Реакции ионного обмена — реакции в водных растворах между электролитами, протекающие без изменений степеней окисления образующих их элементов

Необходимым условием протекания реакции между электролитами (солями, кислотами и основаниями) является образование малодиссоциирующего вещества (вода, слабая кислота, гидроксид аммония), осадка или газа.

Расcмотрим реакцию, в результате которой образуется вода. К таким реакциям относятся все реакции между любой кислотой и любым основанием. Например, взаимодействие азотной кислоты с гидроксидом калия:

HNO 3 + KOH = KNO 3 + H 2 O (1)

Исходные вещества, т.е. азотная кислота и гидроксид калия, а также один из продуктов, а именно нитрат калия, являются сильными электролитами, т.е. в водном растворе они существуют практически только в виде ионов. Образовавшаяся вода относится к слабым электролитам, т.е. практически не распадается на ионы. Таким образом, более точно переписать уравнение выше можно, указав реальное состояние веществ в водном растворе, т.е. в виде ионов:

H + + NO 3 − + K + + OH ‑ = K + + NO 3 − + H 2 O (2)

Как можно заметить из уравнения (2), что до реакции, что после в растворе находятся ионы NO 3 − и K + . Другими словами, по сути, нитрат-ионы и ионы калия никак не участвовали в реакции. Реакция произошла только благодаря объединению частиц H + и OH − в молекулы воды. Таким образом, произведя алгебраически сокращение одинаковых ионов в уравнении (2):

H + + NO 3 − + K + + OH ‑ = K + + NO 3 − + H 2 O

мы получим:

H + + OH ‑ = H 2 O (3)

Уравнения вида (3) называют сокращенными ионными уравнениями , вида (2) — полными ионными уравнениями , а вида (1) — молекулярными уравнениями реакций .

Фактически ионное уравнение реакции максимально отражает ее суть, именно то, благодаря чему становится возможным ее протекание. Следует отметить, что одному сокращенному ионному уравнению могут соответствовать множество различных реакций. Действительно, если взять, к примеру, не азотную кислоту, а соляную, а вместо гидроксида калия использовать, скажем, гидроксид бария, мы имеем следующее молекулярное уравнение реакции:

2HCl+ Ba(OH) 2 = BaCl 2 + 2H 2 O

Соляная кислота, гидроксид бария и хлорид бария являются сильными электролитами, то есть существуют в растворе преимущественно в виде ионов. Вода, как уже обсуждалось выше, – слабый электролит, то есть существует в растворе практически только в виде молекул. Таким образом, полное ионное уравнение данной реакции будет выглядеть следующим образом:

2H + + 2Cl − + Ba 2+ + 2OH − = Ba 2+ + 2Cl − + 2H 2 O

Сократим одинаковые ионы слева и справа и получим:

2H + + 2OH − = 2H 2 O

Разделив и левую и правую часть на 2, получим:

H + + OH − = H 2 O,

Полученное сокращенное ионное уравнение полностью совпадает с сокращенными ионным уравнением взаимодействия азотной кислоты и гидроксида калия.

При составлении ионных уравнений в виде ионов записывают только формулы:

1) сильных кислот (HCl, HBr, HI, H 2 SO 4 , HNO 3 , HClO 4) (список сильных кислот надо выучить!)

2) сильных оснований (гидроксиды щелочных (ЩМ) и щелочно-земельных металлов(ЩЗМ))

3) растворимых солей

В молекулярном виде записывают формулы:

1) Воды H 2 O

2) Слабых кислот (H 2 S, H 2 CO 3 , HF, HCN, CH 3 COOH (и др. практически все органические))

3) Слабых оcнований (NH 4 OH и практически все гидроксиды металлов кроме ЩМ и ЩЗМ

4) Малорастворимых солей (↓) («М» или «Н» в таблице растворимости).

5) Оксидов (и др. веществ, не являющихся электролитами)

Попробуем записать уравнение между гидроксидом железа (III) и серной кислотой. В молекулярном виде уравнение их взаимодействия записывается следующим образом:

2Fe(OH) 3 + 3H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O

Гидроксиду железа (III) соответствует в таблице растворимости обозначение «Н», что говорит нам о его нерастворимости, т.е. в ионном уравнении его надо записывать целиком, т.е. как Fe(OH) 3 . Серная кислота растворима и относится к сильным электролитам, то есть существует в растворе преимущественно в продиссоциированном состоянии. Сульфат железа (III), как и практически все другие соли, относится к сильным электролитам, и, поскольку он растворим в воде, в ионном уравнении его нужно писать в виде ионов. Учитывая все вышесказанное, получаем полное ионное уравнение следующего вида:

2Fe(OH) 3 + 6H + + 3SO 4 2- = 2Fe 3+ + 3SO 4 2- + 6H 2 O

Сократив сульфат-ионы слева и справа, получаем:

2Fe(OH) 3 + 6H + = 2Fe 3+ + 6H 2 O

разделив обе части уравнения на 2 получаем сокращенное ионное уравнение:

Fe(OH) 3 + 3H + = Fe 3+ + 3H 2 O

Теперь давайте рассмотрим реакцию ионного обмена, в результате которой образуется осадок. Например, взаимодействие двух растворимых солей:

