mozok.click » Хімія » Реакції обміну між розчинами електролітів. Йонно-молекулярні рівняння хімічних реакцій
Інформація про новину
  • Переглядів: 22471
  • Автор: admin
  • Дата: 16-09-2017, 04:28
16-09-2017, 04:28

Реакції обміну між розчинами електролітів. Йонно-молекулярні рівняння хімічних реакцій

Категорія: Хімія

Йонно-молекулярні рівняння реакцій

Як ви вже вивчали у 8 класі, реакції обміну між солями, кислотами й основами в розчинах відбуваються за умови, що в результаті реакції:

• утворюється вода;

• випадає осад (нерозчинна у воді речовина);

• виділяється газ.

Розгляньмо, як відбуваються реакції обміну між розчинами електролітів, з позицій теорії електролітичної дисоціації. Для цього складають йонно-молекулярні рівняння: в молекулярному рівнянні реакції формули сильних електролітів замінюють формулами йонів, на які дисоціюють ці електроліти, а інші речовини (осади, гази, слабкі електроліти, оксиди тощо) — залишають у молекулярній формі.

Складемо йонно-молекулярне рівняння реакції нейтралізації хло-ридної кислоти натрій гідроксидом. Спочатку записуємо молекулярне рівняння цієї реакції:

Реагенти й один із продуктів реакції — це сильні електроліти. У водному розчині вони містяться винятково у вигляді йонів, а вода на йони майже не дисоціює. Зважаючи на це, замінюємо формули сильних електролітів формулами йонів:

Такий запис називають повним йонно-молекулярним рівнянням реакції. У ньому записані всі частинки, що реально містяться в розчині. Із цього рівняння видно, що йони Cl- і Na+ у реакції не беруть участі — вони записані і в лівій, і в правій частинах рівняння, тому їх можна вилучити (скоротити):

Ми отримали скорочене йонно-молекулярне рівняння реакції. Воно показує хімічну суть цієї реакції: якщо в розчині одночасно наявні йони H+ і OH-, вони взаємодіють один з одним, утворюючи слабкий електроліт — воду.

У такий спосіб можна скласти йонно-молекулярне рівняння для будь-якої реакції в розчині. Такі рівняння відображають реальний процес, що відбувається в розчині, оскільки частина йонів не бере участі в реакції.



Реакції обміну з утворенням води

Складемо йонно-молекулярне рівняння реакції сульфатної кислоти з калій гідроксидом. Зверніть увагу, що необхідно враховувати стехіометричні коефіцієнти:

Як видно, повне йонно-молекулярне рівняння цієї реакції відрізняється від рівняння, складеного в попередньому підрозділі. Але скорочене йонно-молекулярне рівняння таке саме, як і для реакції хлоридної кислоти з натрій гідроксидом.

Обидві ці реакції є реакціями нейтралізації. Отже, хімічна суть реакцій нейтралізації полягає у сполученні йонів H+ і OH- у молекулу слабкого електроліту — води.


Розглянемо ще приклади взаємодії гідроксидів з кислотами.

Реакція між сульфатною кислотою й нерозчинним купрум(ІІ) гідроксидом:

Взаємодія між слабкою сульфідною кислотою й калій гідроксидом:

Зверніть увагу, у цих рівняннях формули слабких електролітів (Cu(OH)2 та H2S) ми залишили в молекулярній формі, оскільки вони майже не дисоціюють на йони в розчині.


Реакції обміну з утворенням осаду

Розгляньмо реакцію обміну між розчинними солями:

Обидва реагенти й натрій хлорид — сильні електроліти, під час розчинення у воді вони повністю дисоціюють, а барій сульфат — нерозчинний:

Скорочене йонно-молекулярне рівняння отримуємо після вилучення однакових йонів у лівій і правій частинах:

Отже, суть процесу полягає у взаємодії йонів Барію та сульфат-іонів з утворенням осаду барій сульфату.

Якщо в разі змішування розчинів двох розчинних солей осад не утворюється, то реакція не відбувається. Наприклад, під час зливання розчинів калій хлориду й магній сульфату жодних видимих змін не спостерігається. Запишемо рівняння цієї реакції обміну:

Усі речовини — сильні електроліти:

Бачимо, що ліва й права частини рівняння однакові, тобто утворений розчин містить усі йони, що були в розчинах реагентів.

Очевидно, що в цьому випадку ніякі йони один з одним не сполучаються, змін у розчині не відбувається. Це означає, що реакція неможлива:

Реакції обміну з виділенням газу

Газуваті речовини, що виділяються в реакціях обміну, зазвичай неелектроліти або слабкі електроліти. Тому під час складання йонно-молекулярних рівнянь їхні формули залишають у молекулярній формі.

Розглянемо реакцію натрій сульфіду з хлоридною кислотою:

Гідроген сульфід хоча і є кислотою, але дуже слабкою. До того ж гідроген сульфід погано розчиняється у воді, тому в разі утворення виділяється з розчину у вигляді газу, про що свідчить поява специфічного запаху сірководню — запаху тухлих яєць. Йонно-мо-лекулярні рівняння цієї реакції:

Реакції обміну можуть відбуватися навіть за участі нерозчинних у воді солей, якщо вони утворені слабкими кислотами: карбонатів, сульфітів і деяких сульфідів. Це можливо тому, що сильна кислота витісняє слабку з її солі, навіть із осаду.

