Йонні реакції обміну в розчинах електролітів

Реакції за участю електролітів протікають у напрямку утвореннянеелектроліту або слабкого електроліту. Ці реакції практично протікають докінця в таких випадках:

а) при утворенні осаду важкорозчинних речовин:

AgNO₃ + NaCI = AgCI↓ + NaNO₃

скорочене йонно-молекулярне рівняння буде мати вигляд:

Ag⁺+ CI - = AgCI

б) при утворенні газоподібних летких речовин:

Na₂CO₃ + 2HCI = 2NaCI + CO₂ ↑ + Н₂О

або йонно-молекулярне рівняння реакції:

СO₃^2- + 2H⁺= CO₂ + H₂O

в) при утворенні малодисоційованих речовин (слабких електролітів),

як вода, комплексні йони і інші.

NaOH + HCI = NaCI + H₂O

або йонно-молекулярне рівняння реакції:

OH^-+ H⁺= H₂O

при утворенні комплексних йонів:

FeCL₃ + 6 KCNS = K₃[Fe(CNS)₆] + 3KCL

або йонно-молекулярне рівняння реакції:

Fe³⁺ + + 6CNS^- = [Fe(CNS) ₆]^3-

Повторимо, що при складанні йонно-молекулярних рівнянь реакцій всі

сильні електроліти записуються в йонній формі. Середні і слабкіелектроліти та неелектроліти записуються в молекулярній формі.

Приклади розв`язування задач

Приклад 1 Складіть рівняння електролітичної дисоціації таких речовин: а) хлоридної кислоти; б) ортоарсенатної кислоти; в) купрум(ІІ) гідроксиду; г) ферум(ІІІ) сульфату; д) кальцій дигідрогенортофосфату; е) гідроксокупрум(ІІ) хлориду.

Розв’язання. При виконанні подібних завдань ви маєте змогу перевірити заряди йонів у таблиці розчинності (додаток Д). У рівняннях дисоціації сильних електролітів замість знаку оборотності необхідно зазначати напрямок процесу за допомогою стрілочки.

а) хлоридна кислота – сильний електроліт, отже, дисоціює практично повністю:

;

б) ортоарсенатна кислота є слабким електролітом, піддається ступеневій дисоціації, причому на кожному ступені дисоціація проходить частково:

(за першим ступенем),

(за другим ступенем),

(за третім ступенем);

в) купрум(ІІ) гідроксид є слабким електролітом, теж дисоціює по всім ступеням неповністю:

(за першим ступенем),

(за другим ступенем),

г) ферум(ІІІ) сульфат – сильний електроліт, добре розчинна сіль, тому дисоціює в одну стадію повністю:

;

д) кальцій дигірогенортофосфат – кисла сіль, яка за першим ступенем дисоціює повністю, а з іншими – ні:

(за першим ступенем),

(за другим ступенем),

(за третім ступенем);

е) гідроксокупрум(ІІ) хлорид – основна сіль, яка за першим ступенем дисоціює повністю, а за другим – тільки частково:

(за першим ступенем),

(за другим ступенем).

Приклад 2 Складіть молекулярні рівняння можливих хімічних реакцій, які відбуваються при зливанні розчинів таких речовин: а) калій сульфіду та хлоридної кислоти; б) аргентум нітрату та калій ортофосфату; в) купрум(ІІ) гідроксиду та нітратної кислоти; г) натрій гідрогенкарбонату та сульфатної кислоти; д) барій гідроксиду та натрій гідроксиду.

Розв’язання. При виконанні подібних завдань дотримуються такого алгоритму:

1. Уявно прогнозують можливі продукти реакції обміну, аналізують їх з урахуванням умов перебігу реакцій йонного обміну до кінця (випадіння осаду, утворення слабкого електроліту, утворення леткої сполуки) і роблять висновок про можливість або неможливість перебігу хімічної реакції.

2. Якщо перебіг реакції можливий, складають її рівняння в молекулярному вигляді.

3. Потім складають рівняння реакції в повному йонному вигляді (формули неелектролітів та слабких електролітів записують у молекулярному вигляді, а формули сильних електролітів – у йонному), встановлюють «йони-спостерігачі» – ті, що не брали участі у реакції.

4. Записують скорочене йонне рівняння реакції, в якому наводять формули лише тих йонів і речовин, які взаємодіють.

а) (молекулярне рівняння),

(повне йонне рівняння),

(скорочене йонне рівняння);

б) ,

,

;

в) ,

,

;

г) ,

;

д) якщо уявити можливість перебігу реакції між сильними електролітами і , то можна очікувати утворення продуктів і , які теж є сильними електролітами, завдяки чому перебувають в розчинах у вигляді йонів. Оскільки не виконується умова необоротності процесу, тобто не утворюються нерозчинні, леткі чи малодисоційовані сполуки, перебіг реакції між і неможливий.

Приклад 3 Складіть молекулярні рівняння хімічних реакцій за наведеними скороченими йонними:

а) ;

б)

Розв’язання. При виконанні завдань такого типу необхідно спочатку проаналізувати схему реакції, а потім на підставі таблиці розчинності (додаток Д) та відомостей про сильні та слабкі електроліти запропонувати формули реагентів внаслідок дисоціації яких у розчині утворюються наведені йони.

а) очевидно, що катіони утворюються під час дисоціації розчинних солей Феруму (III), а гідроксид-іони – при дисоціації лугів. Тому наведеному йонному рівнянню реакції може відповідати таке молекулярне:

;

б) можна зробити висновок, що катіони Н⁺ утворюються під час дисоціації розчинних сильних кислот, а карбонат-іони – при дисоціації розчинних карбонатів. Отже, наведеному йонному рівнянню реакції може відповідати таке молекулярне:

Приклад 4 Напишіть молекулярні повні та скорочені йонно-молекулярні

рівняння реакції взаємодії між такими речовинами у водному розчині:

а) К₂S i HCL;

б) NiSO₄ i NaOH;

в)AI(OH)₃ i NaOH;

г) NaHCO₃ i KOH;

д) (CuOH)NO₃ i HNO₃.

Розв’язок.

а) K2S + 2 HCI = 2 KCI + H₂S - молекулярне рівняння

2 К⁺+ S^2-+ 2 H⁺+ 2 CI^-= 2 K⁺+ 2 CI^-+ H₂S- повне йонно-молекулярне рівняння

S^2- + 2 H⁺= H₂S- скорочене йонно-молекулярне рівняння

б) NiSO₄ + 2NaOH = Ni(OH)₂ + Na ₂SO₄

Ni²⁺+ SO4^2-+2Na⁺+2OH^- = Ni(OH)₂ +2Na⁺+SO^2-₄

Ni²⁺+ 2OH - = Ni(OH)₂

в) АL(ОН)₃ + 3NaOH = Na₃ALO₃ + 3H₂O

AL(OH)₃ + 3Na⁺+ 3OH^-= 3Na⁺+ ALO^3-3+ 3H₂O

AL(OH)₃ + 3OH^-= ALO₃ ^3- + 3H₂O

г) 2NaHCO₃ + 2KOH = Na₂CO₃ + K₂CO₃ + 2 H₂O

2Na⁺+ 2НСО3^-+ 2К⁺+ 2ОН- = 2Na⁺+ CO3^2- + 2K⁺+CO^2_ ₃+2H₂O

HCO₃^- + OH^-=CO₃^2-+H₂O

д) (CuOH)NO₃ + HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + H₂O

CuOH⁺+ NO₃^-+H⁺ + NO₃^-=Cu²⁺+2NO₃^-+H₂O

CuOH⁺+ H⁺= Cu²⁺ + H₂O

Необхідно врахувати, що реакції (а) і (б) протікають практично до кінця,

тому що в результаті реакції відбувається зв’язування йонів з утворенням

слабкого електроліту (Н2S) і осаду (Ni(OH)2), а реакції (в), (г), (д) рівноважні

і положення рівноваги зміщено в бік утворення слабшого електроліту (Н2О).

Кожному скороченому йонно-молекулярному рівнянню може

відповідати декілька молекулярних рівнянь.

При складанні молекулярного рівняння за даним скороченим йонно-молекулярним рівнянням необхідно врахувати, що кожному йону в йонно-молекулярному рівнянні повинен відповідати сильний електроліт вмолекулярному рівнянні. Тому при переході від скороченого до повногойонно-молекулярного рівняння до кожного йона необхідно додати такіпротилежно заряджені йони, щоб цій парі відповідав сильний електроліт.

Приклад 5. Складіть молекулярні рівняння реакції, які виражені

скороченими йонно-молекулярними рівняннями:

а) АІ(ОН)₃ + 3 Н⁺= АІ³⁺ + 3Н₂О

б) НСО₃^- + ОН ^- = Н₂О + СО₂

Розв’язок.

а)повне йонно-молекулярне рівняння:

АІ(ОН)₃ + 3 H⁺+ 3 CI - = AI³⁺ + 3 CL^- + 3Н₂О

(як протийон до Н+ використано йон СІ- оскільки пара цих йонів утворює сильний електроліт НСІ).

молекулярне рівняння:

АL(ОН)₃ + 3НСL = АLСL₃ + 3 Н₂О

б)повне йонно-молекулярне рівняння:

Na⁺+ HCO₃^- + Na⁺+ OH ^- = Н₂О + 2 Na⁺+ CO₃^2-

молекулярне рівняння:

NaHCO₃ + NaOH= Н₂О +Na₂CO3