Малорастворимые вещества в ионных уравнениях

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.

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] —

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

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

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, идущие с образованием малодиссоциирующего вещества

Теория

Согласно теории электролитической диссоциации при растворении в воде электролиты диссоциируют (распадаются) на положительные и отрицательные ионы. А если в растворе одновременно присутствуют несколько веществ – электролитов, то образуется несколько катионов и анионов, и тогда между противоположно заряженными ионами возможно взаимодействие с образованием новых веществ.

Реакции между ионами называются ионными реакциями, а уравнения этих реакций – ионными уравнениями.

Реакции, протекающие в растворах электролитов, без изменения степеней окисления, называются ионнообменными.

В соответствии с правилом Бертолле реакции обмена протекают до конца только тогда, когда образуются твердое малорастворимое соединение (осадок), легколетучее вещество (газ) или малодиссоциирующее соединение (очень слабый электролит, в том числе и вода).

Реакции обмена в растворе принято изображать тремя уравнениями:

· полным ионным уравнением

· сокращенным ионным уравнением

При написании ионных уравнений следует обязательно руководствоваться таблицей растворимости кислот, оснований и солей в воде, т.е. обязательно проверять растворимость реагентов и продуктов, отмечая это в уравнениях.

В ионных уравнениях формулы веществ записываются в виде ионов или в виде молекул.

В виде ионов записывают формулы сильных кислот, сильных оснований, растворимых в воде солей.

В виде молекул записывают формулы воды, слабых кислот, слабых оснований, малорастворимых солей, амфотерных гидроксидов, оксидов, газообразных веществ.

В уравнениях реакций ставят знак ↓, если среди продуктов реакции есть осадок – нерастворимые или малорастворимые вещества. Знак ↑ показывает газообразные или летучие веества.

Реакции обмена в водных растворах электролитов могут быть:

1) практически необратимыми, т.е. протекать до конца;

2) обратимыми, т.е. протекать одновременно в двух противоположных направлениях.

Примеры реакций ионного обмена.

1. Реакции с образованием малорастворимых веществ, выпадающих в осадок.

Ag + + NO₃ — + Na + + Cl — = AgCl↓ + Na + + NO₃ —

Эта реакция обмена необратима, потому что один из продуктов уходит из раствора в виде нерастворимого вещества.

2. Реакции, идущие с образованием малодиссоциирующих веществ (слабых электролитов).

Na + + OH — + H + + NO₃ — = Na + + NO₃ — + H₂O

В результате реакции нейтрализации ины водорода и гидроксид-ионы образуют малодиссоциирующие молекулы воды. Процесс нейтрализации идет до конца, т.е. эта реакция необратима.

3. Реакции, протекающие с образованием газообразных веществ.

Na + +OH — + NH₄ + + Cl — = Na + + Cl — + NH₃↑ + H₂O

Эта реакция обмена необратима, потому что образуется газ аммиак и малодиссоциирующее вещество вода.

4. Реакции обмена, если среди исходных веществ имеются слабые электролиты или малорастворимые вещества, являются обратимыми, т.е. до конца не протекают.

Cu(OH)₂ + 2H + + 2Cl — ↔ Cu 2+ + 2Cl — + 2H₂O

Если исхоными веществами реакций обмена являются сильные электролиты, которые при взаимодействии не образуют малорастворимых или малодиссоциирующих веществ, то такие реакции не протекают. При смешивании их растворов образуется смесь ионов, которые не соединяются друг с другом. Примером может служить реакция между хлоридом натрия и нитратом кальция. Уравнения таких реакций обмена не записывают.

Таким образом, реакции ионного обмена идут в направлении связывания ионов.

Порядок выполнения работы

Оборудование и реактивы:

Штатив с пробирками, растворы сульфата меди (II), хлорида кальция, сульфата алюминия, гидроксида натрия, нитрата бария, сульфита натрия, карбоната натрия, серной кислоты, хлорида железа (III), фенолфталеина.

Реакции, идущие с образованием осадка

Опыт № 1.

Налейте в пробирку 3 – 4 мл раствора сульфата меди (II) и добавьте немного раствора гидроксида натрия.

Запишите наблюдения ______________________________________________________________

Составьте уравнения реакции в молекулярном, полном ионном и сокращенном ионном виде:

Опыт № 2.

Налейте в пробирку 3 – 4 мл раствора сульфата алюминия и добавьте немного раствора нитрата бария.

Запишите наблюдения _______________________________________________________________

Составьте уравнения реакции в молекулярном, полном ионном и сокращенном ионном виде:

Реакции, идущие с выделение газа

Опыт № 3

Налейте в пробирку 3 – 4 мл раствора сульфита натрия и добавьте столько же раствора серной кислоты.

Запишите наблюдения _______________________________________________________________

Составьте уравнения реакции в молекулярном, полном ионном и сокращенном ионном виде:

Опыт № 4

Налейте в пробирку 3 – 4 мл раствора карбоната натрия и добавьте столько же раствора серной кислоты.

Запишите наблюдения _______________________________________________________________

Составьте уравнения реакции в молекулярном, полном ионном и сокращенном ионном виде:

Реакции, идущие с образованием малодиссоциирующего вещества

Опыт № 5

Налейте в пробирку 3 – 4 мл раствора гидроксида натрия и добавьте 2 – 3 капли раствора фенолфталеина. Затем прилейте раствор серной кислоты.

Запишите наблюдения _______________________________________________________________

Составьте уравнения реакции в молекулярном, полном ионном и сокращенном ионном виде:

1. Какие реакции называются ионными?