Складемо рівняння взаємодії кальцій карбонату з хлоридною кислотою:

В усіх розглянутих випадках у результаті реакції обміну деякі йони сполучаються між собою, при цьому утворюються неелектро-літи (гази) та слабкі електроліти (вода або нерозчинні речовини).

Реакції йонного обміну в розчинах відбуваються, якщо в результаті реакції утворюється слабкий електроліт або неелектроліт.

Відтворення молекулярних рівнянь за скороченим йонно-мо-лекулярним рівнянням

Часто трапляються випадки, коли нам відоме тільки скорочене йонно-молекулярне рівняння, а необхідно визначити реагенти й скласти рівняння реакції в молекулярній формі.

Наприклад, нам необхідно здійснити хімічну реакцію, якій відповідає таке скорочене йонно-молекулярне рівняння:

Для відтворення молекулярного рівняння необхідно пригадати речовини, під час дисоціації яких утворюються йони з наведеного скороченого рівняння. Сульфід-іони S2- утворюються під час дисоціації розчинних сульфідів: Na2S, K2S та BaS.

Другий реагент має дисоціювати з утворенням йонів H+. Цій умові відповідає будь-яка сильна кислота. Отже, одним із варіантів молекулярного рівняння є:

Звісно, що це не єдиний можливий варіант. Тому одному скороченому йонно-молекулярному рівнянню може відповідати декілька молекулярних. Таке вміння визначати реагенти стане вам у пригоді під час проведення лабораторних експериментів.

Реакції йонного обміну в розчинах відбуваються до кінця в бік зв'язування йонів, коли один із продуктів реакції виводиться з реакційного середовища. Розгляньмо реакцію між розчинами натрій хлориду й сульфатною кислотою:

Оскільки всі реагенти й продукти реакції добре розчинні та є сильними електролітами, то в розведених розчинах ця реакція не відбуватиметься. Але якщо реакцію проводити в умовах нестачі розчинника, тобто натрій хлорид узяти не у вигляді розчину, а в сухому, і сульфатну кислоту взяти у вигляді концентрованого розчину, то реакція можлива. Гідроген хлорид, хоча й добре розчиняється у воді, але обмежено:

ЛАБОРАТОРНІ ДОСЛІДИ № 4-6

Обладнання: штатив із пробірками, піпетки, шпатель.

Реактиви: розчини CaCl2, Ca(NO3)2, Na2CO3, NaCl, KNO3, NaOH, фенолфталеїну, HCl, порошок CaCO3.

Правила безпеки:

• для дослідів використовуйте невеликі кількості реактивів;

• остерігайтеся потрапляння реактивів на шкіру, в очі; у разі потрапляння їдкої речовини змийте її великою кількістю води.

Реакції обміну між електролітами у водних розчинах, що супроводжуються випаданням осаду

1. У першу пробірку налийте розчин кальцій хлориду об’ємом 1 мл, у другу — таку саму кількість розчину кальцій нітрату. До обох пробірок додайте по 1 мл розчину натрій карбонату. Що спостерігаєте?

Складіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій. Чи можна стверджувати, що в обох випадках відбувається одна й та сама реакція?

2. До розчину натрій хлориду об’ємом 1 мл долийте таку саму кількість розчину калій нітрату. Чи спостерігаєте які-небудь зміни? Чому в цьому випадку реакція неможлива? Як це можна довести з використанням повного йонно-молекулярного рівняння реакції? Які йони наявні в утвореному розчині?

Реакції обміну між електролітами у водних розчинах, що супроводжуються виділенням газу

У першу пробірку налийте розчин натрій карбонату об’ємом 1 мл, у другу пробірку насипте шпателем невелику кількість кальцій карбонату (на кінчику шпателя). До обох пробірок обережно прилийте хлоридну кислоту об’ємом 1 мл. Що відбувається?

Складіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій. Чи можна стверджувати, що в обох випадках відбувається одна й та сама реакція?

Реакції обміну між електролітами у водних розчинах, що супроводжуються утворенням води

Налийте в пробірку 1 мл розчину натрій гідроксиду, додайте кілька крапель фенолфталеїну. Яке забарвлення розчину?

Додавайте хлоридну кислоту краплинами до повного зникнення забарвлення.

Складіть молекулярне та йонно-молекулярне рівняння реакції.

Ключова ідея

Реакції обміну між розчинами електролітів відбуваються, якщо в результаті реакції утворюється слабкий електроліт (вода або нерозчинна речовина) або неелектроліт (газ).

Контрольні запитання

146. За яких умов відбуваються реакції йонного обміну в розчині? Наведіть по одному прикладу для кожного випадку.

147. Які реакції називають реакціями нейтралізації?

Завдання для засвоєння матеріалу

148. Складіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння для схем:

149. Наведіть по два молекулярні рівняння реакцій, що відповідають таким скороченим йонно-молекулярним рівнянням:

150. Наведіть по одному рівнянню реакції, що відповідає кожній схемі перетворень. Складіть молекулярне та йонно-молекулярне рівняння.

151. Наведіть приклад розчинної у воді солі, під час взаємодії якої як з калій сульфатом, так і з аргентум(І) нітратом утворюється осад. Складіть рівняння цих реакцій у молекулярній та йонно-молекулярній формах.

152. Назвіть дві розчинні у воді солі різних кислот, під час взаємодії яких із сильною кислотою виділяються газуваті продукти.

153. Доповніть рівняння реакцій, складіть йонно-молекулярні рівняння.

154. Із поданого переліку випишіть формули речовин, з якими взаємодіє калій гідроксид у водному розчині. Складіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій. HCl, NaNO3, Ca(OH)2, MgCl2.

155. Із поданого переліку випишіть формули солей, що взаємодіють із хло-ридною кислотою. Складіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій.

KBr, AgNO3, CaCO3, MgSO4.

156. До розчину аргентум(І) нітрату масою 200 г із масовою часткою солі 0,85 % додавали хлоридну кислоту до припинення виділення осаду. Обчисліть масу осаду, що утворився.

157. До розчину, що містить суміш калій сульфіту й натрій хлориду, спочатку додали розчин хлоридної кислоти до припинення виділення газу, а потім — розчин аргентум(І) нітрату. Які йони залишилися в розчині? Відповідь підтвердьте рівняннями реакцій.

158. До хлоридної кислоти додавали кальцій карбонат до припинення виділення газу. У результаті утворився розчин кальцій хлориду масою 500 г із масовою часткою солі 0,333 %. Обчисліть масу гідроген хлориду в початковому розчині.

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 1

Реакції йонного обміну між електролітами у водних розчинах

Обладнання: штатив із пробірками, піпетки.

Реактиви: HCl, розчини Na2CO3, KCl, CaCl2, BaCl2, MgCl2, KBr, KI, K3PO4, Na2SO4, Na2SO3, AgNO3, H2SO4, NaOH, лакмусу або метилового оранжевого.

Правила безпеки:

• для дослідів використовуйте невеликі кількості реактивів;

• остерігайтеся потрапляння реактивів на шкіру, в очі; у разі потрапляння їдкої речовини змийте її великою кількістю води;

• для визначення запаху речовин не підносьте пробірку до обличчя, а спрямовуйте повітря рухами руки до себе.

Дослід 1. У дві пробірки налийте по 1 мл розчину натрій карбонату. У першу пробірку прилийте декілька крапель хлоридної кислоти, а в другу — 1 мл розчину кальцій хлориду. Які зміни спостерігаєте? Ці реакції є оборотними чи необоротними? Складіть рівняння реакцій у молекулярній, повній та скороченій йонно-молекулярних формах. Чи відбуватимуться реакції, якщо замість розчину натрій карбонату використати нерозчинну сіль, наприклад магній карбонат?

Дослід 2. У дві пробірки налийте по 1 мл розчину барій хлориду. У першу пробірку прилийте 1 мл розчину натрій сульфату, у другу — декілька крапель розчину аргентум(!) нітрату. Які зміни

спостерігаєте? Чи відрізняються осади в обох пробірках за виглядом та за складом? Складіть рівняння реакцій у молекулярній, повній та скороченій йонно-молекулярних формах.

Дослід 3. У чотири пробірки налийте по 1 мл розчинів калій хлориду, калій броміду, калій йодиду та калій ортофосфату. У кожну пробірку прилийте по 1 мл розчину аргентумф нітрату. Які зміни спостерігаєте? Чи відрізняються осади в усіх пробірках за виглядом і складом? Складіть рівняння реакцій у молекулярній, повній та скороченій йонно-молекулярних формах.

Дослід 4. У чотири пробірки налийте по 1 мл розчину сульфатної кислоти та додайте по декілька крапель розчину індикатора (лакмусу або метилоранжу). У першу пробірку краплинами додавайте розчин лугу до нейтралізації розчину. У другу пробірку прилийте 1 мл розчину барій хлориду. Чи відбувається реакція? Чи змінюється кислотність середовища в пробірці? У третю пробірку прилийте 1 мл розчину натрій сульфіту. Що спостерігаєте? Визначте запах у пробірці. Чи відбувається реакція? За якою ознакою це можна визначити? У четверту пробірку прилийте 1 мл розчину магній хлориду. Чи відбувається реакція? За якими ознаками це можна визначити? Складіть рівняння реакцій у молекулярній, повній та скороченій йонно-молекулярних формах.

Якщо реакцію сульфатної кислоти з лугом проводити без використання індикатора, чи будуть помітними зміни протягом реакції? Чи відбуватиметься реакція?

Висновок. Зробіть узагальнюючий висновок до практичної роботи. Для цього використайте відповіді на запитання:

1. За яких умов відбуваються реакції йонного обміну в розчинах?

2. За якими ознаками ви зробили висновок про перебіг реакцій у кожному досліді?






^