Реакции ионного обмена

Наличие зарядов на частицах вещества (ионах) придают им высокую химическую активность. При смешивании растворов различных электролитов находящиеся в них ионы противоположного заряда могут ассоциировать в молекулы, комплексы или кристаллы нового вещества. Реакции, заключающиеся в обмене ионами между различными электролитами, называются реакциями ионного обмена, например,

FeCl₃ + 3KOH = Fe(OH)₃ + 3KCl или HCl + NaOH = NaCl + H₂O.

Отличительной чертой обменных реакций является сохранение элементами всех веществ степеней окисления. Эти реакции протекают с высокими скоростями.

При обменных взаимодействиях в растворах электролитов равновесие смещается в сторону образования трудно растворимых, газообразных или малодиссоциирующих веществ. Такие реакции протекают практически до конца.

В тех случаях, когда слабые электролиты (или малорастворимые вещества) имеются как среди исходных веществ, так и среди продуктов реакции, равновесие реакции смещается в сторону образования наименее диссоциированных (растворимых) веществ.

Так, при взаимодействии слабой кислоты СН₃СООН и сильного основания КОН СН₃СООН + КОН = СН₃СООК + Н₂О в реакции участвуют два слабых электролита - СН₃СООН и H₂O. При этом равновесие оказывается сильно смещенным в сторону образования более слабого электролита – воды константа диссоциации которой (1,8^.10^–16) значительно меньше константы диссоