Химия

11. Электролитическая диссоциация. Ионные уравнения реакций
11.5. Ионные уравнения реакций

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:

Fe 0 + 2 H + 1 Сl = Fe + 2 Сl 2 + H 0 2

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, НSО 3 ,   НСО 3 , Н 2 РО 4 ,   НРО 4 2 ; исключение — ион HSO 4 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,

Na + + HCO 3 + H + + Cl = Na + + Cl + H 2 O + CO 2  — полное ионное,

HCO 3 + H + = H 2 O + CO 2  — сокращенное ионное;

  • BaCl2 + K2SO4 = BaSO4↓ + 2KCl — молекулярное,

Ba 2 + + 2 Cl + 2 K + + SO 4 2 = BaSO 4 +   2 K + + 2 Cl  — полное ионное,

Ba 2 + + SO 4 2 = BaSO 4  — сокращенное ионное.

Иногда полное ионное и сокращенное ионное уравнения совпадают:

Ba(OH)2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2H2O

Ba2+ + 2OH + 2H+ + SO 4 2 = 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

Ca 2 + + SO 4 2 = CaSO 4 .

1) SO 3 2 и H+; 3) CO 3 2 и K+;2) HCO 3 и K+; 4) Cl и Pb2+.

Решение. Правильным является ответ 2):

Ca 2 + + 2 HCO 3 + 2 K + + SO 4 2 = CaSO 4 +   2 HCO 3 + 2 K + (соль Ca(HCO3)2 растворимая) или Ca2+ + SO 4 2 = CaSO4.

Для других случаев имеем:

1) CaSO3 + 2H+ + SO 4 2 = CaSO4↓ + H2O + SO2↑;

3) CaCO3 + 2K+ + SO 4 2 (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

Таблица 11.2
Примеры пар ионов, не существующих совместно в значительных количествах в водном растворе

Пары ионовУравнение(-я) реакций между ионами
Ba2+ и  HPO 4 2 Ba 2 + + HPO 4 2 = BaHPO 4
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 HPO 4 2 H + + HPO 4 2 = H 2 PO 4 (или 2 H + + HPO 4 2 = H 3 PO 4 )
Ag+и Cl Ag+ + Cl– = AgCl↓
Ba2+ и SO 4 2 Ba2++ SO4 2– = BaSO4
CH3COO и H+ CH3COO + H+ ⇄ CH3COOH
OH– и   HCO 3   ( HSO 3 ) OH + HCO 3 = H 2 O + CO 3 2
H+ и OH H+ + OH = H2O
H+ и H H+ + H = H2

Пример 11.6. Укажите в этом ряду: HSO 3 , 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 HSO 3 и CH3COO, так как они реагируют с катионами водорода, образуя слабый электролит или газ:

СН 3 СОО + Н + СН 3 СООН

HSO 3 + H + H 2 O + SO 2

б) в щелочной среде не могут присутствовать ионы HSO 3 и Zn2+, так как они реагируют с гидроксид-ионами с образованием либо слабого электролита, либо осадка:

HSO 3 + OH H 2 O + SO 3 2

Zn2+ + 2OH– = Zn(OH)2↓.

Ответ: а) HSO 3 и CH3COO; б) HSO 3 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