Все три соли – карбонат натрия, хлорид кальция, хлорид натрия и карбонат кальция (да-да, и он тоже) – относятся к сильным электролитам и все, кроме карбоната кальция, растворимы в воде, т.е. есть участвуют в данной реакции в виде ионов:

2Na + + CO 3 2- + Ca 2+ + 2Cl − = CaCO 3 ↓+ 2Na + + 2Cl −

Сократив одинаковые ионы слева и справа в данном уравнении, получим сокращенное ионное:

CO 3 2- + Ca 2+ = CaCO 3 ↓

Последнее уравнение отображает причину взаимодействия растворов карбоната натрия и хлорида кальция. Ионы кальция и карбонат-ионы объединяются в нейтральные молекулы карбоната кальция, которые, соединяясь друг с другом, порождают мелкие кристаллы осадка CaCO 3 ионного строения.

Рассмотрим третье условие протекания реакций ионного обмена – образование газа. Строго говоря, только в результате ионного обмена образование газа возможно лишь в редких случаях, например, при образовании газообразного сероводорода:

K 2 S + 2HBr = 2KBr + H 2 S

В большинстве же остальных случаев газ образуется в результате разложения одного из продуктов реакции ионного обмена. Например, нужно точно знать в рамках ЕГЭ, что с образованием газа в виду неустойчивости разлагаются такие продукты, как H 2 CO 3 , NH 4 OH и H 2 SO 3:

H 2 CO 3 = H 2 O + CO 2

NH 4 OH = H 2 O + NH 3

H 2 SO 3 = H 2 O + SO 2

Другими словами, если в результате ионного обмена образуются угольная кислота, гидроксид аммония или сернистая кислота, реакция ионного обмена протекает благодаря образованию газообразного продукта:

Запишем ионные уравнения для всех указанных выше реакций, приводящих к образованию газов. 1) Для реакции:

K 2 S + 2HBr = 2KBr + H 2 S

В ионном виде будут записываться сульфид калия и бромид калия, т.к. являются растворимыми солями, а также бромоводородная кислота, т.к. относится к сильным кислотам. Сероводород же, являясь малорастворимым и плохо диссоциирцющим на ионы газом, запишется в молекулярном виде:

2K + + S 2- + 2H + + 2Br — = 2K + + 2Br — + H 2 S

Сократив одинаковые ионы получаем:

S 2- + 2H + = H 2 S

2) Для уравнения:

Na 2 CO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 O + CO 2

В ионном виде запишутся Na 2 CO 3 , Na 2 SO 4 как хорошо растворимые соли и H 2 SO 4 как сильная кислота. Вода является малодиссоциирующим веществом, а CO 2 и вовсе неэлектролит, поэтому их формулы будут записываться в молекулярном виде:

2Na + + CO 3 2- + 2H + + SO 4 2- = 2Na + + SO 4 2 + H 2 O + CO 2

CO 3 2- + 2H + = H 2 O + CO 2

3) для уравнения:

NH 4 NO 3 + KOH = KNO 3 + H 2 O + NH 3

Молекулы воды и аммиака запишутся целиком, а NH 4 NO 3 , KNO 3 и KOH запишутся в ионном виде, т.к. все нитраты являются хорошо растворимыми солями, а KOH является гидроксидом щелочного металла, т.е. сильным основанием:

NH 4 + + NO 3 − + K + + OH − = K + + NO 3 − + H 2 O + NH 3

NH 4 + + OH − = H 2 O + NH 3

Для уравнения:

Na 2 SO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O + SO 2

Полное и сокращенное уравнение будут иметь вид:

2Na + + SO 3 2- + 2H + + 2Cl − = 2Na + + 2Cl − + H 2 O + SO 2

Цели:

• учащиеся должны усвоить знания о реакциях ионного обмена и условиях их протекания.
• продолжить развивать умения написания уравнений диссоциаций веществ;
• работать с таблицей растворимости;
• развивать логическое мышление при распознавании электролитов и неэлектролитов, в сравнении, наблюдении; развивать практические умения и навыки, делать выводы;
• составлять уравнения реакций в молекулярном, полном ионном и сокращенном ионном видах.

Методы и методические приёмы: словесно-наглядные, эвристические, групповая фронтальная лабораторная работа.

Оборудование:

• на столах учащихся: H 2 SO 4 , BaCl 2 , Na 2 CO 3, фенолфталеин, NaOH, 4 шприца, планшетка, таблица растворимости, таблица для заполнения.
• учителю: H 2 SO 4 , BaCl 2 , Na 2 CO 3, фенолфталеин, NaOH, 3 пробирки, в 2-х емкостях: сода и соль, вода, уксусная кислота.

Ход урока

1. Организационный момент.

2. Постановка цели.

Учитель . Ребята, представим, что у вас на кухне в 2-х одинаковых банках без этикеток находятся соль и сода. Как распознать эти два вещества, не пробуя на вкус?

Учитель. Чтобы это узнать, нам необходимо познакомиться с реакциями ионного обмена, определить условия их протекания, научиться писать полные, сокращенные ионные уравнения. Что бы лучше понять механизм реакций ионного обмена, давайте вспомним, какие вещества называются электролитами.

