Реакции ионного обмена и условия их осуществления

Реакции ионного обмена

Реакции ионного обмена – это реакции между сложными веществами в растворах, в результате которых реагирующие вещества обмениваются своими составными частями. Так как в этих реакциях происходит обмен ионами – они называются ионными.

Правило Бертолле: Реакции обмена в растворах электролитов протекают до конца (возможны) только тогда, когда в результате реакции образуется либо твердое малорастворимое вещество (осадок), либо газ, либо вода или любой другой слабый электролит.
Например, нитрат серебра взаимодействует с бромидом калия

AgNО3 + КВr = АgВr↓ + КNО3

Правила составления уравнений реакций ионного обмена

1. Записываем молекулярное уравнение реакции, не забывая расставить коэффициенты:

3KOH +FeCl3 = Fe(OH)3 + 3KCl

2. С помощью таблицы растворимости определяем растворимость каждого вещества. Подчеркнем вещества, которые мы не будем представлять в виде ионов.

р р н р

3KOH + FeCl3 = Fe(OH)3 + 3KCl

3. Составляем полное ионное уравнение. Сильные электролиты записываем в виде ионов, а слабые электролиты, малорастворимые вещества и газообразные вещества записываем в виде молекул.

3K + + 3OH — + Fe 3+ + 3Cl — = Fe(OH)3 + 3K + + 3Cl —

4. Находим одинаковые ионы (они не приняли участия в реакции в левой и правой частях уравнения реакции) и сокращаем их слева и справа.

3K + + 3OH — + Fe 3+ + 3Cl — = Fe(OH)3 + 3K + + 3Cl —

5. Составляем итоговое сокращенное ионное уравнение (выписываем формулы ионов или веществ, которые приняли участие в реакции).

Fe 3+ + 3OH — = Fe(OH)3

На ионы мы не разбиваем:

  • Оксиды; осадки; газы; воду; слабые электролиты (кислоты и основания)
  • Анионы кислотных остатков кислых солей слабых кислот (НСО3 — , Н2РО4 — и т.п.) и катионы основных солей слабых оснований Al(OH) 2+
  • Комплексные катионы и анионы: [Al(OH)4] —
Например, взаимодействие сульфида цинка и серной кислоты

Составляем уравнение реакции и проверяем растворимость всех веществ. Сульфид цинка нерастворим.

ZnS + H2SO4 = ZnSO4 + H2S

Реакция протекает до конца, т.к. выделяется газ сероводород, который является слабым электролитом. Полное ионно-молекулярное уравнение:

ZnS + 2H + + SO4 2 — = Zn 2+ + SO4 2 — + H2S

Сокращаем ионы, которые не изменились в процессе реакции – в данном случае это только сульфат-ионы, получаем сокращенное ионное уравнение:

ZnS + 2H + = Zn 2+ + H2S

Например, взаимодействие гидрокарбоната натрия и гидроксида натрия

Составляем уравнение реакции и проверяем растворимость всех веществ:

NaHCO3 + NaOH = Na2CO3 + H2O

Кислые анионы слабых кислот являются слабыми электролитами и на ионы не разбиваются:

Na + + НСО3 — + Na + + ОН — = 2Na + + CO3 2- + H2O

Сокращаем одинаковые ионы, получаем сокращенное ионное уравнение:

НСО3 + ОН — = CO3 2- + H2O

Например, взаимодействие тетрагидроксоалюмината натрия и соляной кислоты

Составляем уравнение реакции и проверяем растворимость всех веществ:

Na[Al(OH)4] + 4HCl = NaCl + AlCl3 + H2O

Комплексные ионы являются слабыми электролитами и на ионы не разбиваются:

Na + + [Al(OH)4] — + 4H + + 4Cl — = Na + + Cl — + Al 3+ + 3Cl — + H2O

Сокращаем одинаковые ионы, получаем сокращенное ионное уравнение:

[Al(OH)4] — + 4H + = Al 3+ + 4H2O

Реакции ионного обмена. Реакция нейтрализации. Химия, 8–9 класс

Правило Бертолле

В соответствии с этим правилом можно определить, будет ли реакция ионного обмена протекать до конца. Такая реакция будет идти, если:

  • образуется твердое вещество, являющееся практически нерастворимым (его легко обнаружить по выпавшему на дне пробирки осадку):
  • происходит образование летучего газообразного вещества (пузырьки газа всплывают из раствора на поверхность):
  • образуется хорошо растворяющееся в воде вещество, являющееся слабым малодиссоциирующим электролитом (также может образовываться вода, которая тоже относится к слабым электролитам):
  • происходит формирование комплексного иона (образуется комплексная соль):
Читайте также:
Атомы и молекулы. Химический элемент. Простые и сложные вещества. Основные классы неорганических веществ. Номенклатура неорганических соединений

Для протекания реакции достаточно выполнения хотя бы одного из приведенных здесь условий. Если же не соблюдается ни одно условие, реакция в водном растворе так и не начнется.

Правила (алгоритм) составления уравнений ионно-обменных реакций

В обычных химических уравнениях разложение молекул на ионы не учитывается. Чтобы отразить сущность взаимодействия электролитических растворов, пользуются ионными уравнениями, которые составляются по определённым правилам.

  1. Для составления уравнения РИО следует проверить растворимость реагентов по таблице растворимости веществ.

  • Записать затем уравнение реакции в молекулярной форме и расставить коэффициенты. Не забывать, что в молекулах продуктов реакции сумма зарядов равняется нулю.
  • После этого оформить РИО в виде полного ионного уравнения с учётом результатов распада на ионы, как исходных, так и полученных веществ. Формулы растворимых соединений записать в виде ионов (в таблице растворимости они обозначены буквой «Р»). Молекулярные формулы применить для написания нерастворимых веществ. Иметь в виду: малорастворимые соединения («М») в левой части следует записывать в ионной форме, в правой – в молекулярной (считать их нерастворимыми). Для подсчёта суммарного коэффициента реакции произвести сложение всех коэффициентов в обеих частях уравнения.
  • Записать краткую форму ионного уравнения, сократив одинаковые ионы в левой и правой части. Коэффициенты сделать минимальными, суммы зарядов и слева, и справа должны быть одинаковыми. Аналогично п.3 сделать подсчёт суммарного коэффициента реакции.
  • Необходимое условие РИО. Правило Бертолле

    Главное условие необратимого протекания ионнообменной реакции между электролитами – образование осадка, газообразного вещества или малодиссоциирующего соединения (слабого электролита, в т.ч. воды).

    Данное утверждение носит название правила Бертолле. Этот французский химик сформулировал его в 1803 г.

    Следует помнить, что это правило справедливо при взаимодействии ненасыщенных растворов.

    Примеры реакций ионного обмена

    Пример 1 Пример 2
    HNO3+KOH→KNO3+H2O 2HCl+Ba(OH)2→BaCl2+2H2O
    H + +NO3 — +K + +OH — →K + +NO3 — +H2O 2H + +2Cl — +Ba 2+ +2OH — →Ba 2+ +2Cl — +2H2O
    H + +OH — →H2O H + +OH — →H2O

    Данные примеры свидетельствуют, что химические процессы, наблюдающиеся в обеих случаях, схожи по своей сути. Следует иметь в виду, что некоторые вещества при их растворении в воде начинают активно разлагаться. В частности, к ним относятся такие соли, как сульфид алюминия (Al2S3) и трехвалентный ацетат хрома (Cr(CH3COO)3). Это значит, что такие соединения в результате проведения реакций ионного обмена получить не удастся.

    Реакции ионного обмена

    Содержание:

    Что есть реакция ионного обмена? Определение

    Химическое взаимодействие ионов в электролитах называется реакцией ионного обмена (РИО).

    Сущность РИО заключается в связывании ионов.

    Напоминание. Электролиты – это водные растворы кислот, солей или оснований, в которых эти вещества распадаются (диссоциируют) на свободные заряженные ионы.

    Необходимое условие РИО. Правило Бертолле

    Главное условие необратимого протекания ионнообменной реакции между электролитами – образование осадка, газообразного вещества или малодиссоциирующего соединения (слабого электролита, в т.ч. воды).

    Данное утверждение носит название правила Бертолле. Этот французский химик сформулировал его в 1803 г.

    Следует помнить, что это правило справедливо при взаимодействии ненасыщенных растворов.

    Особенности РИО. Суть необратимого процесса

    1. В ходе ионообменной реакции не происходит перехода электронов и соответственно изменения степени окисления реагирующих частиц.
    2. Ионообменный процесс может быть и обратимым, то есть реакция будет протекать в двух направлениях. Это происходит в случае, когда одно из исходных веществ – слабый электролит.
    3. В соответствии с правилом Бертолле, например, азотная кислота реагирует с гидроокисью натрия. В результате образуются сильный электролит азотнокислого натрия и малодиссоциирующий электролит – вода.

