Направление реакций обмена в растворах электролитов

Реакции обмена – это реакции, которые идут без изменения степени окисления элементов. Цель любого химического процесса – получить новое вещество, которое можно выделить из реакционной системы. В растворах электролитов химические реакции протекают между ионами. Если в реакции участвует слабый электролит, основная масса которого находится в молекулярной форме, то при протекании реакции происходит смещение диссоциации слабого электролита в сторону ионной формы.

Любое взаимодействие между электролитами – это взаимодействие между противоположно заряженными ионами. Такие реакции называются ионными реакциями, а уравнения этих реакций записываются в виде молекулярных, полных ионных и сокращенных (кратких) ионных уравнений. В ионных уравнениях слабые электролиты (осадок, газ и малодиссоциирующие (слабые) соединения) всегда записывают в молекулярнойформе.

Реакции обмена в растворах электролитов протекают в направлении образования слабого или более слабого электролита. Количественной оценкой «слабости» электролита являются константа диссоциации - К_дис, растворимость (Р) или произведение растворимости (ПР) труднорастворимых электролитов, константа нестойкости (диссоциации) комплексного иона и др константы, о которых еще будет сказано ниже. Необратимые реакции обмена в растворах электролитов можно разделить на три типа:

1. сильный электролит + сильный электролит = сильный электролит + слабый электролит,

ионная форма ионная форма ионная форма молекулярная форма

 

2. сильный электролит + слабый электролит = сильный электролит + слабый электролит,

ионная форма молекулярная форма ионная форма молекулярная форма

3. слабый электролит + слабый электролит = сильный электролит + слабый электролит.

молекулярная форма молекулярная форма ионная форма молекулярная форма

Приведем пример составления уравнений реакций обмена (1 тип):

NaC1 + АgNО₃ ↔ АgСl¯ + NаNО₃ - молекулярное уравнение

соль (Р) соль (Р) соль (Н) соль (Р)

электролит сильный сильный слабый сильный

состояние в растворе ионное ионное молек-ное ионное

Na⁺ + C1^- + Аg⁺ + NО₃^- ↔ АgСl¯ + Nа⁺ NО₃^- полное ионно - молекулярное

Аg⁺ + С1‾ ↔ АgСl¯ сокращенное ионное

Сокращенное ионное уравнение отражает суть химических превращений в растворе. Для приведенного примера, сокращенное уравнение показывает, что в реакции только ионы Аg⁺ и С1‾ изменили свое состояние – из ионного состояния в исходном растворе (АgNО₃, NaC1) перешли в молекулярное (АgСl¯). Кроме того, сокращенное уравнение говорит, что при взаимодействии любого сильного электролита, содержащего катион Аg⁺ с сильным электролитом, содержащим анион CI^- (КCI, CaCI₂, AICI₃ и др.) обязательно выпадет белый творожистый осадок труднорастворимой соли АgCI↓.

Пример 1 Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций обмена между а). карбонатом натрия и сернистой кислотой; б) уксусной кислотой и гидроксидом аммония. Укажите причину необратимости реакции.

Решение: а) Na₂CO₃ + H₂SO₃ ↔ Na₂SO₃ + H₂CO₃ молекулярное

сильный слабый сильный слабый

2Na⁺ + CO₃^2- + H₂SO₃ ↔ 2Na⁺ + SO₃^2- + H₂CO₃ полное ионно - молекулярное

CO₃^2- + H₂SO₃ = SO₃^2- + H₂CO₃ сокращенное ионно – молекулярное.

Реакция необратима, так как Кдис (H₂CO₃ ) < Кдис (H₂SO₃).

б). CH₃COOH + NH₄OH ↔ CH₃COONa + H₂O

слабый слабый сильный слабый

_Кдис=10^-5 К_дис=10^-5 К_дис=10^-16

CH₃COOH + NH₄OH ↔ CH₃COO^- + NH₄⁺ + H₂O сокращенное ионно – молекулярное.

Реакция необратима, так как Кдис (CH₃COOH) > Кдис (H₂O) и Кдис (NH₄OH) > Кдис (H₂O).

.

Пример 2 Составьте сокращенные ионно- молекулярные уравнения реакций обмена к следующим молекулярным уравнениям:

а) СuС1₂ + 2КОН = Сu(ОН)₂↓ + 2КС1 Сu²⁺ + 2OH‾ = Сu(ОН)₂↓

сильный сильный слабый сильный

б) 2Nа₃РО₄ + ЗСаСI₂ = Cа₃(РО₄)₂↓ + 6NаС1 2Р0₄³‾ + ЗСа²⁺ = Cа₃(РО₄)₂↓

сильный сильный слабый сильный

в) 2СrОНSО₄ + Н₂SO₄ = Сr₂(SO₄) ₃ + 2Н₂O СгОН²⁺ + Н⁺ = Cr³⁺ + Н₂O

сильный сильный слабый сильный

г) А1(ОН)₃ ¯ + КОН = КА1О₂ + 2Н₂O А1(ОН)₃ ¯+ OН‾ = А1O₂‾ + 2Н₂O

слабый сильный сильный слабый

 

ЗАДАЧИ

60. Составьте молекулярные и сокращенные ионно-молекулярные уравнения реакций:

а) Nа₂S + ZnС1₂ → г) К₂СO₃ + СаСI₂ →

б) ВаС1₂ + Nа₂SO₄ → д) Nа₂СO₃ + ВаС1₂ →

в) Рb(NO₃)₂ + 2NaI → е) FeCI₂ + KOH →

61. Составьте молекулярные и сокращенные ионно-молекулярные уравнения реакций:

а) FeS + НСl → б) Са(ОН)₂ + NН₄С1 →

в) NaC1 + Н₂SO₄(к) → г) Na₂CO₃ + HNO₃ →

62. Составьте молекулярные и сокращенные ионно-молекулярные уравнения реакций:

а) соляная кислота + нитратсеребра;

б) хлорид бария + серная кислота.

63. Составьте молекулярные и сокращенные ионно-молекулярные уравнения реакций:

в) гидроксид натрия + хлорид аммония;

г) карбонат натрия + гидроксид кальция;

д) гидроксид железа (III) + азотная кислота.

64. Составьте молекулярные уравнения реакций по данным ионно – молекулярным уравнениям:

а) А1(ОН)₃ + ЗН⁺ → Al³⁺ + 3Н₂О

б) Са²⁺ + СO₃²‾ → СаСО₃↓

в) Fе³⁺ + ЗОН‾ → Fе(ОН)₃↓

65. Напишите ионные уравнения реакций, протекающих с образованием малодиссоциирующих соединений:

а) СН₃СООNа + Н₂SО₄ →... б) NaCN + Н₂SO₄ →...

в) Nа₂СО₃ + Н₂SO₄ →... г) FeS + Н₂SO₄ →...

66. Напишите молекулярные и ионные уравнения реакций нейтрализации:

а) Аl(ОН)₃ + НС1 →... 6) Са(ОН)₂ + Н₃РО₄ →...

в) КОН + Н₂SO₄ →... р) Сu(ОН)₂ + НNО₃ →...
д) NН₄ОН + НС1 →... е) Ва(ОН)₂ + Н₂S →...

67. Напишите молекулярные и ионные уравнения реакций образования средних солей из основных и кислых:

а) А1(ОН)₂С1 + НNО₃ →... б) (МgОН)₂SO₄ + Н₂SO₄ →...
в) СгОНСI₂ + НС1 →... г) КНСО₃ + Са(ОН)₂ →...
д) Са(Н₂РO₄)₂ + Са(ОН)₂ →... е) NaНS + NaOH →...