Ученик. Электролиты – это вещества, которые в расплавах и растворах проводят электрический ток.

Учитель. Почему электролиты в растворах и расплавах проводят электрический ток?

Ученик. Электролиты проводят электрический ток, потому что в растворах и расплавах образуются ионы.

Учитель. Что такое электролитическая диссоциация?

Ученик. Процесс распада электролита на ионы называется электролитической диссоциацией.

Учитель. Напишем уравнения диссоциации различных веществ. (К доске 3 ученика работать по карточкам):

• Карта №1. Написать суммарные уравнения диссоциации для веществ: H 2 SO 4, HCl.
• Карта №2. Написать суммарные уравнения диссоциации для веществ: Na 2 CO 3, BaCl 2.
• Карта № 3. Написать суммарные уравнения диссоциации для веществ: NaOH, Ba(OH) 2

Учитель. Задание классу : выбрать из данного перечня веществ электролиты и неэлектролиты.

KCl, CuO, CuSO 4, Cu(OH) 2 , BaSO 4, K 2 SO 4 . (с листа).

Для электролитов написать суммарные уравнения диссоциации. (у доски).

Учитель. Проверим записи на доске.

Учитель. Ребята, назовите, из каких ионов образованно нерастворимое вещество BaSO 4 ?

Ученик . Сульфат бария образуется из ионов бария и сульфат-ионов.

Учитель. Назовите вещества, используя таблицу растворимости, растворы которых содержат ион Ba 2+ и SO 4 2- ?

Ученик. Например, хлорид бария и серная кислота.

Учитель. Запишем уравнение реакции между H 2 SO 4 и BaCl 2 (ученик у доски).

Ba Cl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2HCl

Учитель. Реакции, протекающие в растворах электролитов, называются реакциями ионного обмена. Чтобы выяснить при каких условиях протекают реакции ионного обмена, проведём лабораторную работу:

Цель: Ознакомиться с условиями протекания таких реакций. (запись в тетрадь)

Опыт № 1. Получение BaSO 4. (вместо опыта возможно использование фрагмента урока из “виртуальной школы Кирилла и Мефодия” 9 класс урок № 6)

Учитель одновременно делает у доски.

Учитель комментирует: к раствору BaCl 2 приливаем раствор H 2 SO 4. Что наблюдаем?

Ученик: Выпал белый осадок.

Учитель: Запишем полное ионное уравнение, для этого записываем, какие ионы были в растворах взятых веществ и какие вещества образовались.

2H 1+ + SO 4 2- + Ba 2+ +2Cl 1- - > BaSO 4v + 2H 1+ +2Cl 1-

Это полное ионное уравнение.

Если сократить правую и левую часть уравнения на одинаковые ионы, то получим сокращенное ионное уравнение.

SO 4 2- + Ba 2+ -> BaSO 4v

Обсуждение:

Вопросы классу:

• Какие ионы содержались в растворе до реакции?
• Какие ионы оставались в растворе после реакции?
• В чем сущность данных реакций?

Беседа с классом: обговариваем, что сущность реакции состоит в том, что произошло связывание ионов Ba 2+ и SO 4 2- .

Это уравнение показывает сущность данной реакции.

Опыт №2. Получение углекислого газа.

Учитель комментирует: к раствору Na 2 CO 3 прильем раствор H 2 SO 4. (1 ученик записывает реакцию на доске)

Na 2 CO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 O + CO 2

Что наблюдаем?

Ученик: Выделение пузырьков газа.

Учитель записывает полное ионное уравнение и сокращённое ионное уравнение.

2Na 1+ +CO 3 2- +2H 1+ +SO 4 2- - >2Na 1+ + SO 4 2- + H 2 O+ CO 2

CO 3 2- +2H 1+ -> H 2 O+ CO 2

Опыт №3. Образование H 2 O (малодиссоциирующего вещества).

Учитель комментирует: к раствору NaOH добавим 1-2 капли фенола фталеина, раствор окрасился в малиновый цвет, добавим H 2 SO 4. (1 ученик записывает реакцию на доске)

2 NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2 H 2 O

Что наблюдаем?

Ученик. Раствор обесцветился.

Учитель. Запишем полное ионное уравнение и сокращённое ионное уравнение на доске (1 ученик).

2Na 1+ +2OH 1- +2H 1+ + SO 4 2- ->2Na 1+ + SO 4 2- + 2H 2 O

2OH 1- +2H 1+ ->2H 2 O

Учитель: Ребята, мы провели реакции ионного обмена. Сделаем вывод: при каких условиях реакции ионного обмена идут до конца? (заполним предложенные таблицы)

Ученик: Реакции ионного обмена идут до конца, если в результате образуется осадок, выделяется газ, образуется малодиссоциирующее вещество, например вода.

Учитель: Вернёмся к нашей проблеме. Предложите способ распознания соли(NaCl) и соды (Na 2 CO 3).

Ученик: К этим веществам нужно добавить кислоту. В какой ёмкости будет наблюдаться выделение газ, там будет сода.