2. В каких случаях реакции ионного обмена протекают до конца?

3. В каком направлении протекают реакции ионного обмена?

4. Объясните, почему в опытах № 1 и № 2 образовались осадки?

5. Объясните, почему в опытах № 3 и № 4 выделились газообразные вещества?

6. Какими еще кислотами можно было подействовать на растворы сульфита натрия и карбоната натрия (в опытах № 3 и № 4), чтобы получить аналогичные результаты?

7. Объясните, почему в опыте № 5 произощло обесцвечивание? Как называется реакция между щелочью и сильной кислотой?

8. Объясните, почему в пятом опыте сущность этой реакции нельзя выразить сокращенным ионным уравнением?

9. В каких случаях реакции ионного обмена в растворах электролитов являются обратимыми?

10. В каких случаях реакции ионного обмена в растворах электролитов являются необратимыми?

11. В каких случаях реакции ионного обмена в растворах электролитов не протекают?

12. Формулы каких веществ в ионных уравнениях записывают в виде ионов?

13.Формулы каких веществ в ионных уравнениях записывают в виде молекул?

Реакции обмена в водных растворах электролитов. Ионные реакции и уравнения

Так как молекулы электролитов в растворах распадаются на ионы, то и реакции в растворах электролитов происходят между ионами.

Реакции, протекающие между ионами, называются ионными реакциями.

С участием ионов могут протекать как обменные, так и окислительно-восстановительные реакции. Рассмотрим реакции ионного обмена, например взаимодействие между растворами двух солей:

Это уравнение является молекулярным уравнением, так как формулы всех веществ записаны в виде молекул. Исходные вещества Na₂SО₄ и ВаCl₂ являются сильными электролитами, т. е. в растворе находятся в виде ионов. Сульфат бария — нерастворимая соль, которая выпадает в осадок, следовательно, ионы Ва 2+ и SО₄ 2- уходят из раствора. Хлорид натрия NaCl — растворимая соль, сильный электролит, в растворе находится в виде ионов (Na + + Сl — ). Таким образом, с учетом диссоциации сильных электролитов уравнение реакции можно записать так:

Такое уравнение называется полным ионным уравнением.

Результат взаимодействия хлорида бария с сульфатом натрия

Ионы Na + и Cl — имеются и в левой, и в правой частях уравнения, т. е. эти ионы в реакции участия не принимают, их можно исключить из уравнения:

Полученное уравнение называется сокращенным ионным уравнением. Оно показывает, что в ходе данной реакции происходит связывание ионов SO₄ 2- , которые находились в растворе NaSО₄, и ионов Ва 2+ , которые находились в растворе ВаCl₂, и в результате образовалась нерастворимая соль BaSО₄.

Сокращенное ионное уравнение (3) выражает сущность не только реакции (1). Напишем уравнения нескольких реакций:

Как видим, сущность реакций (4) и (5), как и реакции (1), заключается в связывании ионов SO₄ 2- и Ва 2+ с образованием нерастворимой соли BaSО₄.

В ионных уравнениях формулы веществ записывают в виде ионов или в виде молекул.

В виде ионов записывают формулы:

В виде молекул записывают формулы:

— малорастворимых солей(↓) AgCl, BaSO₄, СаСО₃, FeS и др.;

Большая часть молекул слабых электролитов в растворе не диссоциирует на ионы.

В виде молекул также записывают:

В уравнениях реакций ставят знак ↓, если среди продуктов реакции есть осадок — нерастворимые или малорастворимые вещества. Знак ↑ показывает газообразные и летучие соединения.

Реакции обмена в водных растворах электролитов могут быть:

1) практически необратимыми, т. е. протекать до конца;

2) обратимыми, т. е. протекать одновременно в двух противоположных направлениях.

1) Реакции обмена между сильными электролитами в растворах протекают до конца, или практически необратимы, когда ионы соединяются друг с другом и образуют:

а) малорастворимые вещества;

б) малодиссоциирующие вещества — слабые электролиты;

в) газообразные или летучие вещества.

Рассмотрим эти случаи.

а) Реакции с образованием малорастворимых веществ, выпадающих в осадок (↓).

Составим молекулярное и ионное уравнения реакции между нитратом серебра (I) AgNO₃ и хлоридом натрия NaCl:

Эта реакция обмена необратима, потому что один из продуктов уходит из сферы реакции в виде нерастворимого вещества.

б) Реакции, идущие с образованием малодиссоциирующих веществ (слабых электролитов).

Составим молекулярное и ионное уравнения реакции нейтрализации между растворами гидроксида натрия NaOH и серной кислоты H₂SO₄:

или, сокращая коэффициенты, получим: ОН — + Н + = Н₂О.

В результате реакции нейтрализации ионы водорода Н + и гидроксид-ионы ОН — образуют малодиссоциирующие молекулы воды. Процесс нейтрализации идет до конца, т. е. эта реакция необратима.

в) Реакции, протекающие с образованием газообразных веществ.

Составим молекулярное и ионное уравнения реакции между растворами гидроксида кальция и хлорида аммония NH₄Cl:

Эта реакция обмена необратима, потому что образуются газ аммиак NH₃ и малодиссоциирующее вещество вода.

2) Если среди исходных веществ имеются слабые электролиты или малорастворимые вещества, то такие реакции являются обратимыми, т. е. до конца не протекают. Например:

Если исходными веществами реакций обмена являются сильные электролиты, которые при взаимодействии не образуют малорастворимых или малодиссоциирующих веществ, то такие реакции не протекают. При смешивании их растворов образуется смесь ионов, которые не соединяются друг с другом. Например: