Выберите ряд, в котором все вещества полностью распадаются на ионы. Zn(OH)2, LiOH, Ca(OH)2; NaOH, Ba(OH)2, KOH; Mg(OH)2, NaOH, Cu(OH)2; RbOH, Ba(OH)2, Pb(OH)2

Краткий ответ: нужно отметить «Серная кислота» и «Сульфат натрия».

Ключевая мысль

Здесь два условия сразу:

1. вещество должно быть сильным электролитом — распадаться на ионы полностью (тот же принцип, что в прошлом задании);
2. среди его ионов должен быть именно сульфат-ион \(\mathrm{SO_4^{2-}}\), а не сульфит-ион \(\mathrm{SO_3^{2-}}\) и не сульфид-ион \(\mathrm{S^{2-}}\).

Сравните окончания: «сульфат» → \(\mathrm{SO_4^{2-}}\), «сульфит» → \(\mathrm{SO_3^{2-}}\), «сульфид» → \(\mathrm{S^{2-}}\).

Разбор вариантов

Проверка результата

\[ \mathrm{H_2SO_4 \rightarrow 2H^{+} + SO_4^{2-}} \] \[ \mathrm{Na_2SO_4 \rightarrow 2Na^{+} + SO_4^{2-}} \]

В обоих уравнениях справа есть \(\mathrm{SO_4^{2-}}\), и распад полный — оба вещества подходят.

Небольшая тонкость: \(\mathrm{BaSO_4}\) формально относится к сильным электролитам, но из-за крайне малой растворимости ионов в растворе ничтожно мало, поэтому в школьном курсе его считают недиссоциирующим.

Краткий ответ: всё уже разложено верно — можно нажимать «Ответить».

Слева в группе \(\mathrm{H^{+}}\): HCl, CH₃COOH, H₂SO₄. Справа в группе \(\mathrm{OH^{-}}\): NaOH, LiOH, Ba(OH)₂.

Почему так

Группа определяется тем, какой ион даёт вещество при диссоциации:

• кислоты — единственный катион у них \(\mathrm{H^{+}}\);
• основания — единственный анион у них \(\mathrm{OH^{-}}\).

\[ \mathrm{HCl \rightarrow H^{+} + Cl^{-}} \] \[ \mathrm{H_2SO_4 \rightarrow 2H^{+} + SO_4^{2-}} \] \[ \mathrm{CH_3COOH \rightleftarrows H^{+} + CH_3COO^{-}} \] \[ \mathrm{NaOH \rightarrow Na^{+} + OH^{-}} \] \[ \mathrm{LiOH \rightarrow Li^{+} + OH^{-}} \] \[ \mathrm{Ba(OH)_2 \rightarrow Ba^{2+} + 2OH^{-}} \]

На что здесь ловят

Уксусная кислота \(\mathrm{CH_3COOH}\) — слабая, распадается частично (поэтому стрелка \(\rightleftarrows\), а не \(\rightarrow\)). Но группа выбирается по виду образующегося иона, а не по полноте распада: катион у неё только \(\mathrm{H^{+}}\), значит место — в левой колонке. Так же и гидроксид бария, хотя он даёт два иона \(\mathrm{OH^{-}}\) — всё равно правая колонка.

Проверка

Кислоты слева дают только \(\mathrm{H^{+}}\) (плюс кислотный остаток), основания справа — только \(\mathrm{OH^{-}}\) (плюс катион металла). Пересечений нет, ни одна карточка не осталась лишней («Карточек больше нет») — раскладка полная и правильная.

Краткий ответ: 9 моль (в поле ввода — 9).

Решение

Нитрат кальция — сильный электролит, диссоциирует полностью:

\[ \mathrm{Ca(NO_3)_2 \rightarrow Ca^{2+} + 2NO_3^{-}} \]

Каждый катион кальция \(\mathrm{Ca^{2+}}\) приносит с собой два нитрат-иона \(\mathrm{NO_3^{-}}\), потому что заряд катиона равен \(+2\), и его нужно уравновесить двумя отрицательными зарядами.

Значит, анионов ровно в 2 раза больше, чем катионов:

\[ n(\mathrm{NO_3^{-}}) = 2 \cdot n(\mathrm{Ca^{2+}}) = 2 \cdot 4{,}5 = 9 \text{ моль} \]

Проверка через количество вещества соли

Если катионов 4,5 моль, а на одну формульную единицу соли приходится один катион, то и соли:

\[ n(\mathrm{Ca(NO_3)_2}) = 4{,}5 \text{ моль} \]

Анионов в каждой единице соли два:

\[ n(\mathrm{NO_3^{-}}) = 2 \cdot 4{,}5 = 9 \text{ моль} \]

Оба способа дают одно и то же — 9 моль.