68. Выберите необратимые реакции и для них напишите молекулярные и ионно- молекулярные уравнения:

а) Сu(NО₃)₂ и KОН; б) ВаС1₂ и Nа₂SО₄; в) NaNO₃ и CaCI_2;

г) КNO₃ и Nа₂SО₃; д) НNО₃ и НС1; е) АgNО₃ и NaC1.

69. Напишите молекулярные уравнения реакций:

а) (АlOН)^{2 +} + Н ⁺ → Al^{3 +} + Н₂O

б) НСO₃ ‾ + OН ‾ → СO₃² ‾ + Н₂O

в) А1(ОН)₃ + OН ‾ → АlO₂ ‾ + Н₂O

г) Fе(ОН)₂ + 2Н ⁺ → Fе^{2 +} + 2Н₂O

Для слабых электролитов выпишите соответствующие константы.

70. Объясните с помощью ионных уравнений, что произойдет при смешении ионов в растворе:

а) Na+, SO₄² ‾, SО₃² ‾, Н ⁺; б) АI^{3 +}, SO₄² ‾, С1 ‾, Н ⁺;

в) Fе^{3 +}, ОН ‾, К ⁺, NO₃ ‾; г) К ⁺, OН ‾, Fе^{3 +}, Cl ‾;

71. Приведите примеры трех реакций, которые можно выразить одним ионным уравнением:

СН₃СОO ‾ + Н ⁺ → СН₃СООН

72. Приведите примеры трех реакций, которые можно выразить одним ионным уравнением:

Ba⁺² + SO₄^2- = BaSO₄ ↓

73. Можно ли приготовить раствор, содержащий одновременно следующие вещества:

а) Мg(ОН)₂ и НNО₃; б) А1(ОН)₃ и КОН; в) Н₂SO₄ и NaOH?

Ответ подтвердите уравнениями реакций. Для слабых электролитов выпишите соответствующие константы.

74. Напишите молекулярные уравнения реакций:

а) Аg ⁺ + Вг ‾ = AgBr 6) Ва^{2 +} + SО₄² ‾ = BaSO₄

в) 3H ⁺ + РО₄³ ‾ = Н₃РO₄ г) 2Н ⁺ + SО₃² ‾ = H ₂O + SО₂ .

Для слабых электролитов выпишите соответствующие константы.

75. Напишите молекулярные и сокращенные уравнения реакций, протекающих при смешении растворов:

а) серной кислоты и гидроксида кальция;

б) гидроксида магния и соляной кислоты;

в) гидроксида цинка и гидроксида калия.

Для слабых электролитов выпишите соответствующие константы.

76. Напишите сокращенные ионные уравнения реакций:

а) Рb(NО₃)₂ +KI→; б) NiС1₂+Н₂S→; в) К₂СО₃+НС1→;

г) СuSО₄+NaOH→; д) СаСО₃+НС1→; е) Nа₂SО₃+Н₂SО₄→.

77. Напишите сокращенные ионно-молекулярные уравнения реакций. Для слабых электролитов выпишите соответствующие константы.

а) Nа₂S+Н₂SО₄; б) FeS+HC1; г) NH₄ С1+Са(ОН)_2;, д) NаОС1+НNОз.

78. Напишите в молекулярной и сокращенной ионной форме уравнения реакций нейтрализации:

а) НС1+Ва(ОН)₂; б) HF + KOH; в) Fе(ОН)₃+ HNО₃;

г) СН₃СООН+NН₄ОН; д) НNО₂ + NH₄ ОН; е) Н₂S +NН₄ОН.

Для слабых электролитов выпишите соответствующие константы.

79. Составьте в молекулярной форме уравнения реакций, которые выражаются следующими ионно-молекулярными уравнениями:

a). NO₂ ‾ +Н ⁺ = НNO₂ б). Сu^{2 +} + 2ОН ‾ = Сu(ОН)₂↓ в) Pb^{2 +} + 2I ‾ = РbI₂↓