МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МАТИ - РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. К.Э. ЦИОЛКОВСКОГО

КАФЕДРА

“МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ”

ХимическиЕ уравнения в молекулярной и ионной форме

Методические указания к лабораторным работам по курсу «ХИМИЯ»

СОСТАВИТЕЛИ:

БЕЛОВА С.Б

ГРИШИНА Н.Д.

ГОРЛАЧЕВА Т.К.

МОСКВА 2001

Цель работы: получение теоретических и экспериментальных навыков составления химических уравнений в молекулярной и ионной формах для обменных химических реакций.

1.Типы химических реакций

Химические реакции - процессы, при которых одни вещества превращаются в другие. В неорганической химии известно огромное число химических реакций, каждая из которых индивидуальна, поскольку в ней участвуют конкретные вещества с присущими им химическими свойствами. Вместе с тем химические реакции имеют много общих признаков, что позволяет их объединить в несколько типов. Важнейшими критериями классификации химических реакций являются:

агрегатное состояние реагентов (реакции газовые, в растворе, твердофазные, между веществами в различных агрегатных состояниях);

вид реагирующих частиц (реакции молекулярные, ионные, радикальные);

вид переносимых частиц (реакции окислительно-восстановительные с переносом электронов, кислотно-основные с переносом протонов, образования и разрушения комплексов с переносом ионов и молекул, образования и разрушения ионных кристаллов);

вид источника энергии (реакции термомеханические, фотохимические и электрохимические).

Реакции можно классифицировать по числу веществ, вступающих в реакцию и образующихся в результате ее протекания:

- соединения А + В + С  D

несколько веществ продукт более

более простого состава сложного состава

- разложения А  В + С + D

более сложное несколько веществ более

простого состава

- замещения А + ВС  АВ + С

простое сложное сложное простое

- обмена АВ + СD  АC + BD

обмен фрагментами молекул

Обменные реакции относятся к наиболее распространенной группе реакций между сложными веществами, которые протекают при сохранении степени окисления элементов. Для неорганической химии наиболее типичны обменные реакции, идущие при участии ионов.

Ионные реакции – это химические процессы, которые протекают в растворе или расплаве между свободными ионами. Степень протекания обменных реакций с участием ионов в водном растворе зависит от того, в какой мере среди продуктов оказываются слабые электролиты, газы или малорастворимые вещества, выпадающие в осадок.

Правило Бертолле: обменные ионные реакции протекают практически до конца, если продуктами реакции являются газы, осадки или неэлектролиты.

2.Уравнения химических реакций

Любая химическая реакция записывается в виде уравнения химической реакции. В соответствии с химическим смыслом реакции (реагенты взаимодействуют и образуются продукты реакции) в левой части уравнения указывают формулы реагентов, а в правой части – формулы продуктов, получается схема химической реакции:

Реагенты = Продукты реакции

Если в схеме реакции число атомов элементов слева и справа неодинаковы, то проводят подбор коэффициентов, превращая схему реакции в ее уравнение. Подбор коэффициентов в уравнении химической реакции основан на том, что

сумма атомов каждого элемента не изменяется при протекании химической реакции.

Численные коэффициенты в химическом уравнении называют стехиометрическими. Стехиометрия (от греческого слова stoicheion –элемент + …метрия) – учение о количественных соотношениях, в которых вещества вступают во взаимодействие друг с другом.

Реакции с участием электролитов (настоящих и потенциально сильных) записываются в виде системы двух уравнений – молекулярного и ионного. Для составления ионных уравнений необходимо знать уравнение электролитической диссоциации реагентов и продуктов.

Как и в молекулярных уравнениях, в ионных уравнениях слева записываются формулы реагентов, а справа – формулы продуктов, указанные в виде отдельных ионов. Формулы слабых потенциальных электролитов, в том числе и воды, а также газообразных и твердых веществ (уходящих из водного раствора в виде газа или осадка) оставляют в молекулярном виде.

Пример. В обменной реакции в водном растворе, описываемой молекулярным уравнением

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + CO_{2 (г)}+ H₂O

участвуют Na₂CO₃ (соль), HCl (кислота) и NaCl (соль) – сильные электролиты, H₂O – слабый электролит и CO₂ - газ, уходящий из сферы реакции.

Формулы всех сильных электролитов можно записать в виде сумм составляющих их ионов, тогда химическое уравнение принимает вид:

2Na⁺ + CO₃^2- + 2H⁺ +2Cl^- = 2Na⁺ +2Cl^- + CO_{2 (г)}+ H₂O. (1)

Такая запись представляет собой полное ионное уравнение реакции.

Очевидно, что ионы Na⁺ + Cl^- не принимают непосредственного участия в реакции (число этих ионов одинаково слева и справа в уравнении), поэтому часто их формулы просто опускают и составляют сокращенное ионное уравнение реакции:

CO₃^2- + 2H⁺ = CO_{2 (г)}+ H₂O (2)

Сокращенные ионные уравнения выражают химическую сущность протекающих реакций между ионами (в данном примере – между карбонат-ионами и катионами водорода). Совокупная запись молекулярного и сокращенного ионного уравнения реакции наглядно отображает химизм реакции. Однако отдельно записанные сокращенные ионные уравнения отображают не одну реакцию, а множество подобных реакций. Так, сокращенное ионное уравнение (2) реакции между Na₂CO₃ и HCl означает, что так реагируют между собой не только карбонат натрия и хлороводород, но и любой другой хорошо растворимый карбонат и любая другая сильная кислота.