Составить уравнения реакций обмена между веществами

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 ионного обмена и условия их осуществления

Реакциями ионного обмена называют химические реакции, которые протекают между ионами без изменения степеней окисления элементов и приводят к обмену составных частей реагентов.

Уравнения обменных реакций записывают в молекулярной форме (с указанием формул всех реагирующих веществ со стехиометрическими коэффициентами); в полной ионной форме (с указанием всех существующих в растворе ионов) и в сокращённой ионной форме (с указанием только тех ионов, которые непосредственно взаимодействуют между собой). При написании уравнений реакций в ионной форме формулы малодиссоциирующих веществ (слабых электролитов) записывают в молекулярной форме.

Уравнения реакций обмена в водных растворах электролитов составляют так.

1. Записывают в левой части уравнения все формулы веществ, вступивших в реакцию, в молекулярной или ионной форме.
2. Руководствуясь знаниями физико-химических свойств реагентов и таблицами растворимости веществ, составляют формулы продуктов реакции.
3. Проверяют число атомов каждого элемента в обеих частях уравнения и определяют необходимые стехиометрические коэффициенты перед формулами.

Реакции ионного обмена в растворах электролитов протекают практически необратимо и до конца, если в качестве продуктов образуются осадки (малорастворимые вещества), газы (легколетучие вещества), слабые электролиты (малодиссоциированные соединения) и комплексные ионы.

Если при взаимодействии растворов электролитов не образуется ни одно из указанных видов соединений, химическое взаимодействие практически не происходит.

Уравнения обменных реакций можно записать в молекулярной форме, полной ионной форме, с указанием всех существующих в растворе ионов и в сокращённой ионной форме, которая, собственно, и выражает взаимодействие ионов. Следует отметить, что при написании уравнений реакций в ионной форме малодиссоциирующие вещества (слабые электролиты) записывают в молекулярной форме.

Пример 1. Реакция между нитратом свинца и сульфатом калия. В результате этой реакции образуется нерастворимый сульфат свинца и выделяется растворимый нитрат калия:

(полная ионно-молекулярная форма),

(сокращённая ионно-молекулярная форма).

Пример 2. Взаимодействие карбоната натрия с серной кислотой. При этом выделяется углекислый газ и вода, а в растворе остаются катионы натрия и сульфат-ионы:

(полная ионно-молекулярная форма),

(сокращённая ионно-молекулярная форма).

Пример 3. Реакция между азотной кислотой и едким калием. В результате данной реакции образуется малодиссоциированное соединение — вода и в растворе остаются катионы калия и нитрат-ионы:

(полная ионно-молекулярная форма),

(сокращённая ионно-молекулярная форма).

Тренировочные задания

1. Осадок образуется при взаимодействии водных растворов

2. Газ выделяется при взаимодействии водных растворов

3. Краткое ионное уравнение H + + OH – = H₂O описывает взаимодействие

1) гидроксида кальция и фосфорной кислоты
2) гидроксида лития и фосфорной кислоты
3) гидроксида натрия и бромоводородной кислоты
4) гидроксида алюминия и бромоводородной кислоты

4. Краткое ионное уравнение 3Ba 2+ + 2PO₄ 3– = Ba₃(PO₄)₂↓ описывает взаимодействие

1) карбоната бария и фосфорной кислоты
2) карбоната бария и фосфата натрия
3) хлорида бария и фосфорной кислоты
4) хлорида бария и фосфата натрия

5. Краткое ионное уравнение Ba 2+ + SO₄ 2– = BaSO₄↓ описывает взаимодействие

1) хлорида бария и сульфата натрия
2) хлорида бария и сернистой кислоты
3) гидроксида бария и сульфата натрия
4) гидроксида бария и серной кислоты

6. Краткое ионное уравнение Ag + + Cl – = AgCl↓ описывает взаимодействие

1) хлорида кальция и бромида серебра
2) фосфата серебра и соляной кислоты
3) карбоната серебра и хлорида натрия
4) нитрата серебра и хлорида калия

