Ионно- молекулярные (ионные) реакции обмена

Ионно-молекулярные, или просто ионные, уравнения реакций обмена отражают состояние электролита в растворе. В этих уравнениях сильные растворимые электро­литы, поскольку они полностью диссоциированы, записывают в виде ионов, а слабые электролиты (см. табл. констант диссоциации слабых электролитов), малорастворимые (см. табл. растворимости) и газообразные вещества записывают в молекулярной форме.

В ионно-молекулярном уравнении одинаковые ионы из обеих его частей исключаются. При составлении ионно-молекулярных уравнений следует помнить, что сумма электрических зарядов в левой части уравнения должна быть равна сумме электрических зарядов в правой части уравнения.

Пример 1. Написать ионно-молекупярные уравнения реакций взаимодействия между водными растворами следующих веществ: а) НС1 и NaOH; б) Рb(NОз)₂ и Na₂S; в) NаСIOи НNО₃; г) K₂СО₃ и Н₂SО₄, д) СНзСООН и NaOH.

Решение. Запишем уравнения взаимодействия указанных веществ в молекулярном виде:

а) НС1 + NaOH = NaCI + Н₂О

б) Pb(NO₃)₂ + Na₂S = PbS↓ + 2NaNО₃

в) NaCIO + HNO₃ = NaNO₃ + HCIO

г) K₂СО₃ + Н₂SО₄ = K₂SO₄ + СО₂↑ + Н₂О

д) СНзСООН + NaOH = CH₃COONa + Н₂О

Таблица 4

Константы и степени диссоциации некоторых слабых электролитов

Электролиты	Формула	Константы диссоциации	Степень диссоциации в 0,1н растворе, %
азотистая кислота	HNO2	K=4,0×10-4	6,4
гидроксид аммония	NH4OH	K=1,8×10-5	1,3
муравьиная кислота	HCOOH	K=1,76×10-4	4,2
ортоборная кислота	H3BO3	K1=5,8×10-10 K2=1,8×10-13 K3=1,6×10-14	0,007
ортофосфорная кислота	H3PO4	K1=7,7×10-3 K2=6,2×10-8 K3=2,2×10-13	27
сернистая кислота	H2SO3	K1=1,7×10-2 K2=6,2×10-8	20
сероводородная кислота	H2S	K1=5,7×10-8 K2=1,2×10-12	0,07
синильная кислота	HCN	K=7,2×10-10	0,009
угольная кислота	H2CO3	K1=4,3×10-7 K2=5,6×10-11	0,17
уксусная кислота	CH3COOH	K=1,75×10-5	1,3
фтороводородная кислота	HF	K=7,2×10-4	8,5
хлорноватистая кислота	HCIO	K=3,0×10-8	0,05

Для того, чтобы составить ионно-молекулярные уравнения реакций необходимо те вещества, которые являются сильными электролитами и хорошо растворимыми веществами записать в виде ионов, а вещества являющиеся слабыми электролитами или неэлектролитами и труднорастворимыми веществами оставить в молекулярном виде:

а) Н⁺ + С1⁻ + Na⁺ + OH⁻ = Na⁺ + CI⁻ + Н₂О

б) Pb²⁺ + 2 NO₃⁻+ 2Na ⁺+ S²⁻ = PbS↓ + 2Na⁺ + 2NО₃⁻

в) Na⁺ + CIO⁻ + H⁺ + NO₃⁻ = Na⁺ + NO₃ + HCIO

г) 2K⁺ + СО₃ ²⁻+ 2Н⁺ + SО₄²⁻ = 2 K⁺+ SO₄²⁻ + СО₂↑ + Н₂О

д) СНзСООН + Na⁺ + OH⁻ = CH₃COO⁻ + Na⁺ + Н₂О

Отметим, что взаимодействие этих веществ возможно, ибо в результате происходит связывание ионов с образованием слабых электролитов (Н₂О, HCIO), осадка (РbS↓),газа (СО₂↑).

В реакции (д) два слабых электролита, но так как реакции идут в сторону большего связывания ионов и вода - более слабый электролит, чем уксусная кислота, то равновесие реакции смещено в сторону образования воды. Исключив одинаковые ионы из обеих частей равенства a) Na⁺ и Сl⁻; б) Na⁺и NО₃; в) Na⁺ и N0₃⁻; г) K⁺ + S0₄²⁻ ; д) Na⁺, получим ионно-молекулярные уравнения соответствующих реакций:

а) Н⁺ + OH⁻ = Н₂О

б) Pb²⁺ + S²⁻ = PbS↓

в) CIO⁻+ H⁺ = HCIO

г) СО₃ ²⁻+ 2Н⁺ = СО₂↑ + Н₂О

д) СНзСООН + OH⁻ = CH₃COO⁻ + Н₂О

Таблица 5

Растворимость солей и оснований в воде

Ани- оны

к а т и о н ы

Li+

Na+K+

NH4+

Cu2+

Ag+

Mg2+

Ca2+

Sr2+

Ba2+

Zn2+

Hg2+

Al3+

Sn2+

Pb2+

Bi3+

Cr3+

Mn2+

Fe3+

Fe2+

Cl−

р

р

р

р

н

р

р

р

р

р

р

р

р

м

–

р

р

р

р

Br−

р

р

р

р

н

р

р

р

р

р

м

р

р

м

–

р

р

р

р

I−

р

р

р

–

н

р

р

р

р

р

н

р

р

н

–

р

р

–

р

NO3−

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

–

р

р

р

–

р

р

Ac−

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

–

р

–

–

р

–

р

S2-

р

р

р

н

н

–

р

р

р

н

н

–

н

н

н

–

н

н

н

SO32−

р

р

р

н

н

н

н

н

н

н

н

–

–

н

н

–

н

–

н

SO42−

р

р

р

р

м

р

м

н

н

р

–

р

р

н

–

р

р

р

р

CO32−

р

р

р

–

н

н

н

н

н

н

–

–

–

н

н

–

н

–

н

SiO32-

р

р

–

–

–

н

н

н

н

н

–

н

–

н

–

–

н

н

н

CrO42−

р

р

р

н

н

р

м

м

н

н

н

–

–

н

н

р

н

–

–

PO43−

н

р

р

н

н

н

н

н

н

н

н

н

н

н

н

н

н

н

н

OH−

р

р

р

н

–

н

м

м

р

н

–

н

н

н

н

н

н

н

н

р - растворимое; м - малорастворимое; н - нерастворимое; – - разлагается водой; Ac⁻ - CH₃COO⁻

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

а) SO₃²⁻ + 2H⁺ = SO₂ + Н₂О

б) Pb ²⁺ + СгO₄²⁻ = PbСгO₄

в) НСО₃⁻ + ОН⁻ = СО₃ ²⁻ + Н₂О

г) ZnOH⁺ + H⁺ = Zn²⁺+ Н₂О

Решение. В левой части данных ионно-молекулярных уравнений указаны свободные ионы, которые образуются при диссоциации растворимых сильных электролитов, следовательно, при составлении молекулярных уравнений, следует исходит из соответствующих растворимых сильных электролитов. Например:

а) Na₂SO₃ + 2HCl = 2NaCl + SO₂ + Н₂О

б) Pb(NO₃)₂ + K₂СгO₄ = PbСгO₄ + 2KNO₃

в) KНСО₃ + KОН = K₂СО₃ + Н₂О

г) ZnOHCl + HCl = Zn Cl₂ + Н₂О