. В результате связь между ионами ослабевает, и происходит переход ионов из кристалла в раствор (рис. 3).

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Рис. 3. Диссоциация веществ с ионной связью


Очевидно, что последовательность процессов, происходящих при диссоциации веществ с ионной связью (солей, щелочей), будет таковой: а) ориентация молекул – диполей воды около ионов кристалла; б) гидратация (взаимодействие молекул воды с ионами поверхностного слоя кристалла); в) диссоциация (распад) кристалла электролита на гидратированные ионы. Упрощенно происходящие процессы можно выразить с помощью уравнения:

NaCl = Na⁺ + Cl^–.

Аналогично диссоциируют и электролиты, в молекулах которых ковалентная полярная связь (например, молекулы хлороводорода НСl), только в этом случае под влиянием диполей воды происходит превращение ковалентной полярной связи в ионную и последовательность процессов, происходящих при этом, будет такая:

а) ориентация молекул воды вокруг полюсов молекулы электролита;

б) гидратация (взаимодействие молекул воды с молекулами электролита);

в) ионизация молекул электролита;

г) диссоциация (распад) молекул электролита на гидратированные ионы (рис. 4).

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Упрощенное уравнение диссоциации соляной кислоты можно выразить с помощью уравнения:

HCl + _Н2O = Н₃О+ + Сl^– + Q.

Молекула воды, к которой присоединился протон (Н⁺), превратилась в ион оксония. Распад молекул в растворе, сопровождающийся появлением подвижных ионов, называется электролитической диссоциацией. «Электролитической» – понятно, потому что образуется электролит. Слово «диссоциация» обозначает распад на составные части. Следует учитывать, что в растворах электролитов хаотически движущиеся гидратированные ионы могут столкнуться и вновь объединиться между собой. Этот обратный процесс называется ассоциацией. Также необходимо учитывать свойства гидратированных ионов. Негидратированный Cu²⁺ – белый в безводных кристаллах CuSO₄ и голубой, если он гидратирован.

Электролиты проводят электрический ток не только при растворении в Н2O, но и в расплавленном виде, т. к. при плавлении кристалла его кристаллическая решетка разрушается и образуется жидкость, состоящая из подвижных ионов. Расплавленный едкий натр – электролит.

В о п р о с 3. Какие процессы протекают при растворении кислот?

Команда B. Запишем уравнения реакций, которые происходят при растворении кислот:

HCl + H₂O = Н₃О⁺ + Сl^– + Q₁,

H₂SO₄ + H₂O = 2Н₃О⁺ + + Q₂,

HNO₃ + H₂O = H₃O+ + + Q

и т.д.

Общим для всех кислот при их взаимодействии с H₂O является образование иона оксония (Н₃О⁺), поэтому кислотой называется вещество, которое при взаимодействии с Н2О образует ионы оксония (Н₃O⁺) или, упрощенно, ионы водорода (H⁺). При этом возможна полная, необратимая диссоциация, когда в растворе молекул нет; в таком случае кислота называется сильной (азотная, серная, соляная). Другие кислоты (угольная, фосфорная, уксусная) – слабые, и в уравнении электролитической диссоциации вместо знака равенства ставят знак обратимости.

Например:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]