7. Краткое ионное уравнение H + + OH – = H₂O отвечает взаимодействию

1) азотной кислоты и гидроксида железа (III)
2) бромоводородной кислоты и гидроксида натрия
3) азотной кислоты и гидроксида меди
4) сернистой кислоты и гидроксида кальция

8. Краткое ионное уравнение 2Н + + S 2– = Н₂S↑ отвечает взаимодействию

1) соляной кислоты и сульфида железа (II)
2) сернистой кислоты и сульфида калия
3) азотной кислоты и сульфида меди
4) азотной кислоты и сульфида натрия

9. Краткое ионное уравнение 2Н + + CO₃ 2– = CO₂↑ + H₂O отвечает взаимодействию

1) соляной кислоты и карбоната кальция
2) сернистой кислоты и карбоната бария
3) азотной кислоты и карбоната калия
4) серной кислоты и карбоната бария

10. Краткое ионное уравнение 2Н + + CaCO₃ = Ca 2+ + CO₂↑ + H₂O отвечает взаимодействию

1) соляной кислоты и карбоната кальция
2) сернистой кислоты и карбоната кальция
3) фосфорной кислоты и карбоната кальция
4) серной кислоты и карбоната кальция

11. Краткое ионное уравнение Al 3+ + 3OH – = Al(OH)₃↓ отвечает взаимодействию

1) сульфата алюминия и гидроксида кальция
2) сульфата алюминия и гидроксида бария
3) сульфата алюминия и гидроксида меди
4) сульфата алюминия и гидроксида натрия

12. Краткое и полное ионное уравнения совпадают для реакции

1) соляной кислоты и карбоната калия
2) уксусной кислоты и карбоната бария
3) уксусной кислоты и гидроксида калия
4) серной кислоты и гидроксида калия

13. Одновременно в растворе не могут существовать ионы

1) Ba 2+ , Fe 2+ , PO₄ 3– , CO₃ 2–
2) Ba 2+ , NO₃ – , Cl – , K +
3) CH₃COO – , Li + , Br – , Al₃ +
4) Mg 2+ , Br – , K + , Cl –

14. Одновременно в растворе могут существовать ионы

1) Ba 2+ , Fe 2+ , PO₄ 3– , SO₄ 2–
2) Ba 2+ , SO₄ 2– , Ca 2+ , PO₄ 3–
3) Na + , Ba 2+ , NO₃ – , Cl –
4) Mg 2+ , Ca 2+ , SO₃ 2– , CO₃ 2–

15. Образование осадка происходит при взаимодействии водных растворов

16. Образование газа происходит при взаимодействии водных растворов

1) сульфата калия и хлорида бария
2) гидроксида алюминия и серной кислоты
3) хлорида кальция и карбоната натрия
4) соляной кислоты и карбоната натрия

17. С выпадением осадка протекает реакция ионного обмена между растворами

1) нитрата натрия и фторида калия
2) хлорида алюминия и избытка гидроксида калия
3) нитрата серебра и фторида натрия
4) нитрата магния и гидроксида калия

18. С выделением газа протекает реакция ионного обмена между растворами

1) карбоната калия и бромоводородной кислоты
2) сульфата натрия и гидроксидом калия
3) нитрата серебра и бромида цинка
4) нитрата алюминия и гидроксида бария

19. С выделением газа протекает реакция ионного обмена между растворами

1) гидроксида бария и азотной кислоты
2) сульфата алюминия и нитрата бария
3) нитрата серебра и йодида лития
4) азотной кислотой и карбоната аммония

20. С выделением воды протекает реакция ионного обмена между растворами

1) нитрата меди и хлорида железа
2) гидрокарбоната натрия и гидроксида натрия
3) нитрата ртути и бромида лития
4) нитрата аммония и нитрита натрия

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: