Химия
Поскольку в водных растворах электролиты распадаются на ионы, можно утверждать, что реакции в водных растворах электролитов — это реакции между ионами. Такие реакции могут протекать как с изменением степени окисления атомов:
так и без изменения:
NaOH + HCl = NaCl + H2O
В общем случае реакции между ионами в растворах называются ионными, а если они являются обменными, то реакциями ионного обмена. Реакции ионного обмена протекают только в том случае, когда образуются вещества, которые покидают сферу реакции в виде: а) слабого электролита (например, воды, уксусной кислоты); б) газа (CO2, SO2); в) труднорастворимого вещества (осадка). Формулы труднорастворимых веществ определяются по таблице растворимости (AgCl, BаSO4, H2SiO3, Mg(OH)2, Cu(OH)2 т.д.). Формулы газов и слабых электролитов нужно запомнить. Отметим, что слабые электролиты могут быть хорошо растворимы в воде: например, CH3COOH, H3PO4, HNO2.
Сущность реакций ионного обмена отражают ионные уравнения реакций, которые получают из молекулярных уравнений с соблюдением следующих правил:
1) в виде ионов не записывают формулы слабых электролитов, нерастворимых и малорастворимых веществ, газов, оксидов, гидроанионов слабых кислот (HS−, , , , ; исключение — ион в разбавленном растворе); гидроксокатионов слабых оснований (MgOH+, CuOH+); комплексных ионов ([Al(OH)6]3−, [Zn(OH)4]2−, [Be(OH)4]2−);
2) в виде ионов представляют формулы сильных кислот, щелочей, растворимых в воде солей. Формулу Са(ОН)2 представляют в виде ионов, если используется известковая вода, но не записывают в виде ионов в случае известкового молока, содержащего нерастворимые частицы Ca(OH)2.
Различают полное ионное и сокращенное (краткое) ионное уравнения реакции. В сокращенном ионном уравнении отсутствуют ионы, представленные в обеих частях полного ионного уравнения. Примеры записи молекулярного, полного ионного и сокращенного ионного уравнений:
- NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2↑ — молекулярное,
— полное ионное,
— сокращенное ионное;
- BaCl2 + K2SO4 = BaSO4↓ + 2KCl — молекулярное,
— полное ионное,
— сокращенное ионное.
Иногда полное ионное и сокращенное ионное уравнения совпадают:
Ba(OH)2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2H2O
Ba2+ + 2OH− + 2H+ + = BaSO4↓ + 2H2O,
а для некоторых реакций ионное уравнение вообще нельзя составить:
3Mg(OH)2 + 3H3PO4 = Mg3(PO4)2↓ + 6H2O
Пример 11.5. Укажите пару ионов, которые могут присутствовать в полном ионно-молекулярном уравнении, если ему соответствует сокращенное ионно-молекулярное уравнение
.
1) и H+; 3) и K+;2) и K+; 4) Cl− и Pb2+.Решение. Правильным является ответ 2):
(соль Ca(HCO3)2 растворимая) или Ca2+ + = CaSO4.
Для других случаев имеем:
1) CaSO3 + 2H+ + = CaSO4↓ + H2O + SO2↑;
3) CaCO3 + 2K+ + (реакция не протекает);
4) Ca2+ + 2Cl− + PbSO4 (реакция не протекает).
Ответ: 2).
Вещества (ионы), которые в водном растворе реагируют между собой (т.е. взаимодействие между ними сопровождается образованием осадка, газа или слабого электролита), совместно существовать в водном растворе в значительных количествах не могут
Пары ионов | Уравнение(-я) реакций между ионами |
---|---|
Ba2+ и | |
Cu2+ и OH− | Cu2+ + OH− = CuOH+, Cu2+ + 2OH− = Cu(OH)2↓ |
H+ и HS− | H+ + HS− = H2S |
H+ и S2− | H+ + S2− = HS−; 2H+ + S2− = H2S |
H+ и | (или ) |
Ag+и Cl− | Ag+ + Cl– = AgCl↓ |
Ba2+ и | Ba2++ SO4 2– = BaSO4↓ |
CH3COO− и H+ | CH3COO− + H+ ⇄ CH3COOH |
OH– и | |
H+ и OH− | H+ + OH− = H2O |
H+ и H− | H+ + H− = H2 |
Пример 11.6. Укажите в этом ряду: , Na+, Cl−, CH3COO−, Zn2+ — формулы ионов, которые не могут в значительных количествах присутствовать: а) в кислой среде; б) в щелочной среде.
Решение. а) В кислой среде, т.е. совместно с ионами H+, не могут присутствовать анионы и CH3COO−, так как они реагируют с катионами водорода, образуя слабый электролит или газ:
б) в щелочной среде не могут присутствовать ионы и Zn2+, так как они реагируют с гидроксид-ионами с образованием либо слабого электролита, либо осадка:
Zn2+ + 2OH– = Zn(OH)2↓.
Ответ: а) и CH3COO−; б) и Zn2+.
Остатки кислых солей слабых кислот не могут в значительных количествах присутствовать ни в кислой, ни в щелочной среде, потому что в обоих случаях образуется слабый электролит
То же можно сказать об остатках основных солей, содержащих гидроксогруппу:
CuOH+ + OH− = Cu(OH)2↓
CuOH+ + H+ = Cu2+ + H2O