Правила составления ионных уравнений реакций.

1 Как правило, на первом месте в формуле химического соединения записываются положительные ионы (это можно проверить с помощью таблицы растворимости). Таким образом, при составлении формул продуктов реакции, меняют местами положительные (или отрицательные) ионы не учитывая их количество в исходных соединениях:

Al(OH)₃ + H₂SO₄ → AlSO₄ + HOH, а не

Al(OH)₃ + H₂SO₄ → AlSO₄ + H₂(OH)₃.

2 Уравнивают заряды «внутри полученных молекул», то есть составляют формулы по валентности. Чтобы это сделать, необходимо использовать таблицу растворимости и не забывать, что молекула в целом электронейтральна (сумма положительных зарядов внутри нее равна сумме отрицательных):

 

                                                3+ 2– + – (эти заряды ставят карандашом или на черновике)

   Al(OH)₃ + H₂SO₄ → AlSO₄ + HOH, а не

                                                    6

                                 Наименьшее общее кратное

Отсюда, разделив шесть на три и два соответственно, получаем:

Al(OH)₃ + H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + HOH.

3 Проверяют, идет ли реакция, т. е. выполняется ли хотя бы одно из условий: осадок, газ, слабый электролит, комплексный ион. Данная реакция протекает, поскольку одним из продуктов является вода – слабый электролит.

4 Проверяют, совпадает ли число одноименных ионов в левой и правой частях равенства (учитывая атомы, входящие в состав недиссоциированных молекул), т. е. расставляют коэффициенты (начинать обычно следует с самой «громоздкой» формулы):

2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 6HOH.

5 Для записи ионно-молекулярного уравнения определяют силу каждого соединения как электролита. Следует помнить, что силу оснований определяют исходя из положения элемента в периодической системе Менделеева, сильные кислоты помнят, соли смотрят по таблице растворимости. Учитывают, что сильные электролиты записываются в виде ионов («раскладываются на ионы»), а слабые в виде молекул (просто переписываются).

В нашем случае:

2Al(OH)₃ + 6H⁺ + 3SO₄^2– → 2Al³⁺ + 3SO₄^2– + 6HOH.

Гидроксид алюминия записывается в виде молекулы, поскольку является слабым электролитом (алюминий не относится к щелочным или щелочноземельным металлам, поскольку расположен в третье группе периодической системы Менделеева); серную кислоту записываю в виде ионов, поскольку она относится к шести сильным кислотам, перечисленным ранее; сульфат алюминия – растворимая соль и поэтому записывается в виде ионов, поскольку является сильным электролитом; вода – слабый электролит.

В данной реакции и справа, и слева присутствуют слабые электролиты (Al(OH)₃ и НОН), но равновесие реакции смещено вправо, поскольку вода является более слабым электролитом.

6 Находят в левой и правой частях ионного уравнения подобные члены с одинаковыми знаками и исключают их из уравнения, а затем записывают полученное сокращенное ионное уравнение, которое выражает сущность реакции:

2Al(OH)₃ + 6H⁺ + 3SO₄^2– → 2Al³⁺ + 3SO₄^2– + 6HOH;

2Al(OH)₃ + 6H⁺ → 2Al³⁺ + 6HOH.

В тех случаях, когда нет ионов, которые могут связываться между собой с образованием осадка, газа, малодиссоциированных соединений (H₂O) или комплексных ионов реакции обмена обратимы. Например,

NaNO₃ + KCl   NaCl + KNO₃;

Na⁺ + NO₃^– + K⁺ + Cl^–    Na⁺ + Cl^– + K⁺ + NO₃^–.

Как видно из приведенного уравнения, вещества присутствуют в растворе в виде свободных ионов. В этом случае, при составлении молекулярного уравнения записывают следующее:

NaNO₃ + KCl →.

Рассмотрим примеры ионно-обменных реакций, сопровождающихся выполнением какого-либо из условий протекания процессов.

1 Если в результате реакции выделяется нерастворимое в воде вещество (е сли образуется осадок (↓) (смотри таблицу растворимости)).

Молекулярное уравнение реакции растворимой соли со щелочью:

CuCl₂ + 2KOH → 2KCl + Cu(OH)₂↓.

Полное ионное уравнение реакции:

Cu²⁺ + 2Cl^– + 2K⁺ + 2OH^– → 2K⁺ + 2Cl^– + Cu(OH)₂↓.

Сокращенное ионное уравнение реакции:

Cu²⁺ + 2OH^– → Cu(OH)₂↓.

Молекулярное уравнение реакции двух растворимых солей:

Al₂(SO₄)₃ + 3BaCl₂ → 3BaSO₄↓ + 2AlCl₃.

Полное ионное уравнение реакции:

2Al³⁺ + 3SO₄^2– + 3Ba²⁺ + 6Cl^– → 3BaSO₄↓ + 2Al³⁺ + 6Cl^–.

Сокращенное ионное уравнение реакции:

3Ba²⁺ + 3SO₄^2– → 3BaSO₄↓

2 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 ↑.

Сокращенное ионное уравнение реакции:

S^2– + 2H⁺ → H₂S ↑.

Молекулярное уравнение реакции растворимой соли (карбоната) с кислотой:

                                                                     H₂O

Na₂CO₃ + 2HNO₃ → 2NaNO₃ + H₂CO₃               .

                                                                   CO₂ ↑

Полное ионное уравнение реакции:

2Na⁺ + CO₃^2– + 2H⁺ + SO₄^2– → 2Na⁺ + SO₄^2– + H₂O + CO₂ ↑.

Сокращенное ионное уравнение реакции:

CO₃^2– + 2H⁺ → H₂O + CO₂ ↑.

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

3 Если в результате реакции образуется малодиссоциированное вещество.

Молекулярное уравнение реакции щелочи с кислотой:

Ca(OH)₂ + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + 2H₂O.

Полное ионное уравнение реакции:

Ca²⁺ + 2OH^– + 2H⁺ + 2NO₃^– → Ca²⁺ + 2NO₃^– + 2H₂O.

Cокращенное ионное уравнение реакции:

H⁺ + OH^– → H₂O.

Вода – очень слабый электролит и диссоциирует лишь в ничтожно малой степени. Равновесие между молекулами воды и ионами сильно смещено в сторону образования молекул. Поэтому практически реакция нейтрализации сильной кислоты сильным основанием протекает до конца.

4 Если образуются комплексные соединения (малодиссоциированные комплексные ионы).

Два основания способны взаимодействовать друг с другом только в том случае, если одно из них проявляет амфотерные свойства, например, Zn(OH)₂, Be(OH)₂, Pb(OH)₂, Al(OH)₃, Cr(OH)₃ и т. д. В этом случае образуются комплексные соединения. Формулы соответствующих комплексных ионов:

[Zn(OH)₄]^2–, [Be(OH)₄]^2–, [Pb(OH)₄]^2–, [Al(OH)₄]^–, [Cr(OH)₆]^3–.

При составлении формул комплексных соединений следует дописать положительные ионы перед комплексным ионом и составить формулу согласно валентности.

Молекулярное уравнение реакции гидроксида цинка с водной щелочью:

Zn(OH)₂ + 2NaOH → Na₂[Zn(OH)₄].

Полное ионное уравнение реакции:

Zn(OH)₂ + 2Na⁺ + 2OH^– → 2Na⁺ + [Zn(OH)₄]^–.

Cокращенное ионное уравнение реакции:

Zn(OH)₂ + 2OH^– → [Zn(OH)₄]^–.

5 Рассмотрим два примера протекания реакции с участием кислой и основной соли. Следует помнить, что кислые соли проявляют как свойства солей, так и свойства кислот, а основные – свойства солей и оснований.

Реакция взаимодействия между гидросульфидом калия и гидроксидом калия протекает в прямом направлении, поскольку в этой реакции образуется слабый электролит – вода:

K H S+ K OH → K₂S + HOH.

Полное ионное уравнение:

K⁺ + HS^– + K⁺ + OH^– → 2K⁺ + S^2– + HOH.

Как мы помним кислые соли хорошо диссоциируют на катионы металла и гидроанионы, поскольку являются сильными электролитами при диссоциации по первой стадии

Сокращенное ионное уравнение:

HS^– + OH^– → S^2– + HOH.

Реакция взаимодействия между хлоридом гидроксомеди и соляной кислотой протекает в прямом направлении, поскольку в этой реакции образуется слабый электролит – вода:

CuOHCl + HCl → CuCl₂ + HOH.

Полное ионное уравнение:

CuOH⁺ + Cl^– + H⁺ + Cl^– → Cu²⁺ + 2Cl^– + HOH.

Как мы помним основные соли хорошо диссоциируют на гидроксокатионы металла и анионы кислотного остатка, поскольку являются сильными электролитами при диссоциации по первой стадии.

Сокращенное ионное уравнение:

CuOH⁺ + H⁺ → Cu²⁺ + HOH.

Составление полных ионно-молекулярных и молекулярных уравнений реакций по сокращенным ионно-молекулярным. Поскольку сокращенное ионно-молекулярное уравнение характеризует суть протекающей в растворе реакции, то для одного такого уравнения можно записать большое количество молекулярных уравнений. При выполнении такого задания, необходимо к ионам добавлять ионы противоположного знака, но с таким расчетом, чтобы получить сильный электролит.

Рассмотрим следующий пример. Реакция выражается молекулярным уравнением:

Fe²⁺ + S^2– → FeS.

К ионам железа можно добавить отрицательные ионы, образующие с ним сильный электролит (растворимую соль) – Сl^–, Br^–, NO₃^–, SO₄^2– и. т. д. Использовать такие ионы, как, например ОН^– или СО₃^2– нельзя, т. к. при этом получается слабый электролит Fe(ОН)₂ или FeСО₃, который следует записывать в виде молекулы, а нам нужны ионы.

К ионам серы следует прибавить положительные ионы, дающие сильный электролит (растворимую соль) – К⁺, Na⁺, NH₄⁺, Ba²⁺. Использовать ионы Н⁺ не следует, поскольку при этом образуется слабая кислота – Н₂S, которую следует записывать в виде молекулы, а не ионов (самая распространенная ошибка, поскольку данная кислота является растворимой, что не делает ее сильным электролитом).

После подборов необходимых ионов следует составить формулы соединений согласно валентности). Затем записывают продукты реакции так же, как и при составлении молекулярного уравнения.

Таким образом для данного ионного уравнения можно записать несколько молекулярных:

FeCl₂ + K₂S → FeS + 2KCl;

FeBr₂ + Na₂S → FeS + 2NaBr;

FeSO₄ + BaS → FeS + BaSO₄↓.

После составления молекулярных уравнений необходимо проверить себя и составить полные ионно-молекулярные уравнения:

Fe²⁺ + 2Cl^– + 2K⁺ + S^2– → FeS + 2K⁺ + 2Cl^–;

Fe²⁺ + 2Br^– + 2Na⁺ + S^2– → FeS + 2Na⁺ + 2Br^–;

Fe²⁺ + SO₄^2– + Ba²⁺ + S^2– → FeS + BaSO₄↓.

Как видно, первые два уравнения соответствую данному ионному, а последнее – нет, поскольку здесь вместе с нерастворимым сульфидом железа образуется также нерастворимый сульфат бария.