1. Записывают формулы веществ, вступивших в реакцию, ставят знак «равно» и записывают формулы образовавшихся веществ. Расставляют коэффициенты.

2. Пользуясь таблицей растворимости, записывают в ионном виде формулы веществ (солей, кислот, оснований), обозначенных в таблице растворимости буквой «Р» (хорошо растворимые в воде), исключение – гидроксид кальция, который, хотя и обозначен буквой «М», все же в водном растворе хорошо диссоциирует на ионы.

3. Нужно помнить, что на ионы не разлагаются металлы, оксиды металлов и неметаллов, вода, газообразные вещества, нерастворимые в воде соединения, обозначенные в таблице растворимости буквой «Н». Формулы этих веществ записывают в молекулярном виде. Получают полное ионное уравнение.

4. Сокращают одинаковые ионы до знака «равно» и после него в уравнении. Получают сокращенное ионное уравнение.

5. Помните!

Р - растворимое вещество;

М - малорастворимое вещество;

ТР - таблица растворимости.

Алгоритм составления реакций ионного обмена (РИО)

в молекулярном, полном и кратком ионном виде

Примеры составления реакций ионного обмена

1. Если в результате реакции выделяется малодиссоциирующее (мд) вещество – вода.

В данном случае полное ионное уравнение совпадает с сокращенным ионным уравнением.

2. Если в результате реакции выделяется нерастворимое в воде вещество.

В данном случае полное ионное уравнение реакции совпадает с сокращенным. Эта реакция протекает до конца, о чем свидетельствуют сразу два факта: образование вещества, нерастворимого в воде, и выделение воды.

3. Если в результате реакции выделяется газообразное вещество.

ВЫПОЛНИТЕ ЗАДАНИЯ ПО ТЕМЕ "РЕАКЦИИ ИОННОГО ОБМЕНА"

Задание №1.
Определите, может ли осуществляться взаимодействие между растворами следующих веществ, записать реакциив молекулярном,полном, кратком ионном виде:
гидроксид калия и хлорид аммония.

Решение

Составляем химические формулы веществ по их названиям, используя валентности и записываем РИО в молекулярном виде (проверяем растворимость веществ по ТР):

KOH + NH4 Cl = KCl + NH4 OH

так как NH4 OH неустойчивое вещество и разлагается на воду и газ NH3 уравнение РИО примет окончательный вид

KOH (p) + NH4 Cl (p) = KCl (p) + NH3 + H2 O

Cоставляем полное ионное уравнение РИО, используя ТР (не забывайте в правом верхнем углу записывать заряд иона):

K+ + OH- + NH4 + + Cl- = K+ + Cl- + NH3 + H2 O

Cоставляем краткое ионное уравнение РИО, вычёркивая одинаковые ионы до и после реакции:

OH - + NH4 + = NH3 + H2 O

Делаем вывод:
Взаимодействие между растворами следующих веществ может осуществляться, так как продуктами данной РИО являются газ (NH3 ) и малодиссоциирующее вещество вода (H2 O).

Задание №2

Дана схема:

2H + + CO3 2- = H 2 O + CO 2

Подберите вещества, взаимодействие между которыми в водных растворах выражается следующими сокращёнными уравнениями. Составьте соответствующие молекулярное и полное ионное уравнения.

Используя ТР подбираем реагенты - растворимые в воде вещества, содержащие ионы 2H + и CO 3 2- .

Например, кислота - H 3 PO 4 (p) и соль -K 2 CO 3 (p).

Составляем молекулярное уравнение РИО:

2H 3 PO 4 (p) +3 K 2 CO 3 (p) -> 2K 3 PO 4 (p) + 3H 2 CO 3 (p)

так как угольная кислота – неустойчивое вещества, она разлагается на углекислый газ CO 2 и воду H 2 O, уравнение примет окончательный вид:

2H 3 PO 4 (p) +3 K 2 CO 3 (p) -> 2K 3 PO 4 (p) + 3CO 2 + 3H 2 O

Составляем полное ионное уравнение РИО:

6H + +2PO 4 3- + 6K + + 3CO 3 2- -> 6K + + 2PO 4 3- + 3CO 2 + 3H 2 O

Составляем краткое ионное уравнение РИО:

6H + +3CO 3 2- = 3CO 2 + 3H 2 O

2H + +CO 3 2- = CO 2 + H 2 O

Делаем вывод:

В конечном итоге мы получили искомое сокращённое ионное уравнение, следовательно, задание выполнено верно.

Задание №3

Запишите реакцию обмена между оксидом натрия и фосфорной кислотой в молекулярном, полном и кратком ионном виде.

1. Составляем молекулярное уравнение, при составлении формул учитываем валентности (см. ТР)

3Na 2 O (нэ) + 2H 3 PO 4 (р) -> 2Na 3 PO 4 (р) + 3H 2 O (мд)

где нэ - неэлектролит, на ионы не диссоциирует,
мд - малодиссоциирующее вещество, на ионы не раскладываем, вода - признак необратимости реакции

2. Составляем полное ионное уравнение:

3Na 2 O + 6H + + 2PO 4 3- -> 6Na + + 2PO4 3- + 3H 2 O

3. Сокращаем одинаковые ионы и получаем краткое ионное уравнение:

3Na 2 O + 6H + -> 6Na + + 3H 2 O
Сокращаем коэффициенты на три и получаем:
Na 2 O + 2H + -> 2Na + + H 2 O

Данная реакция необратима, т.е. идёт до конца, так как в продуктах образуется малодиссоциирующее вещество вода.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Задание №1

Взаимодействие карбоната натрия и серной кислоты

Составьте уравнение реакции ионного обмена карбоната натрия с серной кислотой в молекулярном, полном и кратком ионном виде.

Задание №2

ZnF 2 + Ca(OH) 2 ->
K 2 S + H 3 PO 4 ->

Задание №3

Посмотрите следующий эксперимент

Осаждение сульфата бария

Составьте уравнение реакции ионного обмена хлорида бария с сульфатом магния в молекулярном, полном и кратком ионном виде.

Задание №4

Закончите уравнения реакций в молекулярном, полном и кратком ионном виде:

Hg(NO 3 ) 2 + Na 2 S ->
K 2 SO 3 + HCl ->

При выполнении задания используйте таблицу растворимости веществ в воде. Помните об исключениях!

Реакции обмена между растворами электролитов
Реакции, идущие с образованием осадка. В одну пробирку налейте 3-4 мл раствора сульфата меди(И), во вторую - столько же раствора хлорида кальция, а в третью - сульфата алюминия. В первую пробирку добавьте немного раствора гидроксида натрия, во вторую - раствор ортофосфата натрия, а в третью - раствор нитрата бария. Во всех пробирках образуются осадки.
Задание. Составьте уравнения реакций в молекулярном, ионном и сокращенном ионном виде. Объясните, почему образовались осадки. Растворы каких еще веществ можно прилить в пробирки, чтобы выпали осадки? Составьте уравнения этих реакций в молекулярном, ионном и сокращенном ионном виде.
Реакции, идущие с выделением газа. В одну пробирку налейте 3-4 мл раствора сульфита натрия, во вторую - такой же объем раствора карбоната натрия. В каждую из них добавьте столько же серной кислоты. В первой пробирке выделяется газ с острым запахом, во второй - газ без запаха.
Задание. Составьте уравнения происходящих реакций в молекулярном, ионном и сокращенном ионном виде. Подумайте, какими еще кислотами можно было подействовать на данные растворы, чтобы получить аналогичные результаты. Составьте уравнения этих реакций в молекулярном, ионном и сокращенном ионном виде.
Реакции, идущие с образованием малодиссоциирующего вещества. В одну пробирку налейте 3-4 мл раствора гидроксида натрия и добавьте две-три капли фенолфталеина. Раствор приобретает малиновый цвет. Затем прилейте соляную или серную кислоту до обесцвечивания.
В другую пробирку налейте примерно 10 мл сульфата меди(II) и добавьте немного раствора гидроксида натрия. Образуется голубой осадок гидроксида меди(II). Прилейте в пробирку серную кислоту до растворения осадка.
Задание. Составьте уравнения происходящих реакций в молекулярном, ионном и сокращенном ионном виде. Поясните, почему в первой пробирке произошло обесцвечивание, а во второй - растворение осадка. Каким общим свойством обладают растворимые и нерастворимые основания?
Качественная реакция на хлорид-ион. В одну пробирку налейте 1-2 мл разбавленной соляной кислоты, во вторую - столько же раствора хлорида натрия, а в третью - раствор хлорида кальция. Во все пробирки добавьте по нескольку капель раствора нитрата серебра(I) AgNO3. Проверьте, растворяется ли выпавший осадок в концентрированной азотной кислоте.
Задание. Напишите уравнения соответствующих химических реакций в молекулярном, ионном и сокращенном ионном виде. Подумайте, как можно отличить: а) соляную кислоту от других кислот; б) хлориды от других солей; в) растворы хлоридов от соляной кислоты. Почему вместо раствора нитрата серебра(I) можно также использовать раствор нитрата свинца(II)?

Реакции ионного обмена — реакции в водных растворах между электролитами, протекающие без изменений степеней окисления образующих их элементов

Необходимым условием протекания реакции между электролитами (солями, кислотами и основаниями) является образование малодиссоциирующего вещества (вода, слабая кислота, гидроксид аммония), осадка или газа.

Расcмотрим реакцию, в результате которой образуется вода. К таким реакциям относятся все реакции между любой кислотой и любым основанием. Например, взаимодействие азотной кислоты с гидроксидом калия:

HNO 3 + KOH = KNO 3 + H 2 O (1)

Исходные вещества, т.е. азотная кислота и гидроксид калия, а также один из продуктов, а именно нитрат калия, являются сильными электролитами, т.е. в водном растворе они существуют практически только в виде ионов. Образовавшаяся вода относится к слабым электролитам, т.е. практически не распадается на ионы. Таким образом, более точно переписать уравнение выше можно, указав реальное состояние веществ в водном растворе, т.е. в виде ионов:

H + + NO 3 − + K + + OH ‑ = K + + NO 3 − + H 2 O (2)

Как можно заметить из уравнения (2), что до реакции, что после в растворе находятся ионы NO 3 − и K + . Другими словами, по сути, нитрат-ионы и ионы калия никак не участвовали в реакции. Реакция произошла только благодаря объединению частиц H + и OH − в молекулы воды. Таким образом, произведя алгебраически сокращение одинаковых ионов в уравнении (2):

H + + NO 3 − + K + + OH ‑ = K + + NO 3 − + H 2 O

мы получим:

H + + OH ‑ = H 2 O (3)

Уравнения вида (3) называют сокращенными ионными уравнениями , вида (2) — полными ионными уравнениями , а вида (1) — молекулярными уравнениями реакций .

Фактически ионное уравнение реакции максимально отражает ее суть, именно то, благодаря чему становится возможным ее протекание. Следует отметить, что одному сокращенному ионному уравнению могут соответствовать множество различных реакций. Действительно, если взять, к примеру, не азотную кислоту, а соляную, а вместо гидроксида калия использовать, скажем, гидроксид бария, мы имеем следующее молекулярное уравнение реакции:

2HCl+ Ba(OH) 2 = BaCl 2 + 2H 2 O

Соляная кислота, гидроксид бария и хлорид бария являются сильными электролитами, то есть существуют в растворе преимущественно в виде ионов. Вода, как уже обсуждалось выше, – слабый электролит, то есть существует в растворе практически только в виде молекул. Таким образом, полное ионное уравнение данной реакции будет выглядеть следующим образом:

2H + + 2Cl − + Ba 2+ + 2OH − = Ba 2+ + 2Cl − + 2H 2 O

Сократим одинаковые ионы слева и справа и получим:

2H + + 2OH − = 2H 2 O

Разделив и левую и правую часть на 2, получим:

H + + OH − = H 2 O,

Полученное сокращенное ионное уравнение полностью совпадает с сокращенными ионным уравнением взаимодействия азотной кислоты и гидроксида калия.

При составлении ионных уравнений в виде ионов записывают только формулы:

1) сильных кислот (HCl, HBr, HI, H 2 SO 4 , HNO 3 , HClO 4) (список сильных кислот надо выучить!)

2) сильных оснований (гидроксиды щелочных (ЩМ) и щелочно-земельных металлов(ЩЗМ))

3) растворимых солей

В молекулярном виде записывают формулы:

1) Воды H 2 O

2) Слабых кислот (H 2 S, H 2 CO 3 , HF, HCN, CH 3 COOH (и др. практически все органические))

3) Слабых оcнований (NH 4 OH и практически все гидроксиды металлов кроме ЩМ и ЩЗМ

4) Малорастворимых солей (↓) («М» или «Н» в таблице растворимости).

5) Оксидов (и др. веществ, не являющихся электролитами)

Попробуем записать уравнение между гидроксидом железа (III) и серной кислотой. В молекулярном виде уравнение их взаимодействия записывается следующим образом:

2Fe(OH) 3 + 3H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O

Гидроксиду железа (III) соответствует в таблице растворимости обозначение «Н», что говорит нам о его нерастворимости, т.е. в ионном уравнении его надо записывать целиком, т.е. как Fe(OH) 3 . Серная кислота растворима и относится к сильным электролитам, то есть существует в растворе преимущественно в продиссоциированном состоянии. Сульфат железа (III), как и практически все другие соли, относится к сильным электролитам, и, поскольку он растворим в воде, в ионном уравнении его нужно писать в виде ионов. Учитывая все вышесказанное, получаем полное ионное уравнение следующего вида:

2Fe(OH) 3 + 6H + + 3SO 4 2- = 2Fe 3+ + 3SO 4 2- + 6H 2 O

Сократив сульфат-ионы слева и справа, получаем:

2Fe(OH) 3 + 6H + = 2Fe 3+ + 6H 2 O

разделив обе части уравнения на 2 получаем сокращенное ионное уравнение:

Fe(OH) 3 + 3H + = Fe 3+ + 3H 2 O

Теперь давайте рассмотрим реакцию ионного обмена, в результате которой образуется осадок. Например, взаимодействие двух растворимых солей:

Все три соли – карбонат натрия, хлорид кальция, хлорид натрия и карбонат кальция (да-да, и он тоже) – относятся к сильным электролитам и все, кроме карбоната кальция, растворимы в воде, т.е. есть участвуют в данной реакции в виде ионов:

2Na + + CO 3 2- + Ca 2+ + 2Cl − = CaCO 3 ↓+ 2Na + + 2Cl −

Сократив одинаковые ионы слева и справа в данном уравнении, получим сокращенное ионное:

CO 3 2- + Ca 2+ = CaCO 3 ↓

Последнее уравнение отображает причину взаимодействия растворов карбоната натрия и хлорида кальция. Ионы кальция и карбонат-ионы объединяются в нейтральные молекулы карбоната кальция, которые, соединяясь друг с другом, порождают мелкие кристаллы осадка CaCO 3 ионного строения.

Примечание важное для сдачи ЕГЭ по химии Чтобы реакция соли1 с солью2 протекала, помимо базовых требований к протеканиям ионных реакций (газ, осадок или вода в продуктах реакции), на такие реакции накладывается еще одно требование – исходные соли должны быть растворимы. То есть, например, CuS + Fe(NO 3) 2 ≠ FeS + Cu(NO 3) 2 реакция не идет, хотя FeS – потенциально мог бы дать осадок, т.к. нерастворим. Причина того что реакция не идет – нерастворимость одной из исходных солей (CuS). А вот, например, Na 2 CO 3 + CaCl 2 = CaCO 3 ↓+ 2NaCl протекает, так как карбонат кальция нерастворим и исходные соли растворимы. То же самое касается взаимодействия солей с основаниями. Помимо базовых требований к протеканию реакций ионного обмена, для того чтобы соль с основанием реагировали необходима растворимость их обоих. Таким образом: Cu(OH) 2 + Na 2 S – не протекает, т.к. Cu(OH) 2 нерастворим, хотя потенциальный продукт CuS был бы осадком. А вот реакция между NaOH и Cu(NO 3) 2 протекает, так оба исходных вещества растворимы и дают осадок Cu(OH) 2: 2NaOH + Cu(NO 3) 2 = Cu(OH) 2 ↓+ 2NaNO 3 Внимание! Ни в коем случае не распространяйте требование растворимости исходных веществ дальше реакций соль1+ соль2 и соль + основание. Например, с кислотами выполнение этого требования не обязательно. В частности, все растворимые кислоты прекрасно реагируют со всеми карбонатами, в том числе нерастворимыми. Другими словами: 1)Соль1+ соль2 — реакция идет если исходные соли растворимы, а в продуктах есть осадок 2) Соль + гидроксид металла – реакция идет, если в исходные вещества растворимы и в продуктах есть садок или гидроксид аммония.

Рассмотрим третье условие протекания реакций ионного обмена – образование газа. Строго говоря, только в результате ионного обмена образование газа возможно лишь в редких случаях, например, при образовании газообразного сероводорода:

K 2 S + 2HBr = 2KBr + H 2 S

В большинстве же остальных случаев газ образуется в результате разложения одного из продуктов реакции ионного обмена. Например, нужно точно знать в рамках ЕГЭ, что с образованием газа в виду неустойчивости разлагаются такие продукты, как H 2 CO 3 , NH 4 OH и H 2 SO 3:

H 2 CO 3 = H 2 O + CO 2

NH 4 OH = H 2 O + NH 3

H 2 SO 3 = H 2 O + SO 2

Другими словами, если в результате ионного обмена образуются угольная кислота, гидроксид аммония или сернистая кислота, реакция ионного обмена протекает благодаря образованию газообразного продукта:

Запишем ионные уравнения для всех указанных выше реакций, приводящих к образованию газов. 1) Для реакции:

K 2 S + 2HBr = 2KBr + H 2 S

В ионном виде будут записываться сульфид калия и бромид калия, т.к. являются растворимыми солями, а также бромоводородная кислота, т.к. относится к сильным кислотам. Сероводород же, являясь малорастворимым и плохо диссоциирцющим на ионы газом, запишется в молекулярном виде:

2K + + S 2- + 2H + + 2Br — = 2K + + 2Br — + H 2 S

Сократив одинаковые ионы получаем:

S 2- + 2H + = H 2 S

2) Для уравнения:

Na 2 CO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 O + CO 2

В ионном виде запишутся Na 2 CO 3 , Na 2 SO 4 как хорошо растворимые соли и H 2 SO 4 как сильная кислота. Вода является малодиссоциирующим веществом, а CO 2 и вовсе неэлектролит, поэтому их формулы будут записываться в молекулярном виде:

2Na + + CO 3 2- + 2H + + SO 4 2- = 2Na + + SO 4 2 + H 2 O + CO 2

CO 3 2- + 2H + = H 2 O + CO 2

3) для уравнения:

NH 4 NO 3 + KOH = KNO 3 + H 2 O + NH 3

Молекулы воды и аммиака запишутся целиком, а NH 4 NO 3 , KNO 3 и KOH запишутся в ионном виде, т.к. все нитраты являются хорошо растворимыми солями, а KOH является гидроксидом щелочного металла, т.е. сильным основанием:

NH 4 + + NO 3 − + K + + OH − = K + + NO 3 − + H 2 O + NH 3

NH 4 + + OH − = H 2 O + NH 3

Для уравнения:

Na 2 SO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O + SO 2

Полное и сокращенное уравнение будут иметь вид:

2Na + + SO 3 2- + 2H + + 2Cl − = 2Na + + 2Cl − + H 2 O + SO 2

Задача 1 . Рассчитать концентрацию ионов водорода в растворе HCN (С м = 10 -3 М), если  = 4,2∙10 -3 .

Решение: Диссоциация цианистоводородной кислоты протекает по уравнению HCN ↔ H + + CN - ; концентрации ионов и в растворе равны между собой (т.к.  Н+ :  С N - = 1:1, где

 - стехиометрические коэффициенты) т.е. = =  C м, моль/л; Тогда = = 4,2∙10 -3 ∙ 10 -3 = 4,210 -7 моль/л.

Решение : Гидроксид аммония диссоциирует следующим образом:

NH 4 OH ↔ NH 4 + + OH - , константа диссоциации имеет вид

К д =;

концентрации ионов аммония и гидроксида совпадают ( (NH 4 +) : (OH -) = 1:1), обозначим их за х :

= = х моль/л , тогда выражение для К д примет вид

1,810 -5 = х 2 / 0,01-х . Считая, что х << С м, решаем уравнение

1,810 -5 =x 2 / 0,01, относительно х : х =
=4,2∙10 -4 моль/л; = 4,2∙10 -4 моль/л.

Концентрации ионов водорода и гидроксида связаны через ионное произведение воды К w = =10 -14 , выразим концентрацию ионов водорода = K w / и рассчитаем её значение:

110 -14 /4,210 -4 = 2,310 -11 моль/л.

Задача 3 . Определить рН раствора НСl ( =1), если С м =2∙10 -3 М

Решение: Диссоциация соляной кислоты протекает по уравнению

HCl  H + + Cl - , концентрация ионов водорода =  C м =1∙2∙10 -3 = =2∙10 -3 моль/л. Водородный показатель рН = - lg = - lg2∙10 -3 = 2,7.

Задача 4 . Определить молярную концентрацию гидроксида аммония, если рН=11, а Кд=1,8∙10 -5 .

Решение: Концентрация ионов водорода =10 - pH =10 -11 моль/л. Из ионного произведения воды определяем концентрацию = K w / = 10 -14 /10 -11 =10 -3 моль/л. Гидроксид аммония - слабое основание и характеризуется уравнением реакции диссоциации

NH 4 OH ↔ NH 4 + + OH - . Выражение для константы диссоциации

К д =.

из закона Оствальда следует, что = =  ∙C м, а К д =  2 С м. Объединяя уравнения, получимС м = 2 /K д = 10 -6 / 1.8∙10 -5 = 0,056 моль/л

Произведение растворимости

Вещества, в зависимости от своей природы, обладают различной растворимостью в воде, которая колеблется от долей миллиграмма до сотен граммов на литр. Трудно растворимые электролиты образуют насыщенные растворы очень маленьких концентраций, поэтому можно считать, что степень их диссоциации достигает единицы. Таким образом, насыщенный раствор труднорастворимого электролита представляет собой систему, состоящую из собственно раствора, находящегося в равновесии с осадком растворенного вещества. При постоянных внешних условиях скорость растворения осадка равна скорости процесса кристаллизации: К n А m ↔ n К + m + m A - n (1)

осадок раствор

Для описания этого гетерогенного равновесного процесса используют константу равновесия, называемую произведением растворимости ПР = n m , где и – концентрации ионов в насыщенном растворе (моль/л). Например:

AgCl= Ag + +Cl - , ПР = ; здесь n=m =1.

PbI 2 = Pb 2+ +2I - , ПР = 2 ; здесь n =1, m =2.

ПР зависит от природы растворенного вещества и температуры. ПР является табличной величиной. Зная ПР, можно вычислить концентрацию насыщенного раствора вещества, а также оценить его растворимость в г на 100 мл воды (величинаs , приводимая в справочной литературе) и определить возможности выпадения вещества в осадок.

Для уравнения (1) взаимосвязь концентрации насыщенного раствора трудно растовримого вещества (С м, моль/л) с величиной ПР определяется следующим уравнением:

,

где n иm –стехиометричекие коэффициенты в ур. 1.

Задача 5. Концентрация насыщенного раствора (С м)Mg(OH) 2 равна 1,1 10 -4 моль/л. Записать выражение для ПР и вычислить его величину.

Решение: В насыщенном раствореMg(OH) 2 устанавливается равновесие между осадком и растворомMg(OH) 2 ↔Mg 2+ +2OH - , для которого выражение ПР имеет вид ПР = 2 . Зная концентрации ионов, можно найти его численное значение. Учитывая полную диссоциацию

Mg(OH) 2, концентрация его насыщенного раствора С м = = 1,110 -4 моль/л, а = 2 = 2,210 -4 моль/л. Следовательно, ПР= 2 =1,1. 10 -4 (2,2 10 -4) 2 = 5,3. 10 -12 .

Задача 6. Вычислить концентрацию насыщенного раствора и ПР хромата серебра, если в 0,5 л воды растворяется 0,011 г соли.

Решение: Для определения молярной концентрации насыщенного раствораAg 2 CrO 4 воспользуемся формулойC M = , гдеm - масса растворенного вещества (г), М- молярная масса (г/моль),V - объем раствора (л). М(Ag 2 CrO 4 ) =332 г/моль. См =9,48 . 10 -5 моль/л. Растворение хромата серебра (I) сопровождается полной (=1) диссоциацией соли:Ag 2 CrO 4 ↔ 2Ag + +CrO 4 2- , ПР= 2 , где = С м = 9,48 . 10 -5 моль/л, а = 2 =1,89610 -4 .

Таким образом ПР = (1,89610 -4) 2 (9,4810 -5) = 3,410 -12 .

Задача 7 . Можно ли приготовить растворы соли СаСО 3 с концентрациями СаСО 3 С 1 =10 -2 М и С 2 = 10 -6 М, если ПР СаСО 3 = 3,810 -9 .

Решение: Зная величину ПР, можно рассчитать концентрацию

насыщенного раствора соли и, сравнив ее с предлагаемыми

концентрациями, сделать вывод о возможности или невозможности приготовления растворов. Растворение карбоната кальция протекает по схеме CaCO 3 ↔Ca 2+ +CO 3 2- В данном уравненииn = m = 1, тогда

=
≈ 6,2 10 -5 моль/л,

С 1 > С м – раствор приготовить нельзя, так как будет выпадать осадок;

С 2 < С м – раствор приготовить можно.

Реакции ионного обмена

Для растворов электролитов характерны реакции ионного обмена. Обязательным условием протекания таких реакций практически до конца является удаление из раствора тех или иных ионов вследствие:

1) образования осадка

FeSO 4 + 2 NaOH  Fe(OH) 2  + Na 2 SO 4 - молекулярное уравнение (МУ)

Fe 2+ +SO 4 2- +2Na + +2OH - Fe(OH) 2 +2Na + +SO 4 2- ионно-молекулярное уравнение (ИМУ).

Fe 2+ +2OH -  Fe(OH) 2  (ПР Fe (OH) 2 = 4,810 -16) – краткое ионно-молекулярное уравнение образования осадка;

2) выделение газа

Na 2 CO 3 + 2H 2 SO 4  H 2 CO 3 + 2NaHSO 4 (МУ)

2Na + +CO 3 2- + 2H + + 2HSO 4 -  H 2 C0 3 + 2Na + + 2HSO 4 - (ИМУ)

2H + + CO 3 2-  H 2 C0 3  H 2 O + C0 2  - ионно - молекулярное ур-е

образования летучего соединения.

3) образование слабых электролитов

а) простые вещества:

2KCN + H 2 SO 4 2HCN + K 2 SO 4 (МУ)

2K + + 2CN - + 2H + +SO 4 2-  2HCN + 2K + +SO 4 2- (ИМУ)

CN - +H + HCN(К д HCN = 7,8 10 -10) –ионно-молекулярное ур-е образования слабого электролитаHCN.

б) комплексные соединения:

ZnCl 2 + 4NH 3 Cl 2 (МУ)

Zn 2+ + 2Cl - +4NH 3  2+ + 2Cl - -(ИМУ)

Zn 2+ +4NH 3  2+ - краткое ионно-молекулярное уравнение образования комплексного катиона.

Встречаются процессы, при которых слабые электролиты или малорастворимые соединения входят в число исходных веществ и продуктов реакции. Равновесие в этом случае смещается в сторону образования веществ, имеющих наименьшую константу диссоциации или в сторону образования менее растворимого вещества:

А) NH 4 OH + HCl  NH 4 Cl + H 2 O (МУ)

NH 4 OH + H + + Cl -  NH 4 + + Cl - + H 2 O

NH 4 OH + H +  NH 4 + + H 2 O (ИМУ)

К д ( NH 4 OH) =1,8 10 -5 > К д ( H 2 O) =1,810 -16 .

Равновесие сдвинуто в сторону образования молекул воды.

Б) AgCl + NaI AgI + NaCl (МУ)

AgCl + Na + +I - AgI+ Na + +Cl -

AgCl + I - AgI + Cl - (ИМУ)

ПР AgCl =1,7810 -10 > ПР AgI =8,310 -17 .

Равновесие сдвинуто в сторону образования осадка AgI.

В) Могут встречаться процессы, в уравнениях которых есть и малорастворимое соединение и слабый электролит

MnS + 2HCl  MnCl 2 + H 2 S (МУ)

MnS + 2H + +2Cl -  Mn 2+ + 2Cl - + H 2 S

MnS + 2 H +  Mn 2+ + H 2 S (ИМУ)

ПР MnS =2,510 -10 ; =
=1,58.10 -5 моль/л

K д H 2 S = K 1 K 2 = 610 -22 ; =
=5,4.10 -8 моль/л

Связывание ионов S 2- в молекулыH 2 Sпроисходит полнее, чем вMnS, поэтому реакция протекает в прямом направлении, в сторону образованияH 2 S

Гидролиз солей

Гидролиз является результатом поляризационного взаимодействия ионов соли с их гидратной оболочкой. Гидролиз - это обменная реакция в растворе между молекулами воды и ионами соли. В результате гидролиза, благодаря образованию слабого электролита (слабой кислоты или слабого основания), изменяется ионное равновесие Н 2 О⇄Н + + ОН - из-за связывания Н + или ОН - и изменяется рН-среды. Гидролизу подвергаются соли, в состав которых входят ионы слабой кислоты или слабого основания. Соли, образованные ионами сильной кислоты и сильного основания, гидролизу не подвергаются (NaCl,Na 2 SO 4). Продуктами гидролиза могут быть слабые электролиты, малодиссоциирующие, труднорастворимые и летучие вещества. Гидролиз - стадийная реакция, в случае многозарядного иона число стадий равно его заряду. Гидролизу покатиону подвергаются соли, образованные анионами сильной кислоты и катионами слабого основания. Например, к слабым основаниям относятся гидроксидыp - иd -металлов (К д 10 -4), а также гидроксид аммония.

Хлорид цинка - соль, образованная слабым основанием Zn(OH) 2 и сильной кислотой HCl. Катион цинка имеет заряд 2+, поэтому гидролиз будет проходить в две ступени:

Zn 2+ + HOH ↔ ZnOH + + H + I ступень

ZnOH + +HOH↔ Zn(OH) 2 +H + IIступень

В результате этого взаимодействия возникает избыток ионов Н + ([Н + ]  [ОН - ]) , раствор подкисляется (рН<7).

Гидролиз по аниону . Данный тип гидролиза характерен для солей, образованных анионами слабой кислоты (К д 10 -3) и катионами сильного основания (K д >10 -3). Рассмотрим гидролиз карбоната калия - соли, образованной слабой угольной кислотойH 2 CO 3 (K д I = 4,5. 10 -7) и сильным основаниемKOH, карбоксо-анион имеет заряд (2-). Гидролиз протекает в две ступени:

CO 3 2- +H 2 O↔HCO 3 - +OH - Iступень

HCO 3 - +H 2 O↔H 2 CO 3 +OH - IIступень

В этом случае высвобождаются ионы ОН - ([Н + ]  [ОН - ]) - раствор подщелачивается (рН >7).

Необратимый гидролиз . Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой, гидролизуются по катиону и аниону. Результат гидролиза будет зависить от значения К д основания и кислоты. Рассмотрим гидролиз фторида аммония - соли, образованной слабым

основанием NH 4 OH (К д =1,8 . 10 -5) и слабой кислотой HF (К д = 6,8 . 10 -4):

NH 4 F + HOH  NH 4 OH + HF

В этом случае К д ( NH 4 OH)  К д ( HF) , следовательно, гидролиз (в основном) пойдет по катиону и реакция среды будет слабокислой.

Реакции, протекающие в растворах электролитов и не сопровождающиеся изменением степеней окисления элементов, называются реакциями ионного обмена.

Процессы в растворах электролитов всегда идут в сторону образования наименее диссоциированных или наименее растворимых веществ, т.е. сущность реакции ионного обмена заключается в связывании ионов.

Реакции ионного обмена протекают, если:

ü выпадает осадок;

ü выделяется газ;

ü образуется слабый (малодиссоциирующий) электролит;

ü образуется комплексный ион.

Причем, если и в правой, и в левой частях уравнения присутствуют слабые электролиты, то равновесие смещено в сторону образования менее диссоциирующего соединения.

2.1 Правила написания уравнений реакций ионного обмена

Для написания молекулярных и ионно-молекулярных уравнений можно пользоваться следующим алгоритмом.

1 При составлении формул продуктов реакции меняют местами положительные (стоящие на первом месте) или отрицательные ионы, не учитывая их количество в исходных соединениях:

Al(OH) 3 + H 2 SO 4 → AlSO 4 + HOH,

Al(OH) 3 + H 2 SO 4 → AlSO 4 + H 2 (OH) 3 .

2 Уравнивают заряды «внутри полученных молекул», т. Е. составляют формулы по валентности. Чтобы это сделать, необходимо использовать таблицу растворимости. Не стоит забывать, что молекула в целом электронейтральна (сумма положительных зарядов внутри нее равна сумме отрицательных):

(эти заряды ставят карандашом или на черновике)

Al(OH) 3 + H 2 SO 4 → AlSO 4 + HOH.

Наименьшее общее кратное

Отсюда, разделив шесть на три и два соответственно, получаем

Al(OH) 3 + H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4) 3 + HOH.

3 Проверяют, идет ли реакция, т. е. выполняется ли хотя бы одно из условий: выпадает осадок, образуются газ, слабый электролит, комплексный ион. Данная реакция протекает, поскольку одним из продуктов является вода – слабый электролит.

4 Проверяют, совпадает ли число одноименных ионов в левой и правой частях равенства (учитывая атомы, входящие в состав недиссоциированных молекул), т. е. расставляют коэффициенты (начинать обычно следует с самой «громоздкой» формулы):

2Al(OH) 3 + 3H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4) 3 + 6HOH.

5 Для записи ионно-молекулярного уравнения определяют силу каждого соединения как электролита. Следует помнить, что силу оснований определяют исходя из положения элемента в периодической системе Менделеева, сильные кислоты помнят, соли смотрят по таблице растворимости. Учитывают, что сильные электролиты записываются в виде ионов («раскладываются на ионы»), а слабые – в виде молекул (просто переписываются).

В нашем случае

2Al(OH) 3 + 6H + + 3SO 4 2 – → 2Al 3+ + 3SO 4 2 – + 6HOH.

Гидроксид алюминия записывается в виде молекулы, поскольку является слабым электролитом (алюминий не относится к щелочным или щелочно-земельным металлам, поскольку расположен в третьей группе периодической системы Менделеева); серная кислота – в виде ионов, поскольку она относится к шести сильным кислотам, перечисленным ранее; сульфат алюминия – растворимая соль и поэтому записывается в виде ионов, поскольку является сильным электролитом; вода – слабый электролит.

6 Находят в левой и правой частях ионного уравнения подобные члены с одинаковыми знаками и исключают их из уравнения, а затем записывают полученное сокращенное ионное уравнение, которое выражает сущность реакции:

2Al(OH) 3 + 6H + + 3SO 4 2 – → 2Al 3+ + 3SO 4 2 – + 6HOH;

2Al(OH) 3 + 6H + → 2Al 3+ + 6HOH.

В тех случаях, когда нет ионов, которые могут связываться между собой с образованием осадка, газа, малодиссоциированных соединений (H 2 O) или комплексных ионов, реакции обмена обратимы. Например,

NaNO 3 + KCl NaCl + KNO 3 ;

Na + + NO 3 – + K + + Cl – Na + + Cl – + K + + NO 3 – .

Как видно из приведенного уравнения, вещества присутствуют в растворе в виде свободных ионов. В этом случае при составлении молекулярного уравнения записывают следующее:

NaNO 3 + KCl → .

2.2 Примеры записи реакций ионного обмена

Пример 1– В результате реакции образуется нерастворимое вещество

Молекулярное уравнение реакции взаимодействия растворимой соли со щелочью

CuCl 2 + 2KOH → 2KCl + Cu(OH) 2 ↓.

Полное ионное уравнение реакции

Cu 2+ + 2Cl – + 2K + + 2OH – → 2K + + 2Cl – + Cu(OH) 2 ↓.

Сокращенное ионное уравнение реакции

Cu 2+ + 2OH – → Cu(OH) 2 ↓.

Уравнения реакции взаимодействия двух растворимых солей

Al 2 (SO 4) 3 + 3BaCl 2 → 3BaSO 4 ↓ + 2AlCl 3 ;

2Al 3+ + 3SO 4 2 – + 3Ba 2+ + 6Cl – → 3BaSO 4 ↓ + 2Al 3+ + 6Cl – ;

Ba 2+ + SO 4 2 – → BaSO 4 ↓.

Пример 2 – В результате реакции выделяется газообразное вещество

Уравнения реакции взаимодействия растворимой соли (сульфида) с кислотой

K 2 S + 2HCl → 2KCl + H 2 S;

2K + + S 2– + 2H + + 2Cl – → 2K + + 2Cl – + H 2 S;

S 2– + 2H + → H 2 S.

Уравнения реакции взаимодействия нерастворимой соли (карбоната) с кислотой

ВаCO 3 + 2HNO 3 → Ва(NO 3) 2 + H 2 CO 3

ВаCO 3 + 2H + + 2NO 3 – → Вa 2+ + 2NO 3 – + H 2 O + CO 2 ;

ВаCO 3 + 2H + → Вa 2+ + H 2 O + CO 2 .

О протекании данной реакции до конца свидетельствуют два признака: выделение воды и газа – оксида углерода(IV).

Пример 3 – В результате реакции образуется малодиссоциированное вещество

Уравнения реакции взаимодействия щелочи с кислотой

Ca(OH) 2 + 2HNO 3 → Ca(NO 3) 2 + 2H 2 O;

Ca 2+ + 2OH – + 2H + + 2NO 3 – → Ca 2+ + 2NO 3 – + 2H 2 O;

H + + OH – → H 2 O.

Пример 4 – В результате реакции образуются комплексные соединения (малодиссоциированные комплексные ионы)

Уравнения реакции взаимодействия медного купороса с аммиаком

CuSO 4 ∙5H 2 O + 4NH 3 → SO 4 + 5H 2 O;

Cu 2+ + SO 4 2– + 5H 2 O + 4NH 3 → 2+ + SO 4 2– + 5H 2 O;

Cu 2+ + 4NH 3 → 2+ .

Два основания способны взаимодействовать друг с другом только в том случае, если одно из них проявляет амфотерные свойства, например, Zn(OH) 2 , Be(OH) 2 , Pb(OH) 2 , Al(OH) 3 , Cr(OH) 3 и т. д. В этом случае образуются комплексные соединения. Формулы соответствующих комплексных ионов:

2 – , 2 – , 2 – , – , 3 – .

При составлении формул комплексных соединений следует дописать положительные ионы перед комплексным ионом и записать формулу согласно валентности.

Уравнения реакции взаимодействия гидроксида цинка с водной щелочью

Zn(OH) 2 + 2NaOH → Na 2 ;

Полное ионное уравнение реакции:

Zn(OH) 2 + 2Na + + 2OH – → 2Na + + – ;

Zn(OH) 2 + 2OH – → – .

Пример 5 – Реакции с участием кислой или основной солей

Следует помнить, что кислые соли проявляют как свойства солей, так и свойства кислот, а основные – свойства солей и оснований.

Реакция взаимодействия между гидросульфидом калия и гидроксидом калия протекает в прямом направлении, поскольку в этой реакции образуется слабый электролит – вода:

KH S+ KOH → K 2 S + HOH;

K + + HS – + K + + OH – → 2K + + S 2– + HOH;

HS – + OH – → S 2– + HOH.

Кислые соли хорошо диссоциируют на катионы металла и анионы кислой соли, поскольку являются сильными электролитами при диссоциации по первой стадии.

Реакция взаимодействия между гидросульфидом калия и соляной кислотой протекает в прямом направлении, поскольку в этой реакции образуется слабый электролит – сероводородная кислота:

KHS + H Cl → KCl + H 2 S;

K + + HS – + H + + Cl – → K + + Cl – + H 2 S;

H + + HS – →H 2 S.

Реакция взаимодействия между хлоридом гидроксомеди и гидроксидом протекает в прямом направлении, поскольку в этой реакции образуется слабый электролит – гидроксид меди:

CuOH Cl + KOH → Cu(OH) 2 ↓ + KCl;

CuOH + + Cl – + K + + OH – → Cu(OH) 2 ↓ + K + + Cl – ;

CuOH + + OH – → Cu(OH) 2 ↓.

Основные соли хорошо диссоциируют на гидроксокатионы металла и анионы кислотного остатка, поскольку являются сильными электролитами при диссоциации по первой стадии.

Реакция взаимодействия между хлоридом гидроксомеди и соляной кислотой протекает в прямом направлении, поскольку в этой реакции образуется слабый электролит – вода:

CuOHCl + HCl → CuCl 2 + HOH;

CuOH + + Cl – + H + + Cl – → Cu 2+ + 2Cl – + HOH;

CuOH + + H + → Cu 2+ + HOH.

2.3 Составление полных ионно-молекулярных и молекулярных уравнений реакций по сокращенным ионно-молекулярным.

Поскольку сокращенное ионно-молекулярное уравнение характеризует суть протекающей в растворе реакции, то для одного такого уравнения можно записать большое количество молекулярных уравнений. При выполнении данного задания необходимо к ионам добавлять ионы противоположного знака, но с таким расчетом, чтобы получить сильный электролит.

Например, реакция выражается молекулярным уравнением

Fe 2+ + S 2– → FeS.

К ионам железа можно добавить отрицательные ионы, образующие с ним сильный электролит (растворимую соль) – Сl – , Br – , NO 3 – , SO 4 2– и т. д. Использовать такие ионы, как, например, ОН – или СО 3 2– , нельзя, т. к. при этом получается слабый электролит Fe(ОН) 2 или FeСО 3 , который следует записывать в виде молекулы, а нам нужны ионы.

К ионам серы необходимо прибавить положительные ионы, дающие сильный электролит (растворимую соль) – К + , Na + , NH 4 + , Ba 2+ . Использовать ионы Н + не следует, поскольку при этом образуется слабая кислота – Н 2 S, которую нужно записывать в виде молекулы, а не ионов (самая распространенная ошибка, поскольку данная кислота является растворимой, что не делает ее сильным электролитом).

После подборов необходимых ионов следует составить формулы соединений согласно валентности. Затем записывают продукты реакции так же, как и при составлении молекулярного уравнения.

Таким образом для данного ионного уравнения можно записать несколько молекулярных:

FeCl 2 + K 2 S → FeS + 2KCl;

FeBr 2 + Na 2 S → FeS + 2NaBr;

FeSO 4 + BaS → FeS + BaSO 4 ↓.

После составления молекулярных уравнений необходимо проверить себя и составить полные ионно-молекулярные уравнения:

Fe 2+ + 2Cl – + 2K + + S 2– → FeS + 2K + + 2Cl – ;

Fe 2+ + 2Br – + 2Na + + S 2– → FeS + 2Na + + 2Br – ;

Fe 2+ + SO 4 2– + Ba 2+ + S 2– → FeS + BaSO 4 ↓.

Как видно, первые два уравнения соответствуют данному ионному, а последнее – нет, поскольку здесь вместе с нерастворимым сульфидом железа образуется также нерастворимый сульфат бария.

Составим молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:

Zn 2+ + H 2 S → ZnS + 2H + ;

HCO 3 – + H + → H 2 O + CO 2 ;

Ag + + Cl – → AgCl.

В данных ионно-молекулярных уравнениях присутствуют свободные ионы, которые образуются при диссоциации растворимых сильных электролитов, следовательно, при составлении молекулярных уравнений необходимо использовать таблицу растворимости (таблица растворимости).

Соответствующие молекулярные уравнения будут иметь вид.