    HNO3, NaOH, NaNO3 – будучи сильными электролитами в растворе находятся в виде ионов. А вода, H2O как слабый электролит фактически не распадается на ионы.

    Более реально состояние реагентов в растворе демонстрирует запись в виде заряженных ионов:

    H + + NO3 – + Na + + OH – = Na + + NO3 – + H2O (2)

    В уравнении (2) видно, что ионы NO3 – и Na + находятся в растворе и до и после реакции, т.е. в ней не участвуют. После сокращения в обеих частях уравнения одинаковых ионов получается короткая запись:

    Эти уравнения получили названия:

    (3) – сокращенное ионное уравнение,

    (2) – полное ионное уравнение,

    (1) – молекулярное уравнение реакции.

    Вывод: уравнение в ионной форме отражает сущность процесса, показывает за счёт чего возможно его протекание.

    Знать: в обратимых РИО не бывает сокращенной ионной формы уравнения.

    Правила (алгоритм) составления уравнений ионно-обменных реакций

    В обычных химических уравнениях разложение молекул на ионы не учитывается. Чтобы отразить сущность взаимодействия электролитических растворов, пользуются ионными уравнениями, которые составляются по определённым правилам.

      Для составления уравнения РИО следует проверить растворимость реагентов по таблице растворимости веществ.

  • Записать затем уравнение реакции в молекулярной форме и расставить коэффициенты. Не забывать, что в молекулах продуктов реакции сумма зарядов равняется нулю.
  • После этого оформить РИО в виде полного ионного уравнения с учётом результатов распада на ионы, как исходных, так и полученных веществ. Формулы растворимых соединений записать в виде ионов (в таблице растворимости они обозначены буквой «Р»). Молекулярные формулы применить для написания нерастворимых веществ. Иметь в виду: малорастворимые соединения («М») в левой части следует записывать в ионной форме, в правой – в молекулярной (считать их нерастворимыми). Для подсчёта суммарного коэффициента реакции произвести сложение всех коэффициентов в обеих частях уравнения.
  • Записать краткую форму ионного уравнения, сократив одинаковые ионы в левой и правой части. Коэффициенты сделать минимальными, суммы зарядов и слева, и справа должны быть одинаковыми. Аналогично п.3 сделать подсчёт суммарного коэффициента реакции.
  • Примеры РИО с выделением газа и выпадением осадка

    1. Пример ионнообменной реакции с выделением углекислого газа и воды (реагенты соль и кислота):
      • Na2CO3 + H2SO4 = Na2SO4 + CO2↑ + H2O – уравнение в молекулярной форме;
      • 2Na + + CO3 2- + 2H + + SO4 2- = 2Na + + SO4 2- + CO2↑ + H2O – уравнение в полной ионно-молекулярной форме;
      • CO3 2- + 2H + = CO2↑ + H2O – уравнение в сокращённой ионно-молекулярной форме.

    2. Пример ионообменной реакции с образованием нерастворимого сернокислого свинца:
      • Pb(NO3)2 + K2SO4 = PbSO4 + 2KNO3 – уравнение в молекулярной форме;
      • Pb 2+ + 2NO3 – + 2K + + SO4 2- = PbSO4↓ + 2K + + 2NO3 – – уравнение в полной ионно-молекулярной форме;
      • Pb 2+ + SO4 2- = PbSO4↓ – уравнение в сокращённой ионно-молекулярной форме.

    Применение РИО

    Во многих отраслях индустрии, сельском хозяйстве, в решении проблем экологии используются реакции ионного обмена. Несколько примеров применения РИО.

    • Для обессоливания (деминерализации) воды с помощью катионитных и анионитных колонок. Катиониты поглощают ионы Ca 2+ , Mg 2+ , заменяя их на ионы H + . На анионите группа OH – заменяется анионами Cl – . В итоге получается почти дистиллированная вода.
    • Для опреснения воды в космических кораблях и морских судах.
    • Для обеспечения ионного обмена в почвах, что помогает улучшению их агротехнических свойств.
    • Для извлечения ценных примесей (уран, золото, серебро).
    • Для удаления ионов тяжелых металлов при очистке промышленных сточных вод.

    В заключении интересный факт: домашние хозяйки, сами того не зная, используют правило Бертолле, когда применяют реакцию ионного обмена между столовым уксусом и пищевой содой. Выделяющийся при этом газ способствует «поднятию» теста.

    Примечание важное для сдачи ЕГЭ по химии

    Чтобы реакции ионного обмена протекали, необходимо, чтобы выполнялись не только условия: образование осадка, газа или воды, но и вещества –реагенты должны быть растворимыми.

    1. CuS + Fe(NO3)2 ≠ FeS + Cu(NO3)2
      • реакция не идет, потому что FeS – нерастворим, а так же нерастворимой солью является соль – реагент сульфид меди – (CuS).

    2. Na2CO3 + CaCl2 = CaCO3↓+ 2NaCl
      • реакция протекает, так как карбонат кальция нерастворим и соли – реагенты являются растворимыми.

    3. Cu(OH)2 + Na2S – не протекает,
      • Чтобы соль с основанием реагировали, необходима растворимость их обоих.
      • Cu(OH)2 – нерастворим, хотя потенциальный продукт CuS был бы осадком. В одной системе 2-х осадков не бывает.

    4. 2NaOH + Cu(NO3)2 = Cu(OH)2 ↓+ 2NaNO3
      • реакция протекает, так оба исходных вещества растворимы и дают осадок Cu(OH)2:
      • Это требование не распространяется на растворимость исходных веществ дальше реакций соль1+ соль2 и соль + основание.
      • Все растворимые кислоты реагируют со всеми карбонатами, в том числе нерастворимыми.

    Вывод:

    • Соль1+ соль2 — реакция идет если исходные соли растворимы, а в продуктах есть осадок
    • Соль + гидроксид металла – реакция идет, если в исходные вещества растворимы и в продуктах есть садок или гидроксид аммония.

    1.4.6. Реакции ионного обмена.

    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:

    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:

    Как можно заметить из уравнения (2), что до реакции, что после в растворе находятся ионы NO3 − 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):

    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:

    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 − + 2H2O

    Сократим одинаковые ионы слева и справа и получим:

    Разделив и левую и правую часть на 2, получим:

    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, H2SO4, HNO3, HClO4 ) (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 H2O
    2) Слабых кислот (H2S, H2CO3, HF, HCN, CH3COOH (и др. практически все органические)).
    3) Слабых оcнований («NH4OH» 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:

    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:

    Сократив сульфат-ионы слева и справа, получаем:

    разделив обе части уравнения на 2 получаем сокращенное ионное уравнение:

    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 + + CO3 2- + Ca 2+ + 2Cl − = CaCO3↓+ 2Na + + 2Cl −

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

    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 CaCO3 ионного строения.

    Примечание важное для сдачи ЕГЭ по химии

    Чтобы реакция соли1 с солью2 протекала, помимо базовых требований к протеканиям ионных реакций (газ, осадок или вода в продуктах реакции), на такие реакции накладывается еще одно требование – исходные соли должны быть растворимы. То есть, например,

    реакция не идет, хотя FeS – потенциально мог бы дать осадок, т.к. нерастворим. Причина того что реакция не идет – нерастворимость одной из исходных солей (CuS).

    протекает, так как карбонат кальция нерастворим и исходные соли растворимы.

    То же самое касается взаимодействия солей с основаниями. Помимо базовых требований к протеканию реакций ионного обмена, для того чтобы соль с основанием реагировали необходима растворимость их обоих. Таким образом:

    т.к. Cu(OH)2 нерастворим, хотя потенциальный продукт CuS был бы осадком.

    А вот реакция между NaOH и Cu(NO3)2 протекает, так оба исходных вещества растворимы и дают осадок Cu(OH)2:

    Внимание! Ни в коем случае не распространяйте требование растворимости исходных веществ дальше реакций соль1+ соль2 и соль + основание.

    Например, с кислотами выполнение этого требования не обязательно. В частности, все растворимые кислоты прекрасно реагируют со всеми карбонатами, в том числе нерастворимыми.

    1) Соль1+ соль2 — реакция идет если исходные соли растворимы, а в продуктах есть осадок
    2) Соль + гидроксид металла – реакция идет, если в исходные вещества растворимы и в продуктах есть осадок или гидроксид аммония.

    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:

    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 H2CO3, «NH4OH» и H2SO3:

    («NH4OH» — такая запись формулы в кавычках подразумевает, что в реальности вещества с такой формулой не существует. Формула используется для большей простоты промежуточных записей. В реальности вместо «гидроксида аммония» правильнее писать формулу гидрата аммиака NH3·H2O).

