ТОП 10:

Глава VI. Ионообменные реакции в растворах электролитов.



Многие химические взаимодействия, имеющие место в растворах электролитов, являются ионообменными реакциями.

Ионообменными реакциями называются химические реакции, протекающие в растворах электролитов с участием противоположно заряженных ионов или ионов и молекул слабых электролитов, при которых не происходит изменение степеней окисления атомов в реагирующих частицах.

Поскольку в ионообменных реакциях реагирующими частицами являются ионы или полярные молекулы, то они протекают по электрофильно-нуклеофильному механизму. Для описания таких реакций кроме обычных химических уравнений используют ионные или ионно-молекулярные уравнения, отражающие взаимодействие ионов и молекул электролитов в растворе. При записи таких уравнений необходимо учитывать силу электролита и его растворимость. Химические формулы сильных и растворимых электролитов (оба признака должны быть в наличии одновременно!) записывают в виде суммы соответствующих ионов. Нерастворимые или слабые электролиты, а также вещества, выделяющиеся в виде газа, записывают в молекулярной форме. При составлении ионно-молекулярного уравнения рекомендуется следующая последовательность:

1. Написать химическое уравнение реакции и расставить в нем коэффициенты.

2. Отметить все нерастворимые продукты стрелками, направленными вниз, все газообразные продукты – стрелками, направленными вверх, подчеркнуть все слабые электролиты.

3. Записать нерастворимые, газообразные и слабодиссоциированные соединения в молекулярной форме, а сильные и растворимые электролиты в виде суммы ионов (с учетом индексов и коэффициентов), т.е. составить полное ионно-молекулярное уравнение.

4. Записать сокращенное ионно-молекулярное уравнение, учитывая только те ионы (молекулы) которые практически приняли участие в реакции.

 

Пример 1. При сливании растворов гидроксида бария и сульфата калия происходит реакция, описываемая молекулярным уравнением:

Ba(OH)2 + K2SO4 = BaSO4↓ + 2KOH

Ba(OH)2 и KOH – растворимые сильные основания, K2SO4 – растворимая соль. эти соединения существуют в растворе только в виде ионов. BaSO4 – нерастворимая соль, практически почти не дающая ионов в растворе. Учитывая характер электролитов, получим следующее полное ионно-молекулярное уравнение:

2+ + 2OH- + 2K+ + SO42- = BaSO4↓ + 2K+ 2OH-

Практически вступили в реакцию ионы (сокращенное ионное уравнение):

2+ + SO42- = BaSO4

Пример 2. Ортофосфорная кислота и гидроксид калия, взятые в мольном соотношении 1 : 2, реагируют по уравнению:

Н3РО4 + 2КОН = К2НРО4 + 2Н2О

Вещества Н3РО4 и Н2О являются слабыми электролитами и записываются в молекулярной форме. КОН (сильное основание) и К2НРО4 (растворимая соль слабой многоосновной кислоты) существуют в растворе в виде ионов. Полное ионное уравнение имеет вид:

Н3 РО4 + 2К+ + 2ОН- = 2К+ + НРО42- + 2Н2О

а сокращенное:

Н3РО4 + 2ОН- = НРО42- + 2Н2О

Пример 3.Взвесь карбоната кальция в воде при пропускании избытка углекислого газа растворяется в соответствии с уравнением реакции:

СаСО3 + СО2 + Н2О = Са(НСО3)2(р)

Ионно-молекулярное уравнение имеет следующий вид:

СаСО3 + СО2 + Н2О = Са2+ + 2 НСО3-

Поскольку общих ионов среди реагентов и продуктов реакций нет, то сокращенное ионно-молекулярное уравнение совпадает с полным уравнением реакции.

Все ионообменные реакции являются электрофильно-нуклеофильными, так как катионы – это электрофилы, а взаимодействующие с ними анионы – нуклеофилы.

Возможность протекания ионообменной реакции и полнота превращения исходных веществ в продукты реакции зависит от силы электролитов и их растворимости. Рассмотрим три основных случая.

1. Ионообменная реакция идет практически необратимо, и исходные вещества полностью превращаются в продукты реакции.

Практически необратимо ионообменные реакции идут, если происходит связывание ионов в осадок нерастворимого вещества, а также в молекулы слабодиссоциирующих или газообразных веществ. Например:

- с образованием нерастворимого продукта реакции:

Pb(NO3)2 + 2NaCl = PbCl2↓ + 2NaNO3

Pb2+ + 2Cl- = PbCl2

- с образованием молекул слабых электролитов:

CH3COONa + HCl = CH3COOH + NaCl

CH3COO- + H+ = CH3 COOH

- c образованием летучих веществ:

2HCl + Na2S = 2NaCl + H2S↑

2H+ + S2- = H2S↑

Иногда происходит одновременное связывание ионов сильных электролитов в несколько соединений с прочными связями:

Ва(ОН)2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2H2O

Ва2+ + 2 ОН- + 2H++ SO42- = BaSO4↓ + 2H2O

II. Ионообменные реакции являются обратимыми, если и среди исходных веществ, и среди продуктов реакции есть плохо растворимые или слабые электролиты. В этих случаях в реакционной системе устанавливается равновесие, самопроизвольно смещенное в сторону образования более слабых и менее растворимых электролитов:

2СН3СООН + Na2CO3 ↔ 2CH3COONa + CO2↑ + H2O

2СН3СООН + CO32- ↔ 2СН3СОО- + CO2↑ + H2O

Угольная кислота слабее уксусной и неустойчива, поэтому равновесие заметно смещено в сторону выделения углекислого газа.

III. Реакция между электролитами в растворе не происходит, если среди продуктов ионного обмена нет нерастворимых или слабых электролитов. В этом случае в растворе существует смесь ионов, между которыми нет химического взаимодействия. Например:

BaCl2 + 2KNO3 = Ba(NO3)2 + 2KCl

Все четыре соединения – растворимые сильные электролиты, причем ионный состав не может измениться ни за счет прямой, ни обратной реакции. Химического взаимодействия нет, в растворе просто сохраняется исходная смесь ионов.

Тесты и задание для самоподготовки

Тесты

1. Выберите ряд ионов, способных одновременно сосуществовать в водном растворе без образования малорастворимых или слабых электролитов:

А.Ba2+, Pb2+, NO3-, Cl- Б.Fe2+, Al3+, Br-, SO42-

B.Na+, Mg2+, I-, OH- Г.CH3COO-, Cl-, H+, K+

2. Какие из солей будут реагировать с соляной кислотой?

А. BaSO4 Б. BaSO3 В. CH3COONa Г. KNO3

3. Какие пары ионов будут участвовать в реакции при добавлении AgF к раствору CaCl2?

А.Ag+ Б. F- В.Ca2+ Г. Cl-

4. Выберите реакции, которые не соответствуют процессу Ag+ + Cl- = AgCl↓

A. AgNO3 + HCl = AgCl↓ + HNO3

Б. AgF + HCl = AgCl↓ + HF

В. AgNO3 + KCl = AgCl↓ + KNO3

Г. 2AgF + CaCl2 = 2AgCl↓ + CaF2

5. Выберите уравнения: а) практически необратимых реакций; б) практически не протекающих реакций:

А.NaCl + KNO3 = NaNO3 + KCl

Б.CH3COONa + HCl = CH3COOH + NaCl

В.Mg(OH)2 + H2SO4 = MgSO4 + 2H2O

Г.NH4HSO4 + 2NaOH = Na2SO4 + NH3*H2O + H2O

Д.BaSO4 + 2HCl = BaCl2 + H2SO4

6. Какая из приведенных реакций протекает по уравнению: 2Н+ + СО32- = Н2О + СО2?

А. 2HNO3 + K2CO3 = 2KNO3 + H2O + CO2

Б. Ca(HCO3)2 + 2HCl = CaCl2 + 2CO2 + 2H2O

В. Na2CO3 + 2HNO3 = 2NaNO3 + CO2 + H2O

Г. CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 + H2O

7. Выберите обратимые реакции:

А.HNO3 + CH3COONa + NaNO3 + CH3COOH

Б.NH4Cl + AgNO3 = AgCl + NH4NO3

В.FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S

Г. Ca(H2PO4)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H3PO4

Д. 3CaCl2 + 2K3PO4 = Ca3(PO4)2 + 6KCl

Е.HCl + KOH = KCl + H2O

Задание

Предложите недостающие вещества для осуществления следующих реакций:

а) ? + ? → BaSO4 + H2O

б) Na2SO4 + ? → ? + NaOH

в ) NaOH + ? → Ag2O + H2O + ?

г ) NH3 + ? → NH4HS







Последнее изменение этой страницы: 2016-12-10; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 34.204.176.125 (0.009 с.)