Электролитическая диссоциация, гидролиз и среда водных растворов: всё для ЕГЭ по химии

Задания по свойствам растворов в формате ЕГЭ проверяют сразу несколько навыков:

• в номере 6 нужно мысленно «слить» два раствора и найти реагенты, которые дадут видимый признак: осадок, газ или растворение осадка;
• в номере 21 просят расположить список веществ в порядке возрастания или убывания уровня pH;
• в номере 24 нужно подобрать реактив, который поможет визуально различить две пробирки с растворами;
• в номере 30 предстоит самостоятельно выбрать реагенты из перечня и написать уравнения реакции ионного обмена (молекулярное, полное и сокращённое).

Когда щепотка соли попадает в воду, кристаллы исчезают. Это происходит благодаря молекулам воды, которые разрушают кристаллическую решётку на заряженные частицы.

Вещества, которые не распадаются на ионы (сахар, спирт, бензол), ток не проводят. Их называют неэлектролитами.

В химии важно понимать классификацию электролитов на сильные и слабые. От этого зависит, будем ли мы расписывать вещество на ионы при составлении уравнений.

К сильным электролитам (в уравнениях расписываем на ионы) относятся:

• все растворимые соли (информацию берём из таблицы растворимости);
• сильные кислоты (серная, соляная, азотная, бромоводородная, иодоводородная, хлорная, хлорноватая);
• щёлочи (растворимые гидроксиды металлов IA и IIA групп, кроме гидроксидов бериллия и магния).

К слабым электролитам (оставляем в уравнениях в виде целых молекул) принадлежат:

• слабые неорганические кислоты (сероводородная, угольная, сернистая, кремниевая, фосфорная, фтороводородная);
• почти все органические кислоты (уксусная, муравьиная и другие);
• нерастворимые основания и амфотерные гидроксиды;
• сам растворитель (вода);
• газы, даже если они частично растворяются.

Обрати внимание

Нерастворимые соли стоит относить к сильным электролитам. Любая нерастворимая соль может растворяться, но в крайне ограниченном количестве. В раствор соль будет переходить только в виде ионов, а недиссоциированные молекулы останутся в осадке. А это и есть главный признак сильного электролита — отсутствие в растворе молекул вещества, которые не распались на ионы. Однако при записи ионных уравнений нерастворимые соли нельзя расписывать на ионы.

Чтобы обмен дошёл до конца, должен выполняться минимум один из трёх признаков:

• выпадение осадка (появление нерастворимого вещества);
• выделение газа;
• образование слабого электролита (чаще всего воды).

Разберём реакцию между сульфатом меди(II) и гидроксидом калия. Этот пример иллюстрирует протекание РИО с выпадением осадка.

Молекулярное уравнение:

$CuSO_4 + 2KOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + K_2SO_4$

Полное ионное уравнение (расписываем только сильные электролиты):

$Cu^{2+} + SO_4^{2-} + 2K^+ + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + 2K^+ + SO_4^{2-}$

Сокращённое ионное уравнение (вычёркиваем повторяющиеся ионы слева и справа — калий и сульфат):

$Cu^{2+} + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow$

Практика: решение задания 30 из ЕГЭ

В 30-м номере просят выбрать реагирующие вещества из предложенного перечня так, чтобы РИО соответствовала условию.

Из предложенного перечня веществ:

гидрокарбонат калия, азотная кислота, хлорид кальция, гидроксид стронция, перманганат аммония,

выберите кислую соль и вещество, с которым она вступает в реакцию ионного обмена с выделением бесцветного газа. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения реакции с участием выбранных веществ.

Практика: решение задания 6 из ЕГЭ

В пробирку с раствором соли Х добавили раствор Y. В результате реакции наблюдали выпадение осадка.

Вещества X и Y: 1) нитрат меди(II), 2) бромоводород, 3) сульфат калия, 4) карбонат натрия, 5) гидроксид калия.

Из предложенного перечня выберите вещества X и Y, которые могут вступать в описанную реакцию.

Вода является слабым электролитом. Она распадается на ионы водорода (отвечают за кислую среду) и гидроксид-ионы (отвечают за щелочную среду).

Соль можно представить как продукт реакции кислоты и основания. Среду раствора определяет сильный компонент. Существует обратимый гидролиз (когда соль находится в растворе и слегка меняет среду) и необратимый (полное разрушение соли водой).

Правила определения среды водного раствора:

• соль образована сильным основанием и сильной кислотой (например, хлорид натрия): вода с такой солью не реагирует, гидролиз не идёт, среда остаётся нейтральной (pH = 7);
• соль образована сильным основанием и слабой кислотой (например, карбонат калия): сильное основание побеждает, среда раствора щелочная (pH > 7), идёт гидролиз по аниону;
  $CO_3^{2-} + H_2O \leftrightarrow HCO_3^- + OH^-$
• соль образована слабым основанием и сильной кислотой (например, сульфат цинка): сильная кислота диктует волю, среда водного раствора кислая (pH < 7), гидролиз идёт по катиону;
  $Zn^{2+} + H_2O \leftrightarrow ZnOH^+ + H^+$
• соль образована слабым основанием и слабой кислотой (например, ацетат аммония): происходит совместный гидролиз по катиону и аниону, среда близка к нейтральной.
  $CH_3COO^- + H_2O \leftrightarrow CH_3COOH + OH^-$
  $NH_4^+ + H_2O \leftrightarrow NH_3 \cdot H_2O + H^+$

Необратимый гидролиз происходит, если в таблице растворимости на пересечении катиона и аниона стоит прочерк. Обычно это касается солей трёхвалентных металлов (алюминия, железа, хрома) и слабых летучих кислот (сульфиды, сульфиты, карбонаты). Получить сульфид алюминия в водном растворе не получится, он немедленно распадётся на осадок гидроксида алюминия и сероводород.

Практика: решение задания 21 из ЕГЭ

Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных растворов:

1. хлорид аммония

2. аммиак

3. гидроксид калия

4. нитрат лития

Запишите номера веществ в порядке возрастания значения pH их водных растворов, учитывая, что концентрация всех растворов (моль/⁠л) одинаковая.

Для успешного выполнения заданий нужно выучить цвета трёх главных индикаторов.

При анализе смещения равновесия и уровня pH можно использовать следующую шпаргалку возрастания значений: кислота (pH 0–3) $\rightarrow$ соль слабого основания и сильной кислоты (pH 4–6) $\rightarrow$ соль сильного основания и сильной кислоты (pH 7) $\rightarrow$ соль сильного основания и слабой кислоты (pH 8–10) $\rightarrow$ щёлочь (pH 11–14).

При написании реакций ионного обмена всегда сначала проверяй растворимость исходных веществ, затем ищи осадок, газ или воду в продуктах реакций. Если признаков нет — уравнение составлять не нужно, реакция не протекает.

• Запись заряда иона в сокращённом ионном уравнении в виде степени окисления. Возникает из-за путаницы понятий заряда частицы и условного заряда атома. Правильно: сначала цифра, потом знак. Сульфат-ион пишется как $SO_4^{2-}$, но не $SO_4^{-2}$.
• Попытка расписать на ионы молекулы слабых кислот, оксидов или простых веществ. Оксиды, газы и слабые электролиты нужно переписывать в ионных уравнениях в виде целых молекул.
• Указание нейтральной среды для кислых солей сильных кислот. В гидросульфате натрия $NaHSO_4$ присутствует активный катион водорода, который легко отщепляется в раствор, создавая выраженную кислую среду (pH сильно меньше 7).

После изучения свойств водных растворов, гидролиза и электролитической диссоциации можно уверенно приступать к отработке заданий первой части и письменного номера 30. Теперь ты умеешь:

• классифицировать электролиты по силе,
• предсказывать среду водного раствора,
• пользоваться цветами индикаторов,
• правильно составлять сокращённые ионные уравнения.

Чтобы закрепить материал до автоматизма, советуем прорешать 10–12 заданий из нашего банка заданий ЕГЭ.