Ионные уравнения реакций примеры. Реакции ионного обмена. Зачем нужны ионные уравнения

Занятие 7.

Растворы

Раствор – это однородная (гомогенная) система переменного состава, состоящая из двух и более компонентов. Растворы бывают жидкими, твердыми и газообразными. Жидкие растворы состоят из растворителя и растворимого вещества. Чаще всего в качестве растворителя выступает вода. При растворении происходит физический процесс (разрушение структуры вещества) и химический процесс (взаимодействие частиц вещества с растворителем).

Все вещества по отношению к растворению делятся на три группы:

1. растворимые – свыше 1 г на 100 г растворителя

2. малорастворимые – от 0,001 г до 1 г на 100 г растворителя

3. нерастворимые – менее 0,001 г на 100 г растворителя

Для оценки растворимости вещества применяют коэффициент растворимости, показывающий, какая масса вещества может раствориться в 100 г растворителя при данной температуре.

Растворы, в зависимости от количества растворенного вещества , бывают:

1. ненасыщенный раствор – в нем растворено вещества меньше, чем может быть при данных условиях.

2. насыщенный раствор – в нем растворено максимально возможное количество вещества при данных условиях.

3. пересыщенный раствор – в нем растворено вещества больше, чем может быть при данных условиях.

Способы выражения состава растворов

1. Массовая доля (процентная концентрация раствора) – отношение массы растворенного вещества к массе всего раствора:

m (вещества)

ω = ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ · 100%

m (раствора)

2. Молярная концентрация – показывает количество растворенного вещества в 1 л раствора.

n (вещества) m(вещества)

С = ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ = ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶

V(раствора) M(вещества)·V(раствора)

Например, если в 1 л раствора содержится 1 моль вещества, то такой раствор называют одномолярным и обозначают 1М.

Теория электролитической диссоциации

Электролиты – это вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток. Частицы, которые проводят ток в растворе – это ионы. Они образуются из твердых веществ при их растворении.

Ионы – заряженные частицы: Cl - , Cu 2+ , NO 3 -

Катионы – ионы с зарядом+

Анионы – ионы с зарядом –

Свойства ионов очень сильно отличаются от свойств атомов, из которых они образовались!!!

Процесс распада электролитов на ионы в процессе растворения или расплавления называется ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИЕЙ.

Кэлектролитам относятся:

1) вещества, имеющие ионную кристаллическую решетку (соли, гидроксиды) – содержат ионы уже в твёрдом состоянии;

2) вещества с ковалентной сильно полярной связью (кислоты), в процессе растворения образующие ионы.

Неэлектролитами является большинство органических веществ, (кроме кислот и солей, а также фенолов): спирты, эфиры, альдегиды, углеводороды, углеводы.

Как происходит процесс растворения электролита?

Рассмотрим этот процесс на примере растворения поваренной соли и соляной кислоты. Молекулы воды являются дипольными, т.е. один конец молекулы заряжен отрицательно, другой – положительно.

Молекула воды отрицательным полюсом подходит к иону натрия, положительным – к иону хлора; окружают ионы со всех сторон и вырывают из кристалла, причём только с его поверхности. Свободные ионы, оказавшиеся в водном растворе, окружаются полярными молекулами воды: вокруг ионов образуется гидратная оболочка, т.е. протекает процесс гидратации.

При растворении молекулы с ковалентной полярной связью, молекулы воды, окружив полярную молекулу, сначала растягивают связь в ней, увеличивая её полярность, затем разрывают её на ионы, которые гидратируются и равномерно распределяются в растворе.

При расплавлении, когда происходит нагревание кристалла, ионы начинают совершать интенсивные колебания в узлах кристаллической решётки, в результате чего она разрушается, образуется расплав, который состоит из ионов.

Характеристикой глубины протекания процесса диссоциации является степень диссоциации .

Степень диссоциации – это отношение числа продиссоциировавших молекул к общему числу молекул растворённого электролита:

N (продисс)

α = ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶

N (общ)

Если степень диссоциации равна 0 – вещество не является электролитом.

Степень диссоциации веществ – величина, зависящая от различных факторов:

· чем выше температура , тем степень диссоциации выше ;

· чем больше концентрация вещества, тем степень диссоциации меньше .