    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:

    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 — + H2S↑

    Сократив одинаковые ионы получаем:

    2) Для уравнения:

    В ионном виде запишутся Na2CO3, Na2SO4 как хорошо растворимые соли и H2SO4 как сильная кислота. Вода является малодиссоциирующим веществом, а CO2 и вовсе неэлектролит, поэтому их формулы будут записываться в молекулярном виде:

    3) для уравнения:

    Молекулы воды и аммиака запишутся целиком, а NH4NO3, KNO3 и KOH запишутся в ионном виде , т.к. все нитраты являются хорошо растворимыми солями, а KOH является гидроксидом щелочного металла, т.е. сильным основанием:

    Полное и сокращенное уравнение будут иметь вид:

    Реакции ионного обмена

    В разбавленных растворах электролитов (кислот, оснований, солей) химические реакции протекают обычно при участии ионов. При этом все элементы реагентов могут сохранять свои степени окисления (обменные реакции) или изменять их (окислительно – восстановительных реакции).
    В соответствии с правилом Бертолле, ионные реакции протекают практически необратимо, если образуются твердые малорастворимые вещества (они выпадают в осадок), легколетучие вещества (они выделяются в воде газов) или растворимые вещества — слабые электролиты (в том числе и вода). Ионные реакции изображаются системой уравнений – молекулярным, полным и кратким ионным. Ниже полные ионные уравнения опущены.
    При написании уравнений ионных реакций надо обязательно руководствоваться таблицей растворимости.
    Примеры реакций с выпадением осадков:
    a) Ba(OH)2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2H2O
    Ba 2+ + SO4 2- = BaSO4
    б) AgNO3 + KI = AgI↓ + KNO3
    Ag + + I — = AgI↓
    в) MgCl2 + 2KOH = Mg(OH)2↓ + 2KCl
    Mg 2+ + 2OH — = Mg(OH)2
    г) 3Zn(CH3COO)2 + 2Na3PO4 = Zn3(PO4)2↓ + 6Na(CH3COO)
    3Zn 2+ + 2PO4 3- = Zn3(PO4)2
    Обратите внимание, AgCO3, BaCO3 и CaCO3 ПРАКТИЧЕСКИ НЕРАСТВОРИМЫЕ В ВОДЕ И ВЫПАДАЮТ В ОСАДОК КАК ТАКОВЫЕ, НАПРИМЕР:
    Ba(NO3)2 + K2CO3 = BaCO3↓ + 2KNO3
    Ba 2+ + CO3 2- = BaCO3
    Соли остальных катионов, такие как MgCO3, CuCO3, FeCO3, ZnCO3 и другие, хотя и нерастворимые в воде, но не осаждаются из водного раствора при проведении ионных реакций (т.е. их нельзя получить этим способом).
    Например карбонат железа (II) FeCO3, полученный «сухим путем» или взятый в виде минерала сидерит, при внесении в воду осаждается без видимого взаимодействия. Однако при попытке его получения по обменной реакции в растворе между FeSO4 и K2CO3 выпадает осадок основной соли (приведен условный состав, на практике состав более сложный) и выделяется углекислый газ:
    2FeSO4 + H2O + 2Na2CO3 = 2Na2SO4 + Fe2CO3(OH)2↓ + CO2
    2Fe 2+ + H2O + 2CO3 2- = Fe2CO3(OH)2↓ + CO2
    Аналогично FeCO3, сульфид хрома (3) Cr2S3 (нерастворимый в воде) не осаждается из раствора:

    Примеры реакций с выделением газа:
    а) BaS + 2HCl = BaCl2 + H2S↑
    S 2- + 2H + = H2S↑
    б) Na2CO3 + H2SO4 = Na2SO4 + CO2↑ + H2O
    CO3 2- + 2H + = CO2↑+ H2O
    в) CaCO3(T) + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + CO2↑ + H2O
    CaCO3(T) + 2H + = Ca 2+ + CO2↑ + H2O
    Примеры реакций с образованием слабых электролитов:
    а) 3NaOH + H3PO4 = Na3PO4 + 3H2O
    3OH — + H3PO4 = PO4 3- + 3H2O
    б) Mg(CH3COO)2 + H2SO4 = MgSO4 + 2CH3COOH
    CH3COO — + H + = CH3COOH
    в) NH4F + HBr = NH4Br + HF
    F — + H + = HF
    Если реагенты и продукты обменной реакции не являются сильными электролитам, ионный вид уравнения отсутствует, например:
    Mg(OH)2(T) + 2HF = MgF2↓ + 2H2O