Закрепление материала:

Задание у доски: 1 Выбрать из данного списка реакции идущие до конца, (один ученик)

NaOH+ NaCl -> NaCl+ H 2 O

AgNO 3 + NaCl ->NaNO 3 +AgCl

CuCl 2 +2NaOH ->Cu(OH) 2 +2NaCl

KNO 3 +LiCl ->KCl+LiNO 3

Дано:

Полное ионное уравнение.

Fe 3+ +3Cl - +3Na + +3OH - = Fe(OH) 3 +3Na + +3Cl -

Напишите соответственно ему молекулярное и сокращенное ионное уравнение.

Учитель. Подведём итог нашему уроку: С какими реакциями мы познакомились на уроке?

Ученик. Мы познакомились с реакциями ионного обмена.

Учитель . При каких условиях возможно протекание данных реакций до конца.

Ученик. Реакции ионного обмена идут до конца, если выпадает осадок, выделяется газ, образуется малодиссоциирующее вещество.

Учитель. Задание на дом: §37 упр. 4, 5.

Литература.

1. Габриелян О.С. Химия. 8 класс: Дрофа, 1999.
2. “Виртуальная школа Кирилла и Мефодия” Уроки химии 8-9 класс, 2004.

Реакции, протекающие в растворах электролитов и не сопровождающиеся изменением степеней окисления элементов, называются реакциями ионного обмена.

Процессы в растворах электролитов всегда идут в сторону образования наименее диссоциированных или наименее растворимых веществ, т.е. сущность реакции ионного обмена заключается в связывании ионов.

Реакции ионного обмена протекают, если:

ü выпадает осадок;

ü выделяется газ;

ü образуется слабый (малодиссоциирующий) электролит;

ü образуется комплексный ион.

Причем, если и в правой, и в левой частях уравнения присутствуют слабые электролиты, то равновесие смещено в сторону образования менее диссоциирующего соединения.

2.1 Правила написания уравнений реакций ионного обмена

Для написания молекулярных и ионно-молекулярных уравнений можно пользоваться следующим алгоритмом.

1 При составлении формул продуктов реакции меняют местами положительные (стоящие на первом месте) или отрицательные ионы, не учитывая их количество в исходных соединениях:

Al(OH) 3 + H 2 SO 4 → AlSO 4 + HOH,

Al(OH) 3 + H 2 SO 4 → AlSO 4 + H 2 (OH) 3 .

2 Уравнивают заряды «внутри полученных молекул», т. Е. составляют формулы по валентности. Чтобы это сделать, необходимо использовать таблицу растворимости. Не стоит забывать, что молекула в целом электронейтральна (сумма положительных зарядов внутри нее равна сумме отрицательных):

(эти заряды ставят карандашом или на черновике)

Al(OH) 3 + H 2 SO 4 → AlSO 4 + HOH.

Наименьшее общее кратное

Отсюда, разделив шесть на три и два соответственно, получаем

Al(OH) 3 + H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4) 3 + HOH.

3 Проверяют, идет ли реакция, т. е. выполняется ли хотя бы одно из условий: выпадает осадок, образуются газ, слабый электролит, комплексный ион. Данная реакция протекает, поскольку одним из продуктов является вода – слабый электролит.

4 Проверяют, совпадает ли число одноименных ионов в левой и правой частях равенства (учитывая атомы, входящие в состав недиссоциированных молекул), т. е. расставляют коэффициенты (начинать обычно следует с самой «громоздкой» формулы):

2Al(OH) 3 + 3H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4) 3 + 6HOH.

5 Для записи ионно-молекулярного уравнения определяют силу каждого соединения как электролита. Следует помнить, что силу оснований определяют исходя из положения элемента в периодической системе Менделеева, сильные кислоты помнят, соли смотрят по таблице растворимости. Учитывают, что сильные электролиты записываются в виде ионов («раскладываются на ионы»), а слабые – в виде молекул (просто переписываются).

В нашем случае

2Al(OH) 3 + 6H + + 3SO 4 2 – → 2Al 3+ + 3SO 4 2 – + 6HOH.

Гидроксид алюминия записывается в виде молекулы, поскольку является слабым электролитом (алюминий не относится к щелочным или щелочно-земельным металлам, поскольку расположен в третьей группе периодической системы Менделеева); серная кислота – в виде ионов, поскольку она относится к шести сильным кислотам, перечисленным ранее; сульфат алюминия – растворимая соль и поэтому записывается в виде ионов, поскольку является сильным электролитом; вода – слабый электролит.

6 Находят в левой и правой частях ионного уравнения подобные члены с одинаковыми знаками и исключают их из уравнения, а затем записывают полученное сокращенное ионное уравнение, которое выражает сущность реакции:

2Al(OH) 3 + 6H + + 3SO 4 2 – → 2Al 3+ + 3SO 4 2 – + 6HOH;

2Al(OH) 3 + 6H + → 2Al 3+ + 6HOH.

В тех случаях, когда нет ионов, которые могут связываться между собой с образованием осадка, газа, малодиссоциированных соединений (H 2 O) или комплексных ионов, реакции обмена обратимы. Например,

NaNO 3 + KCl NaCl + KNO 3 ;

Na + + NO 3 – + K + + Cl – Na + + Cl – + K + + NO 3 – .

Как видно из приведенного уравнения, вещества присутствуют в растворе в виде свободных ионов. В этом случае при составлении молекулярного уравнения записывают следующее:

NaNO 3 + KCl → .