По степени диссоциации электролиты делят на сильные и слабые :

Процесс диссоциации можно записать следующим образом:

1. Если электролит – сильный , он диссоциирует полностью в ОДНУ СТУПЕНЬ , все молекулы превращаются в ионы:

Cu(NO 3) 2 à Cu 2+ + 2NO 3 - (α=1)

KAl(SO 4) 2 à K + + Al 3+ +2SO 4 2- (α=1)

2. Если электролит – слабый, он диссоциирует по ступеням, не полностью, степень диссоциации на каждой следующей ступени гораздо меньше, чем на предыдущей:

H 2 S ⇄ H + + HS - (α<1) HS - ⇄ H + + S 2- (α<<1)

Mg(OH) 2 ⇄ Mg(OH) + OH - (α<1) Mg(OH) + ⇄ Mg 2+ + OH - (α<<1)

3. Если в составе вещества есть связи разных типов, то сначала диссоциируют ионные связи, затем наиболее полярные:

NaHCO 3 à Na + + HCO 3 - (α=1) HCO 3 - ⇄ H + + CO 3 2- (α < 1)

Cu(OH)Cl à CuOH + + Cl - (α=1) CuOH + ⇄ Cu 2+ + OH - (α< 1)

Реакции ионного обмена

Реакции ионного обмена – это реакции между сложными веществами в растворах, в результате которых реагирующие вещества обмениваются своими составными частями. Так как в этих реакциях происходит обмен ионами – они называются ионными.

Правило Бертолле

Реакции обмена в растворах электролитов возможны только тогда , когда в результате реакции образуется либо твердое малорастворимое вещество, либо газообразное, либо малодиссоциирующее, то есть слабый электролит.

Примеры: ZnO + Н 2 SО 4 = ZnSО 4 + Н 2 О,

AgNО 3 + КВr = АgВr↓ + КNО 3 ,

СrСl 3 + 3NаОН = Сr(ОН) 3 ↓ + 3NаСl

К 2 СО 3 + 2НСl = 2КСl +Н 2 О + СО 2

Составление уравнений реакций ионного обмена:

1.Записываем молекулярное уравнение реакции, не забывая расставить коэффициенты:	3NaOH + FeCl 3 = Fe(OH) 3 + 3NaCl
2.С помощью таблицы растворимости определяем растворимость каждого вещества. Подчеркнем вещества, которые мы не будем представлять в виде ионов.	р р нр 3NaOH + FeCl 3 = Fe(OH) 3 ¯+ 3NaCl
3.Составляем полное ионное уравнение. Сильные электролиты записывают в виде ионов, а слабые электролиты, малорастворимые вещества и газообразные вещества записывают в виде молекул.	3Na + + 3OH - + Fe 3+ + 3Cl - = = Fe(OH) 3 + 3Na + + 3Cl -
4.Находим одинаковые ионы (они не приняли участия в реакции в левой и правой частях уравнения реакции) и сокращаем их слева и справа.	3Na + + 3OH - + Fe 3+ + 3Cl - = = Fe(OH) 3 + 3Na + + 3Cl -
5.Составляем итоговое сокращенное ионное уравнение (выписываем формулы ионов или веществ, которые приняли участие в реакции).	Fe 3+ + 3OH - = Fe(OH) 3

В виде ионов не представляют :

1. Неэлектролиты (оксиды, простые вещества);

2. Осадки; газы; воду; слабые электролиты (кислоты и основания);

3. Анионы кислотных остатков кислых солей слабых кислот (НСО 3 - , Н 2 РО 4 - и т.п.) и катионы основных солей слабых оснований Al(OH) 2+ .

Примеры составления ионных уравнений.

Пример 1. Сульфид цинка + соляная кислота à

Составим уравнение реакции и проверим растворимость всех веществ. Увидим, что сульфид цинка нерастворим.

ZnS + 2HCl à ZnCl 2 + H 2 S - молекулярная форма

Почему эта реакция протекает до конца? В ней выделяется газ сероводород, который мы тоже не будем разбивать на ионы.

ZnS +2H + +2Cl - àZn 2+ +2Cl - + H 2 S -полное ионно-молекулярное уравнение

Сокращаем те ионы, которые не изменились в процессе реакции – это только хлорид-ионы.

ZnS +2H + àZn 2+ + H 2 S - сокращенное ионное уравнение

Пример 2. Гидрокарбонат калия + гидроксид калия à

KHCO 3 + KOH à K 2 CO 3 + H 2 O

Вспомним, что кислые анионы слабых кислот являются слабыми электролитами и на ионы не разбиваются:

К + +НСО 3 - + К + +ОН - à 2K + + CO 3 2- + H 2 O

И теперь сокращаем: НСО 3 - + ОН - à CO 3 2- + H 2 O

Ионные уравнения являются неотъемлемой частью химии. В них представлены лишь те компоненты, которые изменяются в ходе химической реакции. Чаще всего ионные уравнения используют для описания окислительно-восстановительных реакций, реакций обмена и нейтрализации. Чтобы записать ионное уравнение, необходимо выполнить три основных шага: сбалансировать молекулярное уравнение химической реакции, перевести его в полное ионное уравнение (то есть записать компоненты в том виде, в каком они существуют в растворе) и, наконец, записать краткое ионное уравнение.

Шаги

Часть 1

Компоненты ионного уравнения

Поймите разницу между молекулярными и ионными соединениями . Для записи ионного уравнения первым делом следует определить участвующие в реакции ионные соединения. Ионными называют те вещества, которые в водных растворах диссоциируют (распадаются) на заряженные ионы. Молекулярные соединения не распадаются на ионы. Они состоят из двух неметаллических элементов, и иногда их называют ковалентными соединениями.

Определите растворимость соединения. Не все ионные соединения растворяются в водных растворах, то есть не все из них диссоциируют на отдельные ионы. Прежде чем приступить к записи уравнения, следует найти растворимость каждого соединения. Ниже приведены краткие правила растворимости. Более подробные сведения и исключения из правил можно найти в таблице растворимости.

Следуйте правилам в том порядке, в котором они приведены ниже:
все соли Na + , K + и NH 4 + растворяются;
все соли NO 3 - , C 2 H 3 O 2 - , ClO 3 - и ClO 4 - растворимы;
все соли Ag + , Pb 2+ и Hg 2 2+ нерастворимы;
все соли Cl - , Br - и I - растворяются;
соли CO 3 2- , O 2- , S 2- , OH - , PO 4 3- , CrO 4 2- , Cr 2 O 7 2- и SO 3 2- нерастворимы (за некоторыми исключениями);
соли SO 4 2- растворимы (за некоторыми исключениями).

Определите катион и анион соединения. Катионами называют положительно заряженные ионы (обычно это металлы). Анионы имеют отрицательный заряд, как правило это ионы неметаллов. Некоторые неметаллы могут образовывать не только анионы, но и катионы, в то время как атомы металлов всегда выступают в роли катионов.
- Например, в соединении NaCl (поваренная соль) Na является положительно заряженным катионом, поскольку это металл, а Cl представляет собой отрицательно заряженный анион, так как это неметалл.
Определите участвующие в реакции многоатомные (сложные) ионы. Такие ионы представляют собой заряженные молекулы, между атомами которых существует такая сильная связь, что они не диссоциируют при химических реакциях. Необходимо выявить многоатомные ионы, поскольку они обладают своим зарядом и не распадаются на отдельные атомы. Многоатомные ионы могут иметь как положительный, так и отрицательный заряд.

Часть 2
Запись ионных уравнений
1. Сбалансируйте полное молекулярное уравнение. Прежде чем приступить к записи ионного уравнения, следует сбалансировать исходное молекулярное уравнение. Для этого необходимо расставить соответствующие коэффициенты перед соединениями, так чтобы число атомов каждого элемента в левой части равнялось их количеству в правой части уравнения.
  - Запишите число атомов каждого элемента по обе стороны уравнения.
  - Добавьте перед элементами (кроме кислорода и водорода) коэффициенты, так чтобы количество атомов каждого элемента в левой и правой части уравнения было одинаковым.
  - Сбалансируйте атомы водорода.
  - Сбалансируйте атомы кислорода.
  - Пересчитайте количество атомов каждого элемента по обе стороны уравнения и убедитесь, что оно одинаково.
  - Например, после балансировки уравнения Cr + NiCl 2 --> CrCl 3 + Ni получаем 2Cr + 3NiCl 2 --> 2CrCl 3 + 3Ni.
2. Определите, в каком состоянии находится каждое вещество, которое участвует в реакции. Часто об этом можно судить по условию задачи. Есть определенные правила, которые помогают определить, в каком состоянии находится элемент или соединение.
  
  Определите, какие соединения диссоциируют (разделяются на катионы и анионы) в растворе. При диссоциации соединение распадается на положительный (катион) и отрицательный (анион) компоненты. Эти компоненты затем войдут в ионное уравнение химической реакции.
  
  Посчитайте заряд каждого диссоциировавшего иона. При этом помните, что металлы образуют положительно заряженные катионы, а атомы неметаллов превращаются в отрицательные анионы. Определите заряды элементов по таблице Менделеева. Необходимо также сбалансировать все заряды в нейтральных соединениях.
3. Перепишите уравнение так, чтобы все растворимые соединения были разделены на отдельные ионы. Все что диссоциирует или ионизируется (например, сильные кислоты) распадется на два отдельных иона. При этом вещество останется в растворенном состоянии (р-р ). Проверьте, чтобы уравнение было сбалансировано.
  - Твердые вещества, жидкости, газы, слабые кислоты и ионные соединения с низкой растворимостью не изменят своего состояния и не разделятся на ионы. Оставьте их в прежнем виде.
  - Молекулярные соединения просто рассеются в растворе, и их состояние изменится на растворенное (р-р ). Есть три молекулярных соединения, которые не перейдут в состояние (р-р ), это CH 4(г ) , C 3 H 8(г ) и C 8 H 18(ж ) .
  - Для рассматриваемой реакции полное ионное уравнение запишется в следующем виде: 2Cr (тв ) + 3Ni 2+ (р-р ) + 6Cl - (р-р ) --> 2Cr 3+ (р-р ) + 6Cl - (р-р ) + 3Ni (тв ) . Если хлор не входит в состав соединения, он распадается на отдельные атомы, поэтому мы умножили количество ионов Cl на 6 с обеих сторон уравнения.
4. Сократите одинаковые ионы в левой и правой части уравнения. Можно вычеркнуть лишь те ионы, которые полностью идентичны с обеих сторон уравнения (имеют одинаковые заряды, нижние индексы и так далее). Перепишите уравнение без этих ионов.
  - В нашем примере обе части уравнения содержат 6 ионов Cl - , которые можно вычеркнуть. Таким образом, получаем краткое ионное уравнение: 2Cr (тв ) + 3Ni 2+ (р-р ) --> 2Cr 3+ (р-р ) + 3Ni (тв ) .
  - Проверьте результат. Суммарные заряды левой и правой частей ионного уравнения должны быть равны.

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!

Пример 1.

Fe(OH) 2 + H 2 SO 4  FeSO 4 +2H 2 O

Fe(OH) 2 – практически нерастворимое соединение (см. таблицу растворимости), а потому записывается в недиссоциированной (молекулярной) форме: Fe(OH) 2 .

H 2 SO 4 – хорошо растворимое соединение, являющееся одновременно сильным электролитом (см. список кислот – сильных электролитов, приведён выше), а потому записывается в диссоциированной форме: 2H + + SO 4 2- .

FeSO 4 – хорошо растворимое соединение (см. таблицу растворимости), являющееся одновременно сильным электролитом (т. к. является солью), а потому записывается в диссоциированной форме: Fe 2+ + SO 4 2- .

Вода H 2 O является слабым электролитом, а потому записывается в недиссоциированной форме: 2H 2 O.

Fe(OH) 2 + 2H + + SO 4 2-  Fe 2+ + SO 4 2- + 2H 2 O

или, после сокращения одинаковых частиц в левой и правой частях уравнения (SO 4 2-),

Fe(OH) 2 + 2H +  Fe 2+ + 2H 2 O.

Пример 2 . Написать ионно-молекулярное уравнение реакции:

FeCl 3 + 3NH 4 OH  Fe(OH) 3 ↓+ 3NH 4 Cl

FeCl 3 – хорошо растворимое соединение, являющееся одновременно сильным электролитом (поскольку является солью), а потому записывается в диссоциированной форме: Fe 3+ + 3Cl - .

NH 4 OH – также растворимое соединение, однако являющееся слабым электролитом (не входит в список сильных оснований, см. выше), а потому записывается в молекулярной форме: 3NH 4 OH.

Fe(OH) 3 – практически нерастворимое соединение и, следовательно, записывается в молекулярной форме: Fe(OH) 3 .

NH 4 Cl – хорошо растворимое соединение, являющееся одновременно сильным электролитом (т. к. является солью), а потому записывается в диссоциированной форме: 3NH 4 + + 3Cl - .

Итого ионно-молекулярное уравнение записывается следующим образом:

Fe 3+ + 3Cl - + 3NH 4 OH  Fe(OH) 3 ↓ + 3NH 4 + + 3Cl -

или, после сокращения одинаковых ионов (Cl -),

Fe 3+ + 3NH 4 OH  Fe(OH) 3 ↓ + 3NH 4 + .

Пример 3. Написать ионно-молекулярное уравнение реакции:

KI + AgI  K.

KI – хорошо растворимое соединение, являющееся одновременно сильным электролитом (т. к. является солью), а потому записывается в диссоциированной форме: K + + I - .

AgI – практически нерастворимое соединение, а потому записывается в недиссоциированной (молекулярной) форме: AgI.

K – комплексное соединение, о чём свидетельствует наличие квадратных скобок в формуле соединения. Само соединение является солью, хорошо растворимой в воде (знак осадка не помечен), а потому оно должно диссоциировать на ионы K + и - . При этом образующийся ион - является комплексным (устойчивым), т. е. практически не подвергается дальнейшей диссоциации. Таким образом, соединение записывается в виде: K + + - .

Итого ионно-молекулярное уравнение записывается следующим образом:

K + + I - + AgI = K + + -

или, после сокращения одинаковых частиц в левой и правой частях уравнения (K +),

AgI + I -  - .

Выполнение работы

Опыт 1. Образование малорастворимых оснований. В одну пробирку налить 3−5 капель раствора соли железа (III), в другую – столько же раствора соли меди (II), в третью – раствора соли никеля (II). В каждую пробирку добавить по несколько капель раствора щелочи до выпадения осадков. Осадки сохранить до следующего опыта.

К какому классу относятся полученные осадки гидроксидов металлов? Являются ли эти гидроксиды сильными основаниями?

Опыт 2. Растворение малорастворимых оснований. К полученным в предыдущем опыте осадкам добавить по несколько капель раствора соляной кислоты концентрацией 15 % до их полного растворения.

Какое новое малодиссоциированное соединение образуется при растворении оснований в кислоте?

Опыт 3. Образование малорастворимых солей.

A. В две пробирки налить по 3−5 капель раствора нитрата свинца (II) и прибавить в одну пробирку несколько капель йодида калия, в другую – хлорида бария.

Что наблюдается в каждой пробирке?

Б. В одну пробирку налить 3−5 капель раствора сульфата натрия, в другую – столько же раствора сульфата хрома (III). В каждую пробирку добавить несколько капель раствора хлорида бария до выпадения осадков.

Какое вещество образуется в качестве осадка? Будет ли протекать аналогичная реакция хлорида бария, например, с сульфатом железа (III)?

Опыт 4. Изучение свойств амфотерных гидроксидов.

А. В две пробирки внести по 3 капли раствора соли цинка и несколько капельразбавленного раствора едкого натра (из штатива с реактивами) до образования осадка гидроксида цинка. Растворить полученные осадки: в одной пробирке – в растворе соляной кислоты, в другой – в избыткеконцентрированного раствора едкого натра (из вытяжного шкафа).

Б. В две пробирки внести по 3 капли раствора соли алюминия и несколько капель разбавленного раствора едкого натра (из штатива с реактивами) до образования осадка гидроксида алюминия. Растворить полученные осадки: в одной пробирке – в растворе соляной кислоты, в другой – в избыткеконцентрированного

В. В две пробирки внести по 3 капли раствора соли хрома (III) и несколько капельразбавленного раствора едкого натра (из штатива с реактивами) до образования осадка гидроксида хрома (III). Растворить полученные осадки: в одной пробирке – в растворе соляной кислоты, в другой – в избыткеконцентрированного раствора едкого натра (из вытяжного шкафа).

Опыт 5. Образование малодиссоциированных соединений. В пробирку внести 3−5 капель раствора хлорида аммония и добавить несколько капель раствора едкого натра. Обратите внимание на запах, объясните его появление на основе уравнения реакции.

Опыт 6. Образование комплексов. В пробирку налить 3−5 капель раствора сульфата меди (II), затем по каплям добавить разбавленный (из штатива с реактивами!) раствор аммиака до образования осадка сульфата гидроксомеди (II) согласно реакции:

2CuSO 4 + 2NH 4 OH = (CuOH) 2 SO 4 ↓ + (NH 4) 2 SO 4

Добавить к осадку избыток концентрированного раствора аммиака (из вытяжного шкафа!). Обратить внимание на растворение осадка согласно реакции:

(CuOH) 2 SO 4 + (NH 4) 2 SO 4 + 6NH 4 OH = 2SO 4 + 8H 2 O

Какую окраску имеет образующийся растворимый амминокомплекс меди?

Опыт 7. Образование газов.

A. Налить в пробирку 3−5 капель раствора карбоната натрия и несколько капель серной кислоты. Что наблюдается?

Б. Налить в пробирку 3−5 капель раствора сульфида натрия и 1 каплю серной кислоты. Обратить внимание на запах выделяющегося газа.

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 осадок 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