— Як ти вважаєш, що в цій пляшечці?
— На ній є напис: KOH, значить, там калій гідроксид.
— Неправильно, KOH — тверда речовина, а тут безбарвна рідина.
— Ну, тоді вода й KOH.
— І знову ні. Ми ж вивчали, що KOH — сильний електроліт.
— Добре. Там вода, йони Калію й гідроксильної групи.
— Точно! А якщо я додам туди вміст цієї пляшечки, на якій написано HCl, то я додам...
— Воду та йони Гідрогену й Хлору.
— Правильно. Тепер ці йони будуть міститися разом у розчині, й між ними буде або не буде відбуватися хімічна взаємодія!
ЙОННІ РІВНЯННЯ РЕАКЦІЙ
Змішуючи розчини речовин, ми маємо розуміти, що по суті в хімічну взаємодію будуть вступати йони, на які ці речовини дисоціювали. Тому, враховуючи дисоціацію електролітів у розчинах, рівняння багатьох реакцій можна записати в йонній формі. Таку форму запису називають йонним рівнянням реакції.
Йонне рівняння показує, які саме йони беруть участь у реакції.
Наприклад, змішаємо розчини арґентум(І) нітрату й натрій хлориду. Обидві солі розчинні, отже, вони присутні в розчині у вигляді йонів, а в результаті реакції утворюється нерозчинна речовина AgCl — на йони вона не розпадається.
Запишемо, які йони ми змішали, зливши разом розчини, складемо рівняння:
От це рівняння й називається йонним. Оскільки тут представлені всі йони, то його називають повним йонним рівнянням.
Суть реакції полягає в утворенні осаду AgCl внаслідок узаємодії йонів Ag+ і Cl-, тоді як йони Na+ і NO- залишаються в розчині й фактично не беруть участі в реакції. Йони, які не брали участі в хімічній реакції, прийнято скорочувати.
Тоді рівняння набуває такого вигляду:
Таке рівняння називають скороченим йонним рівнянням. Йонні рівняння можна записувати до будь-яких хімічних реакцій, у яких беруть участь водні розчини речовин. Найповніше вони описують хімічні взаємодії, які належать до реакцій обміну.
Реакції йонного обміну — це реакції між йонами, які утворилися в результаті дисоціації електролітів.
Складаючи йонні рівняння реакцій, не забувайте після запису хімічного рівняння:
1. Визначити, які речовини дисоціюють, а які — ні.
Нерозчинні у воді сполуки (у таблиці розчинності вони позначені літерою «н») майже не дисоціюють.*
Також дисоціації не піддаються гази.
Не записують у йонних рівняннях реакцій і дисоціацію води, тому що це речовина, яка дисоціює в незначній кількості. Якщо в таблиці розчинності в клітинці стоїть літера «р», то речовина, утворена цими йонами, дисоціює.
— Я вам ще скажу, що не треба писати дисоціацію простих речовин (не зрозуміло, на що вони взагалі можуть дисоціювати) і оксидів. Здається, це й так зрозуміло, але в мене у класі деякі учні роблять помилки.
2. Розставити коефіцієнти.
Зверніть увагу, що ми будемо умовно записувати в йонних рівняннях дисоціацію слабких електролітів повністю.
ПОРЯДОК СКЛАДАННЯ ЙОННИХ РІВНЯНЬ РЕАКЦІЇ
Зараз будемо вчитися складати йонні рівняння. Діємо поетапно. 1. Записуємо схему рівняння реакції в молекулярній формі:
2. Розставляємо коефіцієнти в схемі хімічної реакції:
3. Перевіряємо, чи є серед реагентів або продуктів реакції такі, що мало дисоціюють, речовини, які випадають в осад, або гази. Осади позначаємо стрілкою вниз, гази — стрілкою вгору. У наведеному рівнянні є сполука, що мало дисоціює, — вода, значить, H2O записуємо в молекулярній формі, а інші речовини — у вигляді йонів. Отримуємо повне йонне рівняння:
Увага! Коефіцієнт, який стоїть перед формулою, має відношення до всіх елементів, що входять до складу речовини. Так, коефіцієнт 2 перед NaOH показує, що в реакції бере участь 2 моль речовини, відповідно, під час дисоціації утворюється 2 моль йонів Na + і 2 моль йонів OH-.
Виключаємо з обох частин йонного рівняння однакові (тобто такі, що не беруть участі в реакції) йони:
Переписуємо йони, що залишилися:
Скорочуємо коефіцієнти:
Це скорочене йонне рівняння.
4. Малорозчинні речовини (у таблиці розчинності літера «м») можуть бути в розчині й у вигляді йонів, і у вигляді осаду. Як же його записувати?
Як правило, якщо малорозчинна речовина утворюється в результаті реакції, то під час запису йонного рівняння її вважають нерозчинною та, відповідно, у вигляді йонів не записують. Якщо ця речовина вступає в хімічну реакцію, то, залежно від взаємодії, її можна записувати або у вигляді йонів, або в недисоційованому вигляді.
Наприклад, згадайте, що нерозчинні основи не реагують із солями. Тому якщо ви записуєте рівняння реакції взаємодії кальцій гідроксиду з купрум(ІІ) хлоридом і сподіваєтеся одержати купрум(ІІ) гідроксид, то кальцій гідроксид у йонному рівнянні слід записувати у вигляді йонів. У реакції буде брати участь тільки розчинна частина цієї сполуки. Якщо кальцій гідроксид утворюється в результаті реакції, то його враховують як осад.
Зверніть увагу, що для отримання осаду Ca(OH)2 потрібні досить значні концентрації реагентів.
Якщо ви хочете з’ясувати, чи правильно ви написали рівняння, то подивіться спочатку на скорочене йонне рівняння: якщо число атомів елементів зліва і справа однакове і сума зарядів йонів зліва дорівнює сумі зарядів йонів справа, то є надія, що правильно записано й повні йонні та молекулярні рівняння. Але перевірити їх також треба.
Мозковий штурм,
Напишіть молекулярні, повні та скорочені йонно-молеку-лярні рівняння реакцій взаємодії бромідної кислоти й барій гідроксиду, ортофосфатної кислоти й калій гідроксиду. Чому йонні скорочені рівняння однакові? Чому ці реакції відносять до реакцій нейтралізації?
Відповідь дивіться наприкінці параграфа.
УМОВИ НЕОБОРОТНОСТІ РЕАКЦІЙ ЙОННОГО ОБМІНУ
Якщо реагенти і продукти реакції добре розчинні, то вони існують тільки у вигляді йонів.
Таким чином, якщо в розчині весь час містяться одні й ті самі йони, хімічна реакція не відбувається.
Якщо в хімічній реакції обміну у водному розчині не утворюються нерозчинні речовини, гази і речовини, які мало дисоціюють, то реакція не відбувається.
Наприклад:
KCl + NaNO3 = KNO3 + NaCl Запишемо йонне рівняння:
У цьому рівнянні всі йони зліва і справа однакові, нових речовин не утворюється, значить, реакція не відбувається. Всі йони вільно переміщаються в розчині. Але якщо воду випарити, то йони, з’єднуючись випадковим чином, утворюють чотири солі: KCl, NaNO3, KNO3 і NaCl.
Якщо в хімічній реакції обміну у водному розчині беруть участь нерозчинні речовини, гази, речовини, які мало дисоціюють, наприклад вода, то хімічна реакція відбувається до кінця.
Розглянемо докладніше такі хімічні реакції.
1. Реакції, які відбуваються з утворенням осаду
Лабораторний дослід
«Реакції обміну між електролітами у водних розчинах, що супроводжуються випаданням осаду»
До 1-2 мл прозорого блакитного розчину Cu(NO3)2 додамо невелику кількість розчину калій гідроксиду. Відразу випадає блакитний осад Cu(OH)2. Напишіть самі йонні рівняння.
Реакції відбуваються до кінця, якщо осад розчиняється:
2. Реакції, які відбуваються з утворенням речовини, що мало дисоціює (Н2О)
Лабораторний дослід
«Реакції обміну між електролітами у водних розчинах, що супроводжуються утворенням води»
До 1-2 мл прозорого безбарвного розчину барій гідроксиду додамо невелику кількість розчину фенолфталеїну. Розчин стає малиновим. Додамо декілька капель розчину нітратної кислоти. Забарвлення зникло.
Поясніть явища, які спостерігаєте. Напишіть самі повне йонне рівняння.
Як називається ця реакція?
3. Реакції, які відбуваються з утворенням газу
Лабораторний дослід
«Реакції обміну між електролітами у водних розчинах,
що супроводжуються виділенням газу»
До 1-2 мл прозорого розчину натрій карбонату додамо невелику кількість розчину сульфатної кислоти.
Спостерігаємо виділення газу.
Напишіть самі повне йонне рівняння.
ВЗАЄМОДІЯ ЙОНІВ
Чи можна було для демонстрації досліду 2 взяти іншу кислоту й інший луг? Давайте візьмемо хлоридну кислоту й калій гідроксид (або інші кислоту і луг на ваш розсуд). Напишіть рівняння в повній і скороченій йонній формах для цієї реакції. Ну що? Скорочене йонне рівняння все одно таке саме:
Згадайте, на початку параграфа ми говорили, що йонні рівняння показують суть реакції. Суть реакції нейтралізації — взаємодія йонів H+ і OH-, їх взаємна нейтралізація, яку описує рівняння H+ + OH- = H2O. Інші катіони й аніони просто не беруть участі в реакції.
Виходячи із цього, наприклад, спробуйте відповісти на запитання: Які речовини можна взяти, щоб одержати осад арґентум(І) хлориду?
Якщо не виходить, працюємо разом.
Запишемо скорочене йонне рівняння:
Нам потрібні йони Арґентуму. Де їх узяти? Потрібна будь-яка розчинна сполука Арґентуму. Дивимося в таблицю розчинності. У стовпчику з йоном Ag+ розчинний AgF. Тепер потрібна будь-яка
розчинна сполука з йонами Хлору. Дивимося рядок у таблиці розчинності з йоном Cl-. Тут багато розчинних сполук. Візьмемо NaCl. Отже, молекулярне рівняння:
Повне йонне рівняння:
Скорочене йонне рівняння:
Під час проведення цієї реакції ми можемо замінити реактиви, наприклад, узяти AgNO3 і CaCl2 і також одержувати осад AgCl.
Робимо висновки:
ВІДПОВІДІ НА ЗАВДАННЯ ПАРАГРАФА
Ці реакції відносять до реакцій нейтралізації тому, що йони Н+, які обумовлюють кислотне середовище, взаємодіючи з йонами ОН-, які обумовлюють лужне середовище, утворюють воду — нейтральне середовище.
ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ
155. Які рівняння називають повними йонними? скороченими йон-ними?
156. Як визначити, розпадається речовина на йони чи ні?
157. За яких умов реакція обміну у водному розчині неможлива?
158. За яких умов реакції обміну у водних розчинах електролітів відбуваються до кінця?
ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ
159. Визначте схему реакції йонного обміну у водному розчині, що відбувається до кінця. Запишіть відповідні молекулярні та йон-ні рівняння:
160. Запишіть молекулярні, повні й скорочені йонні рівняння реакцій, які відбуваються між розчинами таких речовин:
161. Дано скорочені йонні рівняння реакцій:
Напишіть молекулярні рівняння, які їм відповідають.
162. У запропонованих рівняннях знайдіть помилки. Перепишіть рівняння без помилок.
163. Дано скорочене йонне рівняння реакції:
Напишіть не менше трьох молекулярних рівнянь, які відповідають цьому скороченому йонному рівнянню.
164. Укажіть правильний запис рівняння реакцій між розчинами калій карбонату й кальцій нітрату в повній йонній формі:
165. Визначте речовини, реакція між якими в розчині відповідає скороченому йонному рівнянню, запишіть молекулярне і повне йонне рівняння:
а) Алюміній нітрат і калій гідроксид;
б) алюміній і вода;
в) алюміній сульфат і купрум(ІІ) гідроксид;
г) алюміній оксид і калій гідроксид.
166. Напишіть рівняння можливих реакцій у молекулярній і йонній формах між розчинами:
а) барій гідроксиду та йодидної кислоти;
б) барій гідроксиду й сульфатної кислоти;
в) барій нітрату й натрій карбонату;
г) калій йодиду й арґентум(І) флуориду;
д) натрій карбонату й сульфатної кислоти;
е) цинк нітрату й літій гідроксиду;
ж) алюміній сульфату й натрій ортофосфату;
з) літій гідроксиду й сульфатної кислоти;
и) літій нітрату й калій ортофосфату.
Для допитливих
167. Розташуйте схеми хімічних рівнянь реакцій у такій послідовності: реакція обміну між електролітами не відбувається до кінця ^ реакція обміну між електролітами з утворенням осаду ^ реакція обміну між електролітами з утворенням тільки слабкого електроліту (води) ^ реакція обміну між електролітами з утворенням газоподібного продукту реакції.
168. До розчину суміші двох солей додали надлишок хлоридної кислоти. Після закінчення реакції в розчині крім йонів Cl- виявилися тільки йони Na+. Які солі могли міститися у вихідному розчині? Відповідь підтвердьте рівняннями реакцій.
169. Напишіть рівняння реакцій, з допомогою яких можна здійснити такі перетворення:
170. Було проведено такий дослід. У банку налили розчин купрум(ІІ) сульфату й занурили два електроди та підключили електричну лампочку. Після підключення до системи джерела електричного струму лампочка почала світитися. Чому? Доведіть свою думку відповідним рівнянням реакції дисоціації.
Потім по краплях почали додавати розчин барій гідроксиду. Поступово, з додаванням лугу, лампа світила дедалі слабше й через деякий час зовсім згасла. Поясніть спостереження. Доведіть свою думку відповідним рівнянням реакції в повній і скороченій йонній формах.
Це матеріал з підручника Хімія 9 клас Гранкіна