2.2 Примеры записи реакций ионного обмена

Пример 1– В результате реакции образуется нерастворимое вещество

Молекулярное уравнение реакции взаимодействия растворимой соли со щелочью

CuCl 2 + 2KOH → 2KCl + Cu(OH) 2 ↓.

Полное ионное уравнение реакции

Cu 2+ + 2Cl – + 2K + + 2OH – → 2K + + 2Cl – + Cu(OH) 2 ↓.

Сокращенное ионное уравнение реакции

Cu 2+ + 2OH – → Cu(OH) 2 ↓.

Уравнения реакции взаимодействия двух растворимых солей

Al 2 (SO 4) 3 + 3BaCl 2 → 3BaSO 4 ↓ + 2AlCl 3 ;

2Al 3+ + 3SO 4 2 – + 3Ba 2+ + 6Cl – → 3BaSO 4 ↓ + 2Al 3+ + 6Cl – ;

Ba 2+ + SO 4 2 – → BaSO 4 ↓.

Пример 2 – В результате реакции выделяется газообразное вещество

Уравнения реакции взаимодействия растворимой соли (сульфида) с кислотой

K 2 S + 2HCl → 2KCl + H 2 S;

2K + + S 2– + 2H + + 2Cl – → 2K + + 2Cl – + H 2 S;

S 2– + 2H + → H 2 S.

Уравнения реакции взаимодействия нерастворимой соли (карбоната) с кислотой

ВаCO 3 + 2HNO 3 → Ва(NO 3) 2 + H 2 CO 3

ВаCO 3 + 2H + + 2NO 3 – → Вa 2+ + 2NO 3 – + H 2 O + CO 2 ;

ВаCO 3 + 2H + → Вa 2+ + H 2 O + CO 2 .

О протекании данной реакции до конца свидетельствуют два признака: выделение воды и газа – оксида углерода(IV).

Пример 3 – В результате реакции образуется малодиссоциированное вещество

Уравнения реакции взаимодействия щелочи с кислотой

Ca(OH) 2 + 2HNO 3 → Ca(NO 3) 2 + 2H 2 O;

Ca 2+ + 2OH – + 2H + + 2NO 3 – → Ca 2+ + 2NO 3 – + 2H 2 O;

H + + OH – → H 2 O.

Пример 4 – В результате реакции образуются комплексные соединения (малодиссоциированные комплексные ионы)

Уравнения реакции взаимодействия медного купороса с аммиаком

CuSO 4 ∙5H 2 O + 4NH 3 → SO 4 + 5H 2 O;

Cu 2+ + SO 4 2– + 5H 2 O + 4NH 3 → 2+ + SO 4 2– + 5H 2 O;

Cu 2+ + 4NH 3 → 2+ .

Два основания способны взаимодействовать друг с другом только в том случае, если одно из них проявляет амфотерные свойства, например, Zn(OH) 2 , Be(OH) 2 , Pb(OH) 2 , Al(OH) 3 , Cr(OH) 3 и т. д. В этом случае образуются комплексные соединения. Формулы соответствующих комплексных ионов:

2 – , 2 – , 2 – , – , 3 – .

При составлении формул комплексных соединений следует дописать положительные ионы перед комплексным ионом и записать формулу согласно валентности.

Уравнения реакции взаимодействия гидроксида цинка с водной щелочью

Zn(OH) 2 + 2NaOH → Na 2 ;

Полное ионное уравнение реакции:

Zn(OH) 2 + 2Na + + 2OH – → 2Na + + – ;

Zn(OH) 2 + 2OH – → – .

Пример 5 – Реакции с участием кислой или основной солей

Следует помнить, что кислые соли проявляют как свойства солей, так и свойства кислот, а основные – свойства солей и оснований.

Реакция взаимодействия между гидросульфидом калия и гидроксидом калия протекает в прямом направлении, поскольку в этой реакции образуется слабый электролит – вода:

KH S+ KOH → K 2 S + HOH;

K + + HS – + K + + OH – → 2K + + S 2– + HOH;

HS – + OH – → S 2– + HOH.

Кислые соли хорошо диссоциируют на катионы металла и анионы кислой соли, поскольку являются сильными электролитами при диссоциации по первой стадии.

Реакция взаимодействия между гидросульфидом калия и соляной кислотой протекает в прямом направлении, поскольку в этой реакции образуется слабый электролит – сероводородная кислота:

KHS + H Cl → KCl + H 2 S;

K + + HS – + H + + Cl – → K + + Cl – + H 2 S;

H + + HS – →H 2 S.

Реакция взаимодействия между хлоридом гидроксомеди и гидроксидом протекает в прямом направлении, поскольку в этой реакции образуется слабый электролит – гидроксид меди:

CuOH Cl + KOH → Cu(OH) 2 ↓ + KCl;

CuOH + + Cl – + K + + OH – → Cu(OH) 2 ↓ + K + + Cl – ;

CuOH + + OH – → Cu(OH) 2 ↓.

Основные соли хорошо диссоциируют на гидроксокатионы металла и анионы кислотного остатка, поскольку являются сильными электролитами при диссоциации по первой стадии.

Реакция взаимодействия между хлоридом гидроксомеди и соляной кислотой протекает в прямом направлении, поскольку в этой реакции образуется слабый электролит – вода:

CuOHCl + HCl → CuCl 2 + HOH;

CuOH + + Cl – + H + + Cl – → Cu 2+ + 2Cl – + HOH;

CuOH + + H + → Cu 2+ + HOH.

2.3 Составление полных ионно-молекулярных и молекулярных уравнений реакций по сокращенным ионно-молекулярным.

Поскольку сокращенное ионно-молекулярное уравнение характеризует суть протекающей в растворе реакции, то для одного такого уравнения можно записать большое количество молекулярных уравнений. При выполнении данного задания необходимо к ионам добавлять ионы противоположного знака, но с таким расчетом, чтобы получить сильный электролит.

Например, реакция выражается молекулярным уравнением

Fe 2+ + S 2– → FeS.

К ионам железа можно добавить отрицательные ионы, образующие с ним сильный электролит (растворимую соль) – Сl – , Br – , NO 3 – , SO 4 2– и т. д. Использовать такие ионы, как, например, ОН – или СО 3 2– , нельзя, т. к. при этом получается слабый электролит Fe(ОН) 2 или FeСО 3 , который следует записывать в виде молекулы, а нам нужны ионы.

К ионам серы необходимо прибавить положительные ионы, дающие сильный электролит (растворимую соль) – К + , Na + , NH 4 + , Ba 2+ . Использовать ионы Н + не следует, поскольку при этом образуется слабая кислота – Н 2 S, которую нужно записывать в виде молекулы, а не ионов (самая распространенная ошибка, поскольку данная кислота является растворимой, что не делает ее сильным электролитом).

После подборов необходимых ионов следует составить формулы соединений согласно валентности. Затем записывают продукты реакции так же, как и при составлении молекулярного уравнения.

Таким образом для данного ионного уравнения можно записать несколько молекулярных:

FeCl 2 + K 2 S → FeS + 2KCl;

FeBr 2 + Na 2 S → FeS + 2NaBr;

FeSO 4 + BaS → FeS + BaSO 4 ↓.

После составления молекулярных уравнений необходимо проверить себя и составить полные ионно-молекулярные уравнения:

Fe 2+ + 2Cl – + 2K + + S 2– → FeS + 2K + + 2Cl – ;

Fe 2+ + 2Br – + 2Na + + S 2– → FeS + 2Na + + 2Br – ;

Fe 2+ + SO 4 2– + Ba 2+ + S 2– → FeS + BaSO 4 ↓.

Как видно, первые два уравнения соответствуют данному ионному, а последнее – нет, поскольку здесь вместе с нерастворимым сульфидом железа образуется также нерастворимый сульфат бария.

Составим молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:

Zn 2+ + H 2 S → ZnS + 2H + ;

HCO 3 – + H + → H 2 O + CO 2 ;

Ag + + Cl – → AgCl.

В данных ионно-молекулярных уравнениях присутствуют свободные ионы, которые образуются при диссоциации растворимых сильных электролитов, следовательно, при составлении молекулярных уравнений необходимо использовать таблицу растворимости (таблица растворимости).

Соответствующие молекулярные уравнения будут иметь вид.

В растворах электролитов реакции происходят между гидратированными ионами, поэтому их называют ионными реакциями. В направлении их важное значение имеют природа и прочность химической связи в продуктах реакции. Обычно обмен в растворах электролитов приводит к образованию соединения с более прочной химической связью. Так, при взаимодействии растворов солей хлорида бария ВаСl 2 и сульфата калия K 2 SO 4 в смеси окажутся четыре вида гидратированных ионов Ва 2 +(Н 2 О)n, Сl - (H 2 O)m, K + (H 2 O)p, SO 2 -4 (H 2 O)q, между которыми произойдет реакция по уравнению:

BaCl 2 +K 2 SO 4 =BaSO 4 +2КСl

Сульфат бария выпадет в виде осадка, в кристаллах которого химическая связь между ионами Ва 2+ и SO 2- 4 более прочная, чем связь с гидратирующими их молекулами воды. Связь же ионов К+ и Сl - лишь незначительно превышает сумму энергий их гидратации, поэтому столкновение этих ионов не приведет к образованию осадка.

Следовательно, можно сделать следующий вывод. Реакции обмена происходят при взаимодействии таких ионов, энергия связи между которыми в продукте реакции намного больше, чем сумма энергий их гидратации.

Реакции ионного обмена описываются ионными уравнения-ми. Труднорастворимые, летучие и малодиссоциированные соеди-нения пишут в молекулярной форме. Если при взаимодействии растворов электролитов не образуется ни одного из указанных видов соединения, это означает, что практически реакции не протекают.

