Spis treści

Dysocjacja elektrolityczna wodorotlenków

Wodorotlenki sodu, potasu, wapnia czy baru to związki, z których każdy ma inne właściwości. To co je jednak łączy to możliwość dysocjacji elektrolitycznej, czyli rozpadu na jony pod wpływem wody. Powstają wówczas kationy metali i aniony wodorotlenkowe, odpowiedzialne za zasadowy odczyn wodnych roztworów tych związków chemicznych.

Wodne roztwory wodorotlenków bywają niekiedy używane jako elektrolity, np. w popularnych akumulatorach rolę tę pełni wodorotlenek potasu

Źródło: Taylor Burnes, dostępny w internecie: www.flickr.com, licencja: CC BY 2.0.

Aby zrozumieć poruszane w tym materiale zagadnienia, przypomnij sobie:

- definicję wskaźników kwasowo-zasadowych i mechanizm ich działania;

- zastosowanie wskaźników w badaniu odczynu wodnych roztworów wodorotlenków.

Nauczysz się

- dlaczego wodne roztwory wodorotlenków przewodzą prąd elektryczny;

- na czym polega proces dysocjacji elektrolitycznej;

- zapisywać równania dysocjacji elektrolitycznej zasad oraz przedstawiać ten proces za pomocą modeli.

1. Przewodnictwo elektryczne wodnych roztworów wodorotlenków

Doświadczenie 1

Przeprowadź doświadczenie chemiczne, które polega na badaniu zachowania wskaźników kwasowo-zasadowych w wodnych roztworach wodorotlenków.

Problem badawczy:

Czy wskaźniki kwasowo-zasadowe zmieniają barwy w wodnych roztworach wodorotlenków?

Spośród podanych poniżej hipotez wybierz jedną, a następnie ją zweryfikuj.

Hipoteza 1: Wskaźniki kwasowo-zasadowe zmieniają barwę w wodnych roztworach wodorotlenków.

Hipoteza 2: Wskaźniki kwasowo-zasadowe nie zmieniają barwy w wodnych roztworach wodorotlenków.

Twój wybór:Wybierz      Hipoteza 1.Hipoteza 2.

Co będzie potrzebne:

foliowa koszulka na dokumenty;

pipeta Pasteura;

woda;

wywar z czerwonej kapusty;

alkoholowy roztwór fenoloftaleiny;

wskaźnik uniwersalny;

wodny roztwór wodorotlenku sodu (informacja dla nauczyciela: ).

Instrukcja:

1. Do foliowej koszulki włóż kartkę z tabelą.

2. W obu kolumnach na odpowiednie wiersze tabeli nanieś po kropli wskaźnika kwasowo-zasadowego.

3. Na folię, za pomocą pipety Pasteura, nanieś po kropli wody w drugiej kolumnie, a w trzeciej po kropli wodnego roztworu wodorotlenku sodu.

4. Obserwuj zachodzące zmiany.

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Zapisz uzyskane wyniki w tabeli. Przykładową tabelę możesz pobrać z poniżej zamieszczonego załącznika.

Tabela do doświadczenia

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Plik o rozmiarze 3.74 MB w języku polskim

Polecenie 1

Napisz obserwacje i wnioski do podanego doświadczenia.

Obserwacje

Wnioski

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 2

Przez które z poniższych roztworów (woda destylowana, wodny roztwór wodorotlenku sodu, wodny roztwór wodorotlenku potasu, wodny roztwór wodorotlenku wapnia) przepływa prąd? Sprawdź to, wykonując krótką symulację.

Aplikacja interaktywna przedstawiająca możliwości przewodnictwa prądu elektrycznego w wodnych roztworach wodorotlenków. Po lewej stronie okna znajduje się rysunek obwodu elektrycznego. Składa się on z płaskiej baterii i diody świecącej. Ujemny biegun baterii podłączony jest przewodem z zaciskami do jednej nóżki diody. Druga nóżka oraz dodatni biegun baterii podłączone są przewodami do dwóch czarnych elektrod ustawionych blisko siebie i równolegle, ale nie stykających się ze sobą. W prawym dolnym rogu okna aplikacji znajdują się cztery zlewki z przezroczystymi cieczami, podpisane kolejno: – woda destylowana, , , . Kliknięcie na każdą ze zlewek powoduje przesunięcie jej w taki sposób, że obie elektrody zostają zanurzone w cieczy. W przypadku zlewki z wodą nie przynosi to żadnych rezultatów, natomiast zanurzenie elektrod w roztworach wodorotlenków sodu, potasu lub wapnia powoduje zaświecenie się diody LED w obwodzie.

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/b/P7ua37psU

Badanie przewodnictwa prądu elektrycznego przez zasady – symulacja

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Woda destylowana prawie nie przewodzi prądu elektrycznego. Spowodowane jest to obecnością bardzo małej ilości jonów (głównie kationów oksoniowych i anionów wodorotlenkowych). Przez pozostałe roztwory przepływa prąd elektryczny, o czym świadczy świecenie diody LED.

Roztwory wodorotlenków przewodzą prąd elektryczny – znajdują się w nich duże ilości jonów (kationów metali i anionów wodorotlenkowych), które są nośnikami ładunku elektrycznego.

Substancje, których wodne roztwory przewodzą prąd elektryczny, nazywamy elektrolitami. Nieelektrolity natomiast to substancje, których wodne roztwory nie przewodzą prądu. Woda destylowana jest nieelektrolitem, a wodorotlenki sodu, potasu i wapnia są elektrolitami. Wynik doświadczenia świadczy o obecności w roztworach wodorotlenków cząstek obdarzonych ładunkami elektrycznymi.

2. Dysocjacja elektrolityczna wodorotlenku sodu

Film ukazuje, jak zachowują się cząsteczki wody wobec kationów sodu i anionów wodorotlenkowych podczas dysocjacji elektrolitycznej wodorotlenku sodu.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1YmdlF6AHMVu

Film pt. Dysocjacja elektrolityczna wodorotlenku sodu

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Film ukazuje, jak zachowują się cząsteczki wody wobec kationów sodu i anionów wodorotlenkowych podczas dysocjacji elektrolitycznej wodorotlenku sodu.

Polecenie 3

Zaznacz prawidłową odpowiedź.

Wodorotlenek sodu dysocjuje pod wpływem wody na

Zaznacz prawidłową odpowiedź.

- kation sodu i anion wodorkowy.

- kation sodu i anion tlenkowy.

- kation sodu i anion wodorotlenkowy.

- kation wodorotlenkowy i anion sodu.

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

3. Dysocjacja elektrolityczna wodorotlenków potasu i wapnia

Dysocjacja elektrolityczna wodorotlenku potasu

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Dysocjacja elektrolityczna wodorotlenku potasu

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Wodorotlenek potasu dysocjuje, czyli rozpada się pod wpływem wody na jednododatni kation potasu i jednoujemny anion wodorotlenkowy. Zarówno kation potasu, jak i anion wodorotlenkowy są w roztworze wodnym otoczone cząsteczkami wody (solwatacja).

Dysocjacja elektrolityczna wodorotlenku wapnia

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Dysocjacja elektrolityczna wodorotlenku wapnia

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Wodorotlenek wapnia dysocjuje na dwudodatni kation wapnia i dwa jednoujemne aniony wodorotlenkowe.

Liczba powstających w wyniku dysocjacji ładunków dodatnich jest równa liczbie powstających ładunków ujemnych.

Polecenie 4

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Wodorotlenek baru ulega w wodzie dysocjacji elektrolitycznej w analogiczny sposób, jak wodorotlenek wapnia. W jaki sposób cząsteczki wody otaczają jony powstałe po dysocjacji elektrolitycznej wodnego roztworu wodorotlenku baru?

Zaznacz prawidłową odpowiedź.

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Teorię rozpadu substancji na jony opracował Svante Arrhenius (czyt. sfante arenius). Zgodnie z nią, zasadami nazywamy związki chemiczne, które dysocjują na kationy metalu i aniony wodorotlenkowe:

Doświadczenie 2

Problem badawczy:

Jaki odczyn wykazuje roztwór powstały przez rozpuszczenie amoniaku w wodzie?

Spośród podanych poniżej hipotez wybierz jedną, a następnie ją zweryfikuj.

Hipoteza 1.: Wodny roztwór amoniaku wykazuje odczyn zasadowy

Hipoteza 2.: Wodny roztwór amoniaku wykazuje odczyn obojętny.

Hipoteza 3.: Wodny roztwór amoniaku wykazuje odczyn kwasowy.

Twój wybór: Wybierz      Hipoteza1.Hipoteza2.Hipoteza3.

Co będzie potrzebne:

wodny roztwór amoniaku;

wywar z czerwonej kapusty;

alkoholowy roztwór fenoloftaleiny;

uniwersalny papierek wskaźnikowy;

dwie probówki;

pręcik szklany.

Instrukcja:

1. Do dwóch probówek wprowadź po ok. wodnego roztworu amoniaku.

2. Z jednej z probówek pobierz za pomocą pręcika szklanego kroplę roztworu i przenieś na uniwersalny papierek wskaźnikowy.

3. Do jednej z probówek wprowadź kilka kropli alkoholowego roztworu fenoloftaleiny. Zamieszaj zawartość probówki.

4. Do drugiej probówki wprowadź kilka kropli wywaru z czerwonej kapusty. Zamieszaj zawartość probówki.

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 5

Napisz obserwacje i wnioski do podanego doświadczenia.

Obserwacje:

Wnioski:

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Amoniak (

) jest gazem o charakterystycznym zapachu, bardzo dobrze rozpuszczalnym w wodzie. Wodny roztwór amoniaku (woda amoniakalna ) jest zasadą, o czym świadczy zmiana zabarwienia wskaźnika, np. zabarwienie się wywaru z czerwonej kapusty na zielono.

Woda amoniakalna ulega dysocjacji:

Bardzo efektownym doświadczeniem chemicznym jest tak zwana fontanna amoniakalna. Obejrzyj film, a następnie wykonaj ćwiczenie.

Film ukazuje, w jaki sposób można otrzymać fontannę amoniakalną.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RxTeQ0C8KaXEv

Film pt. Fontanna amoniakalna

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Film ukazuje, w jaki sposób można otrzymać fontannę amoniakalną.

Polecenie 6

Poniżej przedstawiono wyjaśnienie doświadczenia znanego pod nazwą „fontanna amoniakalna”. Zabrakło w nim jednak kilku kluczowych słów. Twoim zadaniem jest uzupełnienie tekstu brakującymi słowami.

Początkowo rozpuszczanie otrzymanego w kolbie amoniaku zachodzi bardzo powoli, ponieważ dyfunduje przez     rurkę do wody (z wywarem z    ). Im więcej jednak amoniaku rozpuści się w wodzie, tym większy jest jego     w kolbie. Ubytek powoduje spadek     w kolbie, przez co poziom cieczy w rurce    . W końcu woda dostaje się do kolby, co powoduje lawinowy     szybkości rozpuszczania amoniaku. Zmiana barwy cieczy w kolbie świadczy o     odczynie wodnego roztworu    , który powstaje.

zasadowym     amoniaku     szeroką     cienką     czerwonej kapusty     ciśnienia     ubytek     spadek     kwasowym     wzrost     podnosi się     obniża się

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Podsumowanie

- Wodorotlenki rozpuszczalne w wodzie rozpadają się na jony: kationy metalu i aniony wodorotlenkowe.

- Wodne roztwory wodorotlenków przewodzą prąd elektryczny – są elektrolitami.

- Ładunek jonu zapisuje się, podając za symbolem w indeksie górnym najpierw cyfrę, a potem znak jonu (jedynkę się pomija), np.

, . Liczbę takich samych jonów zapisuje się za pomocą współczynnika przed symbolem,

np. .

- Anion wodorotlenkowy ma zawsze ładunek jednoujemny.

Słownik

Svante Arrhenius

Źródło: Photogravure Meisenbach Riffarth & Co. Leipzig, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, domena publiczna.

Svante Arrhenius

1859.02.19 Uppsala – 1927.10.2 Sztokholm

Szwedzki fizykochemik. Twórca teorii dysocjacji elektrolitycznej. Zajmował się badaniem wpływu ilości tlenku węgla(

) w powietrzu atmosferycznym na temperaturę przy powierzchni Ziemi. Laureat Nagrody Nobla w dziedzinie chemii (w ).

dysocjacja elektrolityczna

rozpad związków chemicznych na jony pod wpływem wody

elektrolity

substancje, których wodne roztwory przewodzą prąd elektryczny

solwatacja

otaczanie jonów lub cząsteczek w roztworze cząsteczkami rozpuszczalnika

wodorotlenki

związki chemiczne o budowie jonowej; zbudowane z kationów metali i anionów wodorotlenkowych

zasady

wodne roztwory rozpuszczalnych w wodzie wodorotlenków; wodorotlenki 1. grupy i niektóre wodorotlenki 2. grupy, rozpuszczając się w wodzie, tworzą zasady, czyli wodorotlenki w postaci zdysocjowanej

Uwaga: Wyjątek stanowi zasada amonowa o wzorze

, która stanowi roztwór powstały na skutek dysocjacji amoniaku (azanu), niebędącego wodorotlenkiem; amoniak pod wpływem wody dysocjuje na kation amonu () i anion wodorotlenkowy ().

Ćwiczenia

Pokaż ćwiczenia:

Ćwiczenie 1

Zaznacz poprawne dokończenie poniższego zdania.

Wodorotlenki rozpuszczalne w wodzie dysocjują na

Zaznacz prawidłową odpowiedź.

- kationy wodoru i aniony wodorotlenkowe.

- kationy wodoru i kationy metalu.

- kationy niemetalu i aniony wodorotlenkowe.

- kationy metalu i aniony wodorotlenkowe.

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 2

Zaznacz poprawne dokończenie poniższego zdania.

Prądu elektrycznego prawie nie przewodzi

Zaznacz prawidłową odpowiedź.

- zasada wapniowa.

- zasada potasowa.

- woda destylowana.

- zasada sodowa.

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 3

Uzupełnij modelowy zapis dysocjacji wodorotlenku wapnia. Wstaw poszczególne elementy we właściwe miejsca.

Aplikacja interaktywna w formie układanki. W górnej części znajduje się napis Dysocjacja wodorotlenku wapnia. W centralnej części okna znajduje się równanie rozkładu na jony pod wpływem wody, w którym związek początkowy oraz umieszczona nad symbolem strzałki równania woda zapisane są w postaci modeli. Rozbijany związek składa się z pięciu atomów: jednego w samym środku cząsteczki, dwóch po lewej i dwóch identycznych po prawej. Prawa strona równania jest pusta, znajduje się tam miejsca na dwa jony. Pierwszy jon zawiera jeden atom, a górny indeks opisujący jego ładunek jest dwuznakowy. Drugi jon zawiera dwa atomy, jego górny indeks opisujący ładunek jest jednoznakowy, a przed miejscem na symbole atomów znajduje się miejsce na cyfrowy indeks liczby jonów będących rezultatem reakcji. W dolnej części okna aplikacji na tle zielonkawego prostokąta znajdują się koła z symbolami atomów oraz prostokąty z cyframi oraz znakami plus i minus. Symbole atomów to, licząc od lewej: Mg, Ca, O oraz H. Następujące po nich prostokąty oznaczone są cyframi: cztery, trzy, dwa oraz znakami plus oraz minus. Zadaniem użytkownika jest uzupełnienie właściwymi elementami zapisu reakcji poprzez wybranie odpowiednich i przeciągnięcie ich w przeznaczone dla nich miejsce. Weryfikacji ustawień dokonuje się naciskając przycisk Sprawdź w prawym dolnym rogu okna.

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/b/P7ua37psU

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 4

Przeciągając lub wybierając z listy odpowiednie elementy, uzupełnij schemat ogólny oraz równania procesu dysocjacji elektrolitycznej wodorotlenków.

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 5

Uzupełnij modelowy zapis dysocjacji wodorotlenku sodu. Wstaw poszczególne elementy we właściwe miejsca.

Aplikacja interaktywna w formie układanki. W górnej części znajduje się napis Dysocjacja wodorotlenku sodu. W centralnej części okna znajduje się równanie rozkładu na jony pod wpływem wody. Równanie przedstawione jest dwojako: u góry w formie tradycyjnego wzoru chemicznego, a u dołu w postaci schematu modelowego. W obu przypadkach równanie jest puste, znajdują się tam tylko znaki strzałki i plusa oraz miejsca do przeciągnięcia elementów z dolnego paska. W tradycyjnie zapisanym równaniu przewidziano po jednym miejscu dla symboli atomów, jonów i ładunków jonów. W zapisie modelowym każde miejsce odpowiada pełnemu modelowi. W dolnej części okna aplikacji, na tle szarego prostokąta znajdują się małe prostokąty z symbolami pierwiastków K, O, H i Na oraz symbolami plus i minus. Obok znajdują się następujące modele trójelementowy podpisany jako , trójelementowy model wody bez podpisów, jednoelementowy , dwuelementowy oraz pięcioelementowy bez podpisów. Zadaniem użytkownika jest uzupełnienie właściwymi elementami zapisu reakcji poprzez wybranie odpowiednich i przeciągnięcie ich w przeznaczone dla nich miejsce. Weryfikacji ustawień dokonuje się naciskając przycisk Sprawdź w prawym dolnym rogu okna.

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/b/P7ua37psU

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 6

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Zaznacz, który rysunek w sposób prawidłowy przedstawia wygląd papierka uniwersalnego po zanurzeniu go w wodnych roztworach wodorotlenków.

Zaznacz prawidłową odpowiedź.

- A

- B

- C

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 7

Choose which of the following equations correctly describe the electrolytic dissociation process?

Zaznacz prawidłową odpowiedź.

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 8

Choose which of compound presented below produces lots of ions?

Zaznacz prawidłową odpowiedź.

- salts

- acids

- halogens

- bases

- neutral solution

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Bibliografia

Kulawik J., Kulawik T., Litwin M., Podręcznik do chemii dla klasy siódmej szkoły podstawowej, Warszawa 2020.

Łasiński D., Sporny Ł., Strutyńska D., Wróblewski P., Podręcznik dla klasy siódmej szkoły podstawowej, Kielce 2020.

Notatnik

Uzupełnij

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.