Правило: смотри на индексы в формуле соли. В \(\mathrm{Ca(NO_3)_2}\) индекс 2 стоит у нитрат-иона, поэтому анионов вдвое больше, чем катионов.

Краткий ответ — в поле после \(\mathrm{H_2SO_3 \leftrightarrow}\) пишем:

\[ \mathrm{H^{+} + HSO_3^{-}} \]

Целиком строка выглядит так:

\[ \mathrm{H_2SO_3 \leftrightarrow H^{+} + HSO_3^{-}} \]

Почему именно так

Сернистая кислота — слабая, поэтому стрелка стоит \(\leftrightarrow\) (обратимая), а не \(\rightarrow\).

При ступенчатой диссоциации на каждой ступени отрывается только один ион \(\mathrm{H^{+}}\). На первой ступени уходит первый катион водорода, а второй остаётся в составе сложного иона:

\[ \mathrm{H_2SO_3 \leftrightarrow H^{+} + HSO_3^{-}} \]

Получившийся ион \(\mathrm{HSO_3^{-}}\) называется гидросульфит-ион (кислый остаток, в нём ещё есть водород).

Что будет на шаге 2

Вторая ступень — отрыв второго \(\mathrm{H^{+}}\) уже от гидросульфит-иона:

\[ \mathrm{HSO_3^{-} \leftrightarrow H^{+} + SO_3^{2-}} \]

Здесь образуется сульфит-ион \(\mathrm{SO_3^{2-}}\) — обратите внимание: именно \(\mathrm{SO_3^{2-}}\) (сульфит), а не \(\mathrm{SO_4^{2-}}\) (сульфат), как у серной кислоты.

Проверка

Считаем заряды в первой ступени: слева молекула нейтральна, заряд \(0\); справа \((+1) + (-1) = 0\). Атомы тоже сходятся: 2 H, 1 S, 3 O слева и справа.

Запомните алгоритм: на каждой ступени выписываем один \(\mathrm{H^{+}}\) и остаток, у которого забрали ровно один водород, — так уравнение не «перескочит» через ступень.

Краткий ответ: в поле 0,09 моль.

Расчёт

Основание однокислотное, поэтому на каждую продиссоциировавшую формульную единицу приходится один ион \(\mathrm{OH^{-}}\):

\[ \mathrm{KOH \rightarrow K^{+} + OH^{-}} \]

Степень диссоциации \(\alpha = 90\% = 0{,}9\) показывает, какая доля молекул распалась. Значит,

\[ n(\mathrm{OH^{-}}) = n(\mathrm{KOH}) \cdot \alpha = 0{,}1 \cdot 0{,}9 = 0{,}09 \text{ моль} \]

Проверка

\(0{,}09\) моль — это меньше \(0{,}1\) моль, и это правильно: распалась не вся соль, а 90 % от неё. Оставшиеся 10 % (\(0{,}01\) моль) остались недиссоциированными.

Забегая вперёд — шаги 2 и 3

Для \(\mathrm{NH_4OH}\):

\[ n(\mathrm{OH^{-}}) = 0{,}01 \cdot 0{,}015 = 0{,}00015 \text{ моль} \]

Отношение:

\[ \frac{0{,}09}{0{,}00015} = 600 \]

То есть в целом задании ответ — в 600 раз. Дело в том, что \(\mathrm{NH_4OH}\) — слабое основание (\(\alpha = 1{,}5\%\)), а \(\mathrm{KOH}\) — сильное (\(\alpha = 90\%\)): разница в степени диссоциации в 60 раз умножается ещё на разницу в концентрациях в 10 раз.

Краткий ответ — в поле после \(\mathrm{HSO_3^{-} \leftrightarrow}\) пишем:

\[ \mathrm{H^{+} + SO_3^{2-}} \]

Целиком строка:

\[ \mathrm{HSO_3^{-} \leftrightarrow H^{+} + SO_3^{2-}} \]

Почему так

Это вторая ступень диссоциации сернистой кислоты. На каждой ступени отрывается ровно один \(\mathrm{H^{+}}\):

• шаг 1: \(\mathrm{H_2SO_3 \leftrightarrow H^{+} + HSO_3^{-}}\) — получили гидросульфит-ион;
• шаг 2: у гидросульфит-иона забираем оставшийся водород → \(\mathrm{H^{+} + SO_3^{2-}}\), это сульфит-ион.

Стрелка \(\leftrightarrow\) остаётся, потому что сернистая кислота — слабый электролит.

Проверка

Считаем заряды: слева \((-1)\), справа \((+1) + (-2) = -1\). Сходится. Атомы: 1 H, 1 S, 3 O слева и справа — тоже сходится.

Не путайте

\(\mathrm{SO_3^{2-}}\) — сульфит (сернистая кислота \(\mathrm{H_2SO_3}\)). А \(\mathrm{SO_4^{2-}}\) — сульфат (серная кислота \(\mathrm{H_2SO_4}\)). Здесь нужен именно \(\mathrm{SO_3^{2-}}\) с тройкой.

Краткий ответ: порядок такой (по возрастанию числа ионов):

На скриншоте карточки со 2-го по 5-е место уже стоят правильно: \(\mathrm{HCl}\) → \(\mathrm{Ba(OH)_2}\) → \(\mathrm{AlCl_3}\) → \(\mathrm{Al_2(SO_4)_3}\), и числа над ними (2, 3, 4, 5) совпадают с числом ионов.

Как считать число ионов

1. Записываем уравнение диссоциации.
2. Считаем все частицы справа с учётом коэффициентов — и катионы, и анионы.

\[ \mathrm{HCl \rightarrow H^{+} + Cl^{-}} \quad (1+1=2) \] \[ \mathrm{Ba(OH)_2 \rightarrow Ba^{2+} + 2OH^{-}} \quad (1+2=3) \] \[ \mathrm{AlCl_3 \rightarrow Al^{3+} + 3Cl^{-}} \quad (1+3=4) \] \[ \mathrm{Al_2(SO_4)_3 \rightarrow 2Al^{3+} + 3SO_4^{2-}} \quad (2+3=5) \]

Все четыре вещества — сильные электролиты (кислота, растворимое основание, растворимые соли), поэтому распадаются полностью, и коэффициенты перед ионами — это и есть их количества.

Проверка

Числа идут строго по возрастанию: \(2 < 3 < 4 < 5\). Значит, первым должно стоять вещество с меньшим, чем 2, числом ионов — то есть неэлектролит с 0 ионов.

Один вопрос: какая карточка стоит самой первой (она ушла за левый край экрана, её не видно)? Если там сахар, глюкоза или спирт — всё расставлено верно, можно нажимать «Ответить». Если другое вещество — напиши его, и я скажу, нужно ли менять порядок.

Краткий ответ: в поле вводим 1,5 — то есть получается \(1{,}5\cdot 10^{-4}\) моль.

Расчёт

\(\mathrm{NH_4OH}\) — однокислотное основание, поэтому на каждую продиссоциировавшую единицу приходится один ион \(\mathrm{OH^{-}}\):

\[ \mathrm{NH_4OH \rightarrow NH_4^{+} + OH^{-}} \]

Значит, количество гидроксид-ионов равно числу распавшихся молекул:

\[ n(\mathrm{OH^{-}}) = 0{,}01 \cdot 0{,}015 = 0{,}00015 \text{ моль} \]

Перевод в нужный формат

В поле уже стоит множитель \(\cdot 10^{-4}\) моль, поэтому в окошко пишем коэффициент, а не само число. Делим:

\[ 0{,}00015 : 10^{-4} = 1{,}5 \]

Проверка: \(1{,}5 \cdot 10^{-4} = 0{,}00015\) моль — сходится.

Значение \(0{,}00015\) моль из прошлого шага верное, просто здесь его нужно записать через степень десятки. Правило простого перевода: сдвигаем запятую на 4 знака вправо, получаем \(1{,}5\).

Для шага 3

\[ \frac{0{,}09}{0{,}00015} = 600 \]

Ответ задания: в 600 раз больше.

Краткий ответ: в поле вводим 600.

Расчёт по шагам

Оба основания однокислотные, поэтому на каждую продиссоциировавшую единицу приходится один ион \(\mathrm{OH^{-}}\):

\[ \mathrm{KOH \rightarrow K^{+} + OH^{-}}, \qquad \mathrm{NH_4OH \rightarrow NH_4^{+} + OH^{-}} \]

1) Количество \(\mathrm{OH^{-}}\) от KOH (сильное основание, \(\alpha = 90\% = 0{,}9\)):

\[ n_1(\mathrm{OH^{-}}) = 0{,}1 \cdot 0{,}9 = 0{,}09 \text{ моль} \]

2) Количество \(\mathrm{OH^{-}}\) от NH₄OH (слабое основание, \(\alpha = 1{,}5\% = 0{,}015\)):

\[ n_2(\mathrm{OH^{-}}) = 0{,}01 \cdot 0{,}015 = 0{,}00015 \text{ моль} \]

3) Отношение:

\[ \frac{0{,}09}{0{,}00015} = 600 \]

Проверка

\(0{,}00015 \cdot 600 = 0{,}09\) — сходится, значит ответ 600.

Откуда берётся такая большая разница

Отношение распадается на два множителя:

\[ \frac{n_1}{n_2} = \underbrace{\frac{0{,}1}{0{,}01}}_{10} \cdot \underbrace{\frac{0{,}9}{0{,}015}}_{60} = 600 \]

То есть соли KOH взяли в 10 раз больше, да ещё и распалась она в 60 раз полнее. Именно поэтому сильные электролиты дают на порядки больше ионов, чем слабые при той же примерно концентрации.