Образование труднорастворимых соединений

Например, взаимодействие между карбонатом натрия и хлоридом бария в виде молекулярного уравнения запишется так:

Na 2 CO 3 + ВаСl 2 = BaCO 3 +2NaCl или в виде:

2Na + +СO 2- 3 +Ва 2+ +2Сl - = BaCO 3 + 2Na + +2Сl -

Прореагировали только ионы Ва 2+ и СО -2 , состояние остальных ионов не изменилось, поэтому краткое ионное уравнение примет вид:

CO 2- 3 +Ba 2+ =BaCO 3

Образование летучих веществ

Молекулярное уравнение взаимодействия карбоната кальция и соляной кислоты запишется так:

СаСO 3 +2НСl=СаСl 2 +Н 2 О+CO 2

Один из продуктов реакции - диоксид углерода СО 2 - выделился из сферы реакции в виде газа. Развернутое ионное уравнение имеет вид:

СаСО 3 +2Н + +2Сl - = Са 2+ +2Сl - +Н 2 O+CO 2

Результат реакции описывается следующим кратким ионным уравнением:

СаСO 3 +2Н + =Са 2+ +Н 2 О+CO 2

Образование малодиссоцированного соединения

Примером такой реакции служит любая реакция нейтрализации, в результате чего образуется вода - малодиссоциированное соединение:

NaOH+НСl=NaCl+Н 2 О

Na + +ОН-+Н + +Cl - = Na + +Сl - +Н 2 О

ОН-+Н+= Н 2 O

Из краткого ионного уравнения следует, что процесс выразился во взаимодействии ионов Н+ и ОН-.

Все три вида реакций идут необратимо, до конца.

Если слить растворы, например, хлорида натрия и нитрата кальция, то, как показывает ионное уравнение, никакой реакции не произойдет, так как не образуется ни осадка, ни газа, ни малодиссоциирующего соединения:

По таблице растворимости устанавливаем, что AgNO 3 , КСl, KNO 3 - растворимые соединения, AgCl - нерастворимое вещество.

Составляем ионное уравнение реакции с учетом растворимости соединений:

Краткое ионное уравнение раскрывает сущность происходящего химического превращения. Видно, что фактически приняли участие в реакции лишь ионы Ag+ и Сl - . Остальные ионы остались без изменения.

Пример 2. Составьте молекулярное и ионное уравнение реакции между: а) хлоридом железа (III) и гидроксидом калия; б) сульфатом калия и иодидом цинка.

а) Составляем молекулярное уравнение реакции между FeCl 3 и КОН:

По таблице растворимости устанавливаем, что из полученных соединений нерастворим только гидроксид железа Fe(OH) 3 . Составляем ионное уравнение реакции:

В ионном уравнении показано, что коэффициенты 3, стоящие в молекулярном уравнении, в равной степени относятся к ионам. Это общее правило составления ионных уравнений. Изобразим уравнение реакции в краткой ионной форме:

Это уравнение показывает, что в реакции принимали участие лишь ионы Fe3+ и ОН-.

б) Составим молекулярное уравнение для второй реакции:

K 2 SO 4 +ZnI 2 = 2KI+ZnSO 4

Из таблицы растворимости следует, что исходные и полученные соединения растворимы, поэтому реакция обратима, не доходит до конца. Действительно, здесь не образуется ни осадка, ни газообразного соединения, ни малодиссоциированного соединения. Составим полное ионное уравнение реакции:

2К + +SO 2- 4 +Zn 2+ +2I - + 2К + + 2I - +Zn 2+ +SO 2- 4

Пример 3. По ионному уравнению: Cu 2+ +S 2- -= CuS составить молекулярное уравнение реакции.

Ионное уравнение показывает, что в левой части уравнения Должны быть молекулы соединений, имеющих в своем составе ионы Cu 2+ и S 2-. Эти вещества должны быть растворимы в воде.

По таблице растворимости выберем два растворимых соединения, в состав которых входят катион Cu 2+ и анион S 2-. Составим молекулярное уравнение реакции между данными соединениями:

CuSO 4 +Na 2 S CuS+Na 2 SO 4

Опыт №1

Налейте в пробирку 1-2 мл раствора сульфата меди (II) и добавьте немного раствора гидроксида натрия.

Вывод:__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Опыт №2.

Налейте в пробирку 1-2 мл раствора сульфата алюминия и добавьте немного раствора нитрата бария.

Запишите наблюдения:____________________________________________

Составьте уравнение реакции в молекулярном, полном ионном и сокращенном ионном виде: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вывод:___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Реакции, идущие с выделением газа

Опыт №3

Налейте в пробирку 1-2 мл раствора сульфида натрия и добавьте столько же раствора серной кислоты.

Запишите наблюдения:____________________________________________

Составьте уравнение реакции в молекулярном, полном ионном и сокращенном ионном виде: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вывод:__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Опыт № 4

Налейте в пробирку 1-2мл раствора карбоната натрия и добавьте столько же раствора серной кислоты.

Запишите наблюдения:__________________________________________

Составьте уравнение реакции в молекулярном, полном ионном и сокращенном ионном виде: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Вывод:__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Реакции, идущие с образованием малодиссоциирующего

Вещества.

Опыт №5

Налейте в пробирку 1-2 мл раствора гидроксида натрия и добавьте две-три капли фенолфталеина. Затем прилейте раствор серной кислоты.

Запишите наблюдения: ____________________________________________

Составьте уравнение реакции в молекулярном, полном ионном и сокращенном ионном виде: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Вывод:______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Экспериментальные задания. Растворить образовавшийся в опыте № 1 осадок, и записать при этом происходящие реакции в молекулярном, ионном и сокращенном ионном виде:

Запишите наблюдения: ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Составьте уравнение реакции в молекулярном, полном ионном и сокращенном ионном виде: _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1. Какие реакции называются ионными?

2. В каких случаях реакции ионного обмена протекают до конца?

3. В каком направлении протекают реакции ионного обмена?

4. Объясните, почему в опытах №1 и №2 образовались осадки?

5. Объясните, почему в опытах №3 и №4 выделились газообразные вещества?

6. Какими еще кислотами можно было подействовать на растворы сульфита натрия и карбоната натрия (в опытах №3 и №4), чтобы получить аналогичные результаты?

7. Объясните, почему в опыте №5 произошло обесцвечивание? Как называется реакция между щелочью и сильной кислотой?

8. В каких случаях реакции ионного обмена в растворах электролитов являются необратимыми?

9.В каких случаях реакции ионного обмена в растворах электролитов являются обратимыми?

10.В каких случаях реакции ионного обмена в растворах электролитов не протекают?

12.Формулы каких веществ в ионных уравнениях записывают в виде ионов?

13.Формулы каких веществ в ионных уравнениях записывают в виде молекул?

Литература

Ерохин Ю.М. «Химия» Москва: Академа, 2005г. Гл 6, стр. 74 - 80.

Лабораторное занятие №2

«Испытание растворов солей индикаторами.

Гидролиз солей»

Цель: отработка практических навыков определения среды раствора соли, составления уравнений реакций гидролиза солей по первой стадии.

Теория

Вода по отношению к веществам может быть растворителем, реагентом. В том случае, когда вода выступает средой реакции и реагентом, говорят о процессе гидролиза.

Гидролиз солей - реакция обменного взаимодействия соли с водой, в результате которой образуется слабый электролит.

При гидролизе, как правило, степени окисления элементов сохра­няются, на основании чего и составляются уравнения гидролиза:

МAn + HOH = MOH + HАn

Соль основание кислота

Гидролизу не подвергаются:

1) соли, нерастворимые в воде;

2) растворимые соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием.

(Например, NaCl, K 2 SО 4 , LiNО 3 , BaBr 2 , CaI 2 и т. д.).

Гидролизу подвергаются:

1) растворимые соли, в состав которых входит хотя бы один сла­бый ион (Na 2 C0 3 , CuS0 4 , NH 4 F и т. д.).

Это обратимый гидролиз .

2) Соли, напротив которых в таблице растворимости стоит про­черк, необратимо гидролизируются:

Al 2 S 3 + 6Н 2 О ® 2Al(OH) 3 ¯+ 3H 2 S­

При составлении уравнений обратимого гидролиза по первой стадии следует при­держиваться следующего алгоритма:

Образец №1. Соль образована слабой кислотой и сильным основанием

Na 2 CО 3 Û 2Na + + CО 3 2-

слабый анион

CО 3 2- + Н + ОН - Û НСО 3 - +ОН -

4. Определить среду раствора: ОН - - щелочная среда, Н + - кислая среда, отсутствие Н + и ОН - нейтральная.

Это случай гидролиза по аниону .

Образец №2. Соль образована сильной кислотой и слабым основанием

1. Записать уравнение диссоциации соли. FeCl 3 Û Fe 3+ +3Cl -

слабый катион

2. Выбрать слабый ион: катион или анион.

3. Записать его взаимодействие с водой. Fe 3+ + Н + ОН - Û Fe ОН 2+ +Н +

4. Определить среду раствора кислая

Это случай гидролиза по катиону .

Если соль образована слабой кислотой и слабым основанием (например, NH 4 NO 2), то проходит гидролиз и по катиону и по аниону.

Гидролиз солей, образованных многоосновными кислотами и многокислотными основаниями идет ступенчато. Каждая последующая стадия идет в меньшей степени, чем предыдущая.

Порядок выполнения работы

Оборудование и реактивы:

штатив с пробирками; универсальная индикаторная бумажка, растворы солей

сульфата натрия, нитрата меди (II), сульфида натрия.

Задание №1 Испытание растворов солей индикатором. Налейте в пробирку немного раствора каждой соли, а затем испытайте действие растворов этих солей на универсальной индикаторной бумажке. Занесите данные в таблицу, укажите среду раствора знаком «+».

Сделайте вывод: ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.

Задание №2. Напишите уравнения реакций гидролиза соли, раствор которой имел кислую среду.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание №3. Напишите уравнения реакций гидролиза соли, раствор которой имел щелочную среду.

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1. Что называется гидролизом соли?

2. В чем сущность гидролиза солей?

3. Какие соли подвергаются гидролизу?

4. Какие соли гидролизуются по аниону? Почему? Приведите примеры таких солей.

5. Какие соли гидролизуются по катиону? Почему? Приведите примеры таких солей.

6. Какие соли гидролизуются и по катиону и по аниону? Приведите примеры таких солей.

7. Для каких солей гидролиз протекает необратимо? Приведите примеры таких солей.

8. Какие соли не гидролизуются? Почему?

9. Какие соли гидролизуются ступенчато? Приведите примеры таких солей.

Литература Ерохин Ю.М. «Химия» Москва: Академа, 2003г. Гл 6, стр. 82 - 85.