Тема 8. Ионно-молекулярные реакции обмена.

Реакции, протекающие в растворах электролитов, являются реакциями между ионами и называются обмена. В ходе реакции степень окисления элементов не изменяется.

В зависимости от силы электролитов и их растворимости реакции в растворах протекают: 1) необратимо, 2) практически не идут, 3) являются обратимыми.

Реакции идут до конца, т.е. являются необратимыми, если уменьшается концентрация ионов за счет связывания их в малорастворимые вещества (осадки), газообразные вещества или малодиссоциирующие соединения.

Сущность процессов происходящих в растворах между двумя электролитами выражают в виде ионно- молекулярных уравнений.

При составлении ионно-молекулярных уравнений следует придерживаться следующей формы записи:

а) формулы сильных электролитов пишут в виде отдельных составляющих их ионов, так как именно в таком состоянии они находятся в растворе.

К сильным электролитам относятся:

- растворы кислот: HCl, HBr, HJ, H₂SO₄, HNO₃, HClO₄, HMnO₄, H₂SeO₄ и др;

- щелочи – гидроксиды щелочных и щелочно-земельных металлов – лития, натрия, калия, рубидия, цезия, кальция, стронция и бария;

- все хорошо растворимые в воде соли (см. таблицу растворимости)

б) формулы малорастворимых соединений, газообразных веществ и малодиссоциированных соединений следует писать в недиссоциированном состоянии т.е. в виде молекул, независимо от того, являются они исходными веществами или продуктами реакции.

Пример 1. Напишите в молекулярной и ионно-молекулярной форме уравнения реакций взаимодействия следующих веществ:

а) сульфид натрия с сульфатом железа (II),

б) сульфид калия с соляной кислотой,

в) ацетат натрия с азотной кислотой. Укажите, почему реакции протекают необратимо.

Решение: а) Na₂S + FeSO₄ → Na₂SO₄ + FeS↓

молекулярное уравнение

2Na⁺ + S^2- + Fe²⁺ + SO₄^2- → 2 Na⁺ + SO₄^2- + FeS ↓

полное ионно- молекулярное уравнение

S^2- + Fe²⁺ → FeS ↓

сокращенное ионно- молекулярное уравнение

Вывод: реакция протекает необратимо так как образуется малорастворимое соединение (осадок) FeS ↓

б) K₂S + 2HCl → 2 KCl + H₂S ↑

2K⁺ + S^2- + 2H⁺ + 2Cl^- → 2K⁺ + 2Cl^- + H₂S ↑

S^2- + 2H⁺ → H₂S ↑

Вывод: реакция протекает необратимо, так как образуется газообразное вещество.

Реакции являются обратимыми, если среди исходных веществ и продуктов реакции есть малодиссоциирующие соединения.

Например: HNO₂ + KOH ↔ KNO₂ +H₂O

HNO₂ + K⁺ + OH^- ↔ K⁺ + NO₂^- + H₂O

HNO₂ + OH^- ↔ NO₂^- + H₂O

В обратимых реакциях равновесие смещено в сторону образования менее диссоциирующего соединения, в приведенном примере молекул H₂O.

Если продукты реакции являются сильными электролитами, то реакции практически не происходят, т.е. имеется смесь ионов и отсутствует химическое взаимодействие.

Например, при смешивании растворов сульфата натрия и хлорида калия не происходит взаимодействия, так как невозможно связывание ни катиона Na⁺, ни катиона K⁺ с анионами Cl^- и SO₄^2-. Система представляет смесь ионов.

Na₂SO₄ + 2 KCl = K₂SO₄ + 2 NaCl

2Na⁺ + SO₄^2- + 2K⁺ + 2Cl^- = 2K⁺ + SO₄^2- + 2Na⁺ + 2Cl^-

Вывод: реакция не протекает.

Пример 2. Составьте молекулярные уравнения реакций, которым соответствуют следующие ионно-молекулярные уравнения.

3Ba²⁺ + 2 PO₄^3- → Ba₃ (PO₄)₂

CO₃^2- + 2H⁺ → CO₂ + H₂O

Cr³⁺ + 3 OH^- → Cr (OH)₃

Решение. При составлении молекулярных уравнений для соответствующих ионно-молекулярных необходимо помнить, что формулы слабых электролитов, осадков и газов пишутся в ионных уравнениях в недиссоциирующей форме (т.е. молекулярно).Следовательно, если в левой части ионно-молекулярных уравнений указаны свободные ионы, которые образуются при диссоциации растворимых сильных электролитов.

Например, наличие ионов бария и фосфат ионов говорит о том, что взаимодействуют два сильных электролита – растворимые соли.

3 BaCl₂ + 2 Na₃PO₄ = Ba₃ (PO₄)₂ + 6 NaCl

Na₂CO₃ + 2 HCl = 2 NaCl + CO₂ + H₂O

CrCl₃ + 3 KOH = Cr (OH)₃ + 3 KCl