    Реакции ионного обмена и
    условия их протекания до конца

    В курсе химии средней школы первоначальное знакомство с реакциями обмена у школьников происходит в 8-м классе. Здесь дается понятие реакций обмена как реакций, при которых два сложных вещества обмениваются своими составными частями. А уже в курсе химии 9-го класса акцентируется внимание учащихся на том, что это тип реакций, протекающих без изменения степеней окисления элементов у веществ. В нашей школе химия преподается по учебнику Ф.Г.Фельдмана и Г.Е.Рудзитиса, естественно, с дополнительным включением всех недостающих тем и вопросов в соответствии с госстандартом. Для облегчения работы с материалами курса «Химия-9» я уже в 8-м классе изучаю этот материал в полном объеме, с подробным разбором сложных примеров реакций ионного обмена. А сэкономленное время использую в 9-м классе на изучение органической химии (хотя считаю введение ее в программу на этой ступени изучения химии нецелесообразным).
    Предлагаю свой вариант изложения этой темы в 8-м классе с большим числом примеров и трехуровневой проверочной работой.

    Правила написания уравнений реакций в ионном виде

    Записывают формулы веществ, вступивших в реакцию, ставят знак «равно» и записывают формулы образовавшихся веществ. Расставляют коэффициенты.
    Пользуясь таблицей растворимости, записывают в ионном виде формулы веществ, обозначенных в таблице растворимости буквой «Р» (хорошо растворимые в воде), исключение – гидроксид кальция, который, хотя и обозначен буквой «М», все же в водном растворе хорошо диссоциирует на ионы.
    Нужно помнить, что на ионы не разлагаются металлы, оксиды металлов и неметаллов, вода, газообразные вещества, нерастворимые в воде соединения, обозначенные в таблице растворимости буквой «Н». Формулы этих веществ записывают в молекулярном виде. Получают полное ионное уравнение.
    Сокращают одинаковые ионы до знака «равно» и после него в уравнении. Получают сокращенное ионное уравнение.

    Условия, при которых реакции ионного обмена
    протекают до конца

    1. Если в результате реакции выделяется малодиссоциирующее вещество – вода.

    Молекулярное уравнение реакции щелочи с кислотой:

    Неизменность степеней окисления элементов во всех веществах до и после реакции говорит о том, что реакции обмена не являются окислительно-восстановительными.

    Полное ионное уравнение реакции:

    K + + OH – + H + + Cl – = K + + Cl – + H2O.

    Cокращенное ионное уравнение реакции:

    Молекулярное уравнение реакции основного оксида с кислотой:

    Полное ионное уравнение реакции:

    Cокращенное ионное уравнение реакции:

    CaO + 2H+ = Ca 2+ + H2O.

    Молекулярное уравнение реакции нерастворимого основания с кислотой:

    3Mg(OH)2 + 2H3PO4 = Mg3(PO4)2 + 6H2O.

    Полное ионное уравнение реакции:

    В данном случае полное ионное уравнение совпадает с сокращенным ионным уравнением.

    Молекулярное уравнение реакции амфотерного оксида с кислотой:

    Полное ионное уравнение реакции:

    Cокращенное ионное уравнение реакции:

    2. Если в результате реакции выделяется нерастворимое в воде вещество.

    Молекулярное уравнение реакции растворимой соли со щелочью:

    CuCl2 + 2KOH = 2KCl + Cu(OH)2.

    Полное ионное уравнение реакции:

    Cu 2+ + 2Cl – + 2K + + 2OH – = 2K + + 2Cl – + Cu(OH)2.

    Cокращенное ионное уравнение реакции:

    Cu 2+ + 2OH – = Cu(OH)2.

    Молекулярное уравнение реакции двух растворимых солей:

    Al2(SO4)3 + 3BaCl2 = 3BaSO4 + 2AlCl3.

    Полное ионное уравнение реакции:

    Cокращенное ионное уравнение реакции:

    Молекулярное уравнение реакции нерастворимого основания с кислотой:

    Fe(OH)3 + H3PO4 = FePO4 + 3H2O.

    Полное ионное уравнение реакции:

    В данном случае полное ионное уравнение реакции совпадает с сокращенным. Эта реакция протекает до конца, о чем свидетельствуют сразу два факта: образование вещества, нерастворимого в воде, и выделение воды.

    3. Если в результате реакции выделяется газообразное вещество.

    Молекулярное уравнение реакции растворимой соли (сульфида) с кислотой:

    K2S + 2HCl = 2KCl + H2S.

    Полное ионное уравнение реакции:

    2K + + S 2– + 2H + + 2Cl – = 2K + + 2Cl – + H2S.

    Cокращенное ионное уравнение реакции:

    S 2– + 2H + = H2S.

    Молекулярное уравнение реакции растворимой соли (карбоната) с кислотой:

    Na2CO3 + 2HNO3 = 2NaNO3 + H2O + CO2

    Полное ионное уравнение реакции:

    Cокращенное ионное уравнение реакции:

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

    Молекулярное уравнение реакции нерастворимой соли (карбоната) с кислотой:

    3СaCO3 + 2H3РO4 = Са3(PO4)2 + 3H2O + 3CO2

    Полное ионное уравнение реакции:

    В данном случае полное ионное уравнение реакции совпадает с сокращенным уравнением. Эта реакция протекает до конца, о чем свидетельствуют сразу три признака: выделение газа, образование осадка и выделение воды.

    Запись сложных химических уравнений реакций в ионном виде

    Молекулярное уравнение реакции обмена с участием воды:

    2FeCl3 + 3K2CO3 + 3H2O = 6KCl + 2Fe(ОН)3 + 3СО2

    Полное ионное уравнение реакции:

    Cокращенное ионное уравнение реакции:

    Данная реакция ионного обмена протекает до конца, о чем свидетельствуют сразу два признака: выделение газа и образование осадка.

    Молекулярное уравнение реакции металлического цинка с водной щелочью:

    Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2

    Полное ионное уравнение реакции:

    Cокращенное ионное уравнение реакции:

    Молекулярное уравнение реакции амфотерного оксида с водной щелочью:

    Полное ионное уравнение реакции:

    Cокращенное ионное уравнение реакции:

    Молекулярное уравнение реакции нерастворимого карбоната с растворимой в воде солью:

    СaCO3 + CuCl2 + H2O = Cu(OH)2 + CaCl2 + CO2

    Полное ионное уравнение реакции:

    СaCO3 + Cu 2+ + 2Cl – + H2O = Cu(OH)2+ Ca 2+ + 2Cl – + CO2

    Cокращенное ионное уравнение реакции:

    СaCO3 + Cu 2+ + H2O = Cu(OH)2 + Ca 2+ + CO2

    Проверочная работа по теме «Ионный обмен»

    Вариант на оценку «5»

    1. Приведите полные ионные и молекулярные уравнения реакций, соответствующие сокращенным ионным уравнениям:

    ZnO + 2H + = Zn 2+ + H2O,

    Ag + + Cl – = AlCl,

    2. Приведите по одному примеру реакции ионного обмена, протекающей до конца с: а) выделением воды; б) образованием осадка; в) одновременным выделением газа и воды.

    Вариант на оценку «4»

    1. Напишите в молекулярном, полном и сокращенном ионных видах следующие уравнения реакций:

    2. Приведите пример реакции, для которой полное ионное уравнение совпадает с сокращенным.

    Вариант на оценку «3»

    1. Назовите условия, при которых реакции ионного обмена протекают до конца, приведите по одному примеру на каждое условие.
    2. Покажите на конкретных примерах, что реакции ионного обмена не являются окислительно-восстановительными.

    ЛИТЕРАТУРА

    Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия-8, 9. М.: Просвещение, 1990;
    Глинка Н.Л. Общая химия. Л.: Химия, 1988;
    Макареня А.А. Повторим химию. М.: Высшая школа, 1989;
    Романцева Л.М. Сборник задач и упражнений по общей химии. М.: Высшая школа, 1991.

    В.А.ДЕМИДОВ,
    учитель химии
    Синегорской средней школы
    (Нагорский р-н, Кировская обл.)

    Реакции ионного обмена и условия их осуществления

    Ключевые слова конспекта: свойства ионов, определение ионов, реакции ионного обмена, ионное уравнение, реакции в растворах электролитов.

    Свойства ионов

    Число электронов в атоме равно числу протонов. Протоны и нейтроны прочно связаны друг с другом и образуют ядро атома. Ион – атом или часть молекулы, где есть неравное количество электронов и протонов. Если электронов больше, чем протонов, то ион называют отрицательным. Иначе ион называют положительным.

    Ионы отличаются от атомов строением и свойствами. Некоторые ионы бесцветны, а другие имеют определенный цвет. Для каждого из ионов характерны специфические химические свойства.

    Таблица 1. Определение ионов

    Определяемый ион

    Реактив, содержащий ион

    Результат реакции

    * При определении галогенид-ионов с помощью серной кислоты используют твердую соль.

    Ионное уравнение

    В водных растворах все электролиты в той или иной степени распадаются на ионы и реакции происходят между ионами.

    Сущность реакций в растворах электролитов отражается ионным уравнением. В ионном уравнении учитывается то, что сильный электролит в растворе находится в диссоциированном виде. Формулы слабых электролитов и нерастворимых в воде веществ в ионных уравнениях принято записывать в недиссоциированной на ионы форме. Растворимость электролита в воде нельзя считать критерием его силы. Многие нерастворимые в воде соли являются сильными электролитами, однако концентрация ионов в растворе оказывается низкой вследствие низкой растворимости. Именно поэтому в уравнениях их формулы записывают в недиссоциированной форме.

    При составлении ионных уравнений реакций с участием сильных кислот часто для упрощения записывают формулу иона Н + , а не H3O + .

    Реакции в растворах электролитов происходят в направлении связывания ионов. Существует несколько форм связывания ионов: образование осадков, выделение газообразных веществ, образование слабых электролитов. Рассмотрим конкретные примеры:

    1. Образование осадков.

    Уравнение в молекулярном виде: Ca(NO3)2 + Na2CO3 = СаСO3↓ + 2NaNO3

    Полное ионное уравнение:

    Сокращенное ионное уравнение:

    1. Образование слабых электролитов (например, воды, слабых кислот):

    а) КОН + НCl = КCl + H2O
    К + + OH – + Н + + Cl – = К + + Cl – + H2O
    OH – + Н + = H2O

    б) HNO2 – азотистая кислота (слабая):
    NaNO2 + НCl = NaCl + HNO2
    Na + + NO2 + Н + + Cl – = Na + + Cl – + HNO2
    NO2 – + Н + = HNO2

    Иногда реакции в растворах электролитов осуществляются с участием нерастворимых веществ или слабых электролитов в направлении более полного связывания ионов. Например, мрамор растворяется в соляной кислоте с образованием углекислого газа:

    Таблица 2. Уравнения ионных реакций

    Реакции ионного обмена

    Для ионных реакций выражение «в молекулярном виде», как и сама запись, является условным. При анализе приведенных в Таблице 2 уравнений реакций выясняется, что реакции ионного обмена протекают до конца в следующих случаях:

    1. если выпадает осадок;
    2. если выделяется газ;
    3. если образуется малодиссоциирующее вещество, например вода.

    Если в растворе нет таких ионов, которые могут связываться между собой, реакция обмена не протекает до конца, т. е. является обратимой. При составлении уравнений таких реакций, как и при составлении уравнений диссоциации слабых электролитов, ставится знак обратимости.

    Чтобы сделать вывод о протекании реакции ионного обмена до конца, надо использовать данные таблицы растворимости солей, оснований и кислот в воде.

    Чтобы составить уравнения всех возможных реакций, в которых участвуют хлорид магния и другие растворимые в воде вещества, рассуждают так:

    • Убеждаются, растворимо ли в воде взятое вещество, в данном случае хлорид магния MgCl2.
    • Приходят к выводу, что хлорид магния MgCl2 будет реагировать только с такими растворимыми в воде веществами, которые способны осадить либо ионы Mg 2+ , либо хлорид-ионы Сl .
    • Ионы Mg 2+ можно осадить: а) ионами ОН , т. е. нужно подействовать любой щелочью, что приведет к образованию малорастворимого гидроксида магния Mg(OH)2; б) при действии растворимыми в воде солями, содержащими один из следующих анионов: . Для этого можно воспользоваться солями натрия, калия и аммония, содержащими указанные анионы, так как эти соли растворимы в воде.
    • Хлорид-ионы Сl можно осадить катионами Ag + + и Pb 2+ . Поэтому для проведения реакции нужно выбрать растворимые соли, содержащие эти катионы.

    При составлении уравнений реакций ионного обмена, в которых образуются газообразные вещества, следует учесть, что анионы способны реагировать с кислотами с образованием соответствующего газа, например:

    В свете представлений об электролитической диссоциации кислот, оснований и солей общие свойства этих веществ определяются наличием общих ионов, которые входят в их состав

    Конспект урока «Реакции ионного обмена. Ионное уравнение». Выберите дальнейшее действие:

    • Вернуться к Списку конспектов по химии
    • Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по химии
    • Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по химии
    Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: