Підручники з Хімії / Хімія 9 клас / Ярошенко Хімія 9 клас. 2017

Залишається написати повне йонне рівняння реакції. 3Ag+ + 3Cl– + Al3+ + 3NO3– = 3AgCl + Al3+ + 3NO3–

Перевіримо, чи все правильно виконали. Для цього скоротимо однакові йони у правій і лівій частинах рівняння й одержимо:

3Ag+ + 3Cl– = 3AgCl .

Після скорочення всіх коефіцієнтів на 3 одержуємо зазначене в умові скорочене йонне рівняння реакції.

Воно вказує на те, що під час реакції між йонами Арґентуму і Хлору відбулася асоціація, продукт якої нерозчинний у воді, тому випадає в осад.

УТВОРЕННЯ ОСАДУ ЯК УМОВА ПЕРЕБІГУ РЕАКЦІЙ ЙОННОГО ОБМІНУ. Демонстраційний дослід і розглянутий приклад взаємодії арґентум(І) нітрату з алюміній хлоридом ознайомили вас із однією з умов перебігу реакцій йонного обміну — утворенням осаду.

Утворення осаду є однією з умов перебігу реакцій обміну між розчинами електролітів.

Відтак стає зрозумілим, у чому полягає хімічна суть розглянутих реакцій і чому обидві вони відбулися до кінця.

Лабораторний дослід 4

Реакції обміну між електролітами у водних розчинах, що супроводжуються випаданням осаду

Для його виконання вам знадобляться розчини речовин, що зазначені в умовах завдань чи містять необхідні для їх виконання йони.

Проведіть реакцію обміну між розчинами купрум(ІІ) сульфату й натрій гідроксиду. Яка з умов забезпечила перебіг цієї реакції? Напишіть молекулярне та повне і скорочене йонні рівняння реакції.

Доберіть речовини та проведіть хімічну реакцію, яка описується скороченим йонним рівнянням реакції.

Са2+ + СО23– = СаСО3

Зверніть увагу, що реакції йонного обміну відбуваються миттєво в усьому об’ємі. Це тому, що немає потреби в руйнуванні хімічних зв’язків між складовими частинками реагентів, воно відбулося під впливом полярних молекул води. Тому кожне зіткнення різнойменно заряджених гідратованих йонів, що піддаються асоціації, завершується їхньою взаємодією.

Складіть молекулярне та повне йонне рівняння проведеної реакції. Зробіть висновок про умову, що забезпечила перебіг цих реакцій.

71

§ 13.

73

Скоротивши однакові йони в лівій і правій частинах повного йонного рівняння, матимемо скорочене йонне рівняння.

Н++ ОН– = Н2O

Виконання досліду 2 можна дещо змінити. Спочатку налити в хімічний стакан хлоридну кислоту й долити кілька крапель розчину індикатора метилового оранжевого. Розчин набуде рожевого кольору. Потім обережно невеликими порціями доливати розчин натрій гідроксиду й спостерігати за тим, як рожеве забарвлення стає слабко рожевим, а потім змінюється на оранжеве (помаранчеве).

Таким чином, дослідним шляхом ми завершили з’ясування умов перебігу реакцій обміну між розчинами електролітів.

До умов перебігу реакцій обміну між розчинами електролітів належать: утворення осаду, газу або малодисоційованої речовини (наприклад, води).

У всіх реакціях йонного обміну відбуваються лише прямі реакції. Тобто з певних реагентів утворюються відповідні продукти реакції, а зворотний процес — взаємодія продуктів реакції між собою з утворенням реагентів не відбувається.

Пояснюється це тим, що серед продуктів реакції є неелектроліти, а вони або випадають в осад, або виділяються у вигляді газу чи малодисоційованої сполуки. Тобто йони, які могли би продовжувати взаємодію, перебувають у зв’язаному стані.

74

ПРОГНОЗУВАННЯ ПЕРЕБІГУ РЕАКЦІЙ ОБМІНУ МІЖ РОЗЧИНАМИ ЕЛЕКТРОЛІТІВ. Солі натрій хлорид NaCl та калій сульфат K2SO4 — сильні електроліти й добре розчинні у воді. Чи відбуватиметься між ними реакція йонного обміну в розчині? Проведемо дослід 3.

2NaCl + K2SO4 Na2SO4 + 2KCl

За таблицею розчинності з’ясовуємо, що обидва продукти реакції добре розчинні у воді, тобто є сильними електролітами. Отже, кожний з них у розчині перебуває в дисоційованому стані.

2Na++ 2Cl– + 2K++ SO42– 2Na+ + 2Cl– + 2K+ + SO42–

Скласти скорочене йонне рівняння цієї реакції нам не вдасться, оскільки всі йони до реакції й після неї скорочуються. Отже, під час взаємодії цих речовин у розчині зв’язування йонів не відбувається.

Суть реакцій йонного обміну полягає у зв’язуванні йонів з утво- ренням слабких електролітів. Якщо ж таких серед продуктів реакції немає, то реакція йонного обміну не відбувається.

Щоб закріпити знання про перебіг реакції обміну між розчинами електролітів та з метою формування умінь складати йонні рівняння хімічних реакцій, попрацюйте групами й виконайте лабораторні досліди 5 і 6, зазначені в рубриці «Хімія — це життя: сторінка природодослідника».

Лабораторний дослід 5

Реакції обміну між електролітами у водних розчинах, що супроводжуються виділенням газу

Для проведення досліду вам знадобляться розчини електролітів, зазначені в завданнях, пробірки, штатив для пробірок.

Проведіть реакцію обміну між розчинами калій карбонату й нітратної кислоти, спостерігайте за змінами, що її супроводжують. Яка з умов реакцій обміну між розчинами електролітів забезпечила перебіг цієї реакції?

Складіть молекулярне та повне й скорочене йонні рівняння реакції.

Зазначте кількість: а) катіонів Калію; б) карбонат-аніонів; в) нітрат-аніонів у повному йонному рівнянні цієї реакції.

75

Лабораторний дослід 6

Реакції обміну між електролітами у водних розчинах, що супроводжуються утворенням води

Проведіть реакцію обміну між калій гідроксидом й ортофосфатною кислотою в розчинах, спостерігайте за змінами, що її супроводжують. Яка з умов реакцій обміну між розчинами електролітів забезпечила перебіг цієї реакції? Складіть молекулярне та повне й скорочене йонні рівняння реакції.

Спрогнозуйте, чи відбудеться реакція йонного обміну між натрій сульфатом у розчині та хлоридною кислотою. Здійсніть перевірку вашого передбачення дослідним шляхом.

Зробіть висновок про те, за яких умов відбуваються реакції обміну між розчинами електролітів.

Сторінка ерудита

Йонні рівняння реакцій можна застосувати для відображення взаємодії електроліту з неелектролітом. У такому разі дисоційованими на йони записують лише формули електролітів.

Усі ви добре знаєте, що кальцій карбонат (основна складова крейди) і кислоти взаємодіють між собою. Складемо рівняння цієї реакції в молекулярно-йонній формі.

СaСO3 + 2НCl = СaСІ2 + CO2 + H2O

СaСO3 + 2Н+ + 2Cl– = Сa2+ + 2Cl– + Н2O + СO2

У реакції не беруть участь лише хлрид-аніони, тому скороченне йоне рівняння:

СaСO3 + 2Н+ = Сa2+ + Н2O + СO2 .

Стисло про основне

Виділення газу, утворення осаду або малодисоційованої сполуки є умовами перебігу реакцій обміну між розчинами електролітів.

Сутність реакцій йонного обміну між розчинами електролітів полягає в асоціації (зв’язуванні) йонів слабких електролітів з утворенням осаду, газу, малодисоційованої речовини.

Реакції йонного обміну — необоротні.

Прогнозування взаємодії між електролітами здійснюють, використовуючи таблицю розчинності.

76

Знаємо, розуміємо

У чому полягає суть реакцій йонного обміну?

Чи може одному скороченому йонному рівнянню реакції відповідати кілька молекулярних? Поясніть відповідь і наведіть приклади.

Застосовуємо

Зазначте формулу речовини, яка у водному розчині дисоціює з утворенням катіонів Цинку.

Відновіть подані скорочені йонні рівняння реакцій, складіть по одному повному йонному та молекулярному рівнянню.

Складіть молекулярні та повні й скорочені йонні рівняння можливих реакцій обміну між електролітами в розчинах:

а) натрій гідроксид й ортофосфатна кислота; б) барій гідроксид і калій хлорид; в) алюміній сульфат і літій гідроксид.

Зазначте, для якої пари речовин повне йонне рівняння реакції є одночасно і скороченим.

77

ПОНЯТТЯ ПРО ЯКІСНІ РЕАКЦІЇ. У процесі групової роботи ви ще раз переконалися в тому, що одному скороченому йонному рівнянню реакції може відповідати кілька молекулярних рівнянь. Вам також відомо, що всі кислоти однаково діють на індикатори. Це відбувається тому, що всі кислоти дисоціюють з утворенням лише одного виду катіонів — катіонів Гідрогену Н+.

Подані та інші факти дозволили дослідникам сформулювали поняття про якісні реакції.

Якісні реакції — це реакції, за допомогою яких на основі спостережень за явищами, що їх супроводжують, виявляють (доводять) наявність речовини чи її структурних частинок.

Оскільки кислота та її солі завжди мають у своєму складі однакові йони — аніони кислотного залишку, то можемо передбачити існування речовини чи кількох речовин, які можна використовувати для виявлення цього аніона у складі інших речовин.

СПОСІБ ВИЯВЛЕННЯ ХЛОРИД-ІОНІВ Cl–. За таблицею розчинності з’ясуємо, що серед речовин, до складу яких входять аніони Хлору, нерозчинною є сіль арґентум(І) хлорид AgCl.

Здійснимо реакцію йонного обміну між арґентум(І) нітратом у розчині й хлоридною кислотою (дослід 1). При зливанні цих розчинів миттєво утворюється білий сирнистий осад. Цим осадом є арґентум(І) хлорид AgСl.

AgNO3 + НСl = AgСl + НNO3

Ag+ + NO3– + Н+ + Cl– = AgCl + Н+ + Cl–

Ag+ + Cl– = AgCl (білий сирнистий осад)

Використаємо для взаємодії з арґентум(І) нітратом розчин цинк хлориду (дослід 2). Як і в першому досліді, миттєво утворюється білий сирнистий осад. Його утворення ілюструють молекулярне та йонні рівняння.

2AgNO3 + ZnСl2 = 2AgСl + Zn(NO3)2

2Ag+ + 2NO3– + Zn2+ + 2Cl– = AgCl + Zn2++2Cl–

Ag+ + Cl– = AgCl

Хоча взаємодіяли з арґентум(І) нітратом різні хлориди, під час обох реакцій відбувалося зв’язування йонів Арґентуму та хлорид-йонів у нерозчинну сполуку арґентум(І) хлорид. Тому в обох дослідах взаємодію речовин відображає одне скорочене йонне рівняння.

Ag+ + Cl– = AgCl

Якісна реакція на хлоридну кислоту та її солі — це взаємодія з розчином арґентум(І) нітрату. Одним із продуктів реакції є білий сирнистий осад арґентум(І) хлориду AgCl, що не розчиняється у воді та сильних кислотах (нітратній, сульфатній).

На цьому базується якісне визначення хлорид-аніонів Cl– у розчині.

78

СПОСІБ ВИЯВЛЕННЯ БРОМІД-ІОНІВ Br– ТА ЙОДИД-ІОНІВ І–.

Аніони цих галогенів виявляють у розчині теж за допомогою катіона Арґентуму Ag+, а він, як ми щойно з’ясували, наявний у розчині арґентум(І) нітрату. Реакції описують скороченими йонними рівняннями.

Ag+ + Br– = AgBr (жовто-білий осад) Ag+ + І– = AgІ (жовтий осад)

Утворені осади, як і осад арґентум(І) хлориду, також не розчиняються у воді та розчинах сильних кислот.

СПОСІБ ВИЯВЛЕННЯ СУЛЬФАТ-ІОНІВ SO42–. Якісною реакцією на сульфатну кислоту та сульфати, що перебувають у розчині, є їхня взаємодія з електролітами, що у водному розчині дисоціюють з утворенням катіонів Барію Ba2+. Скористаємося таблицею розчинності та з’ясуємо, що такими електролітами можуть бути барій гідроксид Ba(ОН)2, барій хлорид ВаСl2, барій нітрат Ва(NO3)2.

Ba(OH)2 = Ba2+ + 2OH–

BaCl2 = Ba2+ + 2Cl–

Ba(NO3)2 = Ba2+ + 2NO3–

Реакція обміну в усіх випадках описуватиметься скороченим йонним рівнянням.

Ba2+ + SO24– = BaSO4

За наявності в одному розчині катіонів Барію, а в іншому — сульфат-аніонів відбувається реакція йонного обміну, в ході якої ці йони сполучаються та вилучаються зі сфери реагування у вигляді осаду BaSO4. Цей осад, подібно до осаду AgCl не розчиняється ані

у воді, ані в хлоридній чи нітратній кислотах.

СПОСІБ ВИЯВЛЕННЯ КАРБОНАТ-ІОНІВ СO32–. Карбонати (як розчинні, так і нерозчинні) легко виявити за допомогою будь-якої кислоти, сильнішої за карбонатну. Це можливо тому, що карбонатна кислота — нестійка сполука й при утворенні одразу розпадається на вуглекислий газ і воду. Взаємодію між розчиненим у воді карбонатом і сильнішою за неї кислотою описує скорочене йонне рівняння реакції.

2Н+ + СO23– = Н2O + СO2

СПОСІБ ВИЯВЛЕННЯ ОРТОФОСФАТ-ІОНІВ. Ортофосфатну кислоту та її середні солі ортофосфати в розчині можна виявити за допомогою розчину арґентум(І) нітрату. Подібно до йодидів утворюється осад жовтого кольору.

3Ag+ + РО34– = Ag3РО4 (жовтий осад)

Проте на відміну від арґентум(І) йодиду арґентум(І) ортофосфат розчиняється в нітратній кислоті.

Ag3РО4 + 3НNO3 = 3Ag NO3 + Н3РО4

79

Попрацюйте групами

1. Способи виявлення бромід-іонів, йодид-іонів, сульфат-іонів, карбонатіонів, ортофосфат-іонів проілюстровано в параграфі лише скороченими йонними рівняннями. Запропонуйте речовини, між якими можна провести реакцію для виявлення кожного з розглянутих у параграфі аніонів, напишіть молекулярні й повні йонні рівняння цих реакцій.

Виконайте лабораторні досліди 7–9 та закріпіть набуті знання про якісні реакції з виявлення деяких йонів.

Для виконання дослідів вам знадобляться: розчини солей хлоридної, сульфатної, карбонатної кислот, пробірки та штатив для пробірок.

Виконуючи досліди, дотримуйтеся правил безпеки!

Лабораторний дослід 7

Виявлення хлорид-іонів у розчині

Завдання. Доведіть, що у виданому вам розчині розчиненою речовиною є сіль хлоридної кислоти.

Запишіть результати виконання цього досліду в робочий зошит. Для зручності записів скористайтесь поданою табличною формою.

Послідовно виконайте лабораторний дослід 8 з виявлення сульфатіонів, лабораторний дослід 9 — карбонат-іонів у виданих вам розчинах.

Внесіть результати виконання кожного досліду в таблицю. Складіть повні йонні та молекулярні рівняння проведених дослідів.

ЗАСТОСУВАННЯ ЯКІСНИХ РЕАКЦІЙ. З якісними реакціями мають справу учні та студенти у процесі вивчення хімії. Їх використовують у багатьох наукових дослідженнях з хімії, біології, медицини тощо. Сформувалась і розвивається окрема наукова галузь — аналітична хімія, предметом досліджень якої є якісний аналіз складу речовин і матеріалів. Уміння проводити якісний аналіз внесено до переліку професійних умінь провізорів, експертів з якості харчової продукції та фахівців багатьох інших спеціальностей.

80