Реакции ионного обмена.

Рассмотрев вопрос теории электролитической диссоциации, становится понятно, что реакции в растворах электролитов, протекают между ионами, а не молекулами веществ.

● Реакции, протекающие между ионами, называются ионными реакциями.

Рассмотрим взаимодействие растворов солей карбоната калия с хлоридом кальция:

К₂СО₃ + СаСl₂  СаСО₃ + 2КСl (молекулярное уравнение)

Так как исходные вещества являются сильными электролитами, то в исходных растворах каждое вещество находится в виде ионов:

К₂СO₃ 2К⁺ + СO₃^2- CaCl₂ Ca²⁺ + 2Cl^-

Рис 11 Растворы исходных электролитов

Затем два исходных раствора сливают. В результате чего катионы кальция и карбонат-ионы связываются и образуют нерастворимое в воде вещество карбонат кальция, который выпадает в осадок.

Так как образующийся хлорид калия растворим, то в водном растворе он находится в виде ионов, а не молекул (как это характерно для карбоната кальция).

Рис 12 Результат взаимодействия двух электролитов

Следовательно, исходное уравнение химической реакции необходимо написать в ионной форме (ионную форму пишем только для электролитов):

2К⁺ + СО₃^2- + Са²⁺ + 2Сl^-  СаСО₃ + 2К⁺ + 2Сl^- (полное ионное уравнение)

Так как ионы калия и хлора имеются и в левой, и в правой частях уравнения, т.е. фактически в реакции не участвуют, то их сокращают:

Са²⁺ + СО₃^2-  СаСО₃ (сокращённое ионное уравнение)

Исходя из сокращённого ионного уравнения, можно сказать, что фактически реакция протекает только между ионами кальция и карбонат-ионами.

Существуют правила написания уравнений реакций ионного обмена в растворах электролитов.

Правила написания реакций ионного обмена в растворах электролитов

1. Сначала записывают уравнение протекающей реакции в молекулярной форме. Обязательно указывают нерастворимые (), газообразные () вещества в продуктах реакции.

2. Записывают полное ионное уравнение. При этом необходимо помнить:

2.1. В виде ионов записывают формулы:

 сильных кислот (например, НClO₄, НClO₃, HNO₃, H₂SO₄, HCl и др.);

 сильных оснований (например, LiOH, NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Sr(OH)₂, Ba(OH)₂ и др.);

 растворимых в воде солей (например, NaCl, NaNO₃, Al₂(SO₄)₃ и др.).

2. В виде молекул записывают формулы:

 воды Н₂О;

 слабых кислот (например, НClO₂, НClO, HNO₂, H₂SO₃, H₂СO₃, H₂SiO₃ и др.);

 слабых оснований (например, NH₄OH, Fe(OH)₂, Pb(OH)₂, Cu(OH)₂ и др.);

 малорастворимых или нерастворимых воде солей (например, AgCl, CaCO₃, BaSO₄ и др.);

 формулы газообразных веществ (например, СО, СО₂, О₂, Н₂, Н₂S, NH₃ и др.);

 формулы оксидов (например, BaO, Fe₂O₃, P₂O₅, SiO₂ и др.).

Большая часть молекул слабых электролитов в растворе не диссоциирует на ионы.

При написании уравнений реакций ионного обмена необходимо помнить, что в продуктах реакций некоторые вещества при их получении сразу разлагаются или улетучиваются (это связано с тем, что в ходе реакции либо выделяется энергия, либо достаточно комнатной температуры, чтобы данные вещества разложились или улетучились):

H₂СО₃  СО₂ + Н₂О

H₂SО₃  SО₂ + Н₂О

NH₄OH  NH₃ + Н₂О

H₂S

3. Затем сокращают те ионы, которые в реакции не участвуют. Записывают сокращённое ионное уравнение.

Пример 1

Рассмотрим взаимодействие растворов хлорида калия и нитрата натрия.

KCl + NaNO₃  KNO₃ + NaCl (молекулярное уравнение)

K⁺ + Cl^- + Na⁺ + NO₃^-  K⁺ + NO₃^- + Na⁺ + Cl^- (полное ионное уравнение)

Так как реагенты и продукты реакции являются сильными электролитами, то до и после окончания реакции все вещества находятся в ионной форме. Фактически все ионы остались в растворе, поэтому говорят «реакция не протекает». Следовательно, в данном случае получить такие продукты реакции не возможно. Записывать такое уравнение необходимо следующим образом:

KCl + NaNO₃

Данная запись означает, что реакция не идёт.

Пример 2

Рассмотрим взаимодействие растворов нитрата серебра и хлорида алюминия.

3AgNO₃ + AlCl₃  Al(NO₃)₃ + 3AgCl (молекулярное уравнение)

3Ag⁺ + 3NO₃^- + Al³⁺ + 3Cl^-  Al³⁺ + 3NO₃^- + 3AgCl (полное ионное уравнение)

3Ag⁺ + 3Cl^-  3AgCl (сокращённое ионное уравнение)

Можно заметить, что в сокращённом ионном уравнении все коэффициенты можно сократить на 3. Тогда окончательная форма сокращённого ионного уравнения примет вид:

Ag⁺ + Cl^-  AgCl

Если коэффициенты не сокращать, то это считается за ошибку («избыточный коэффициент»).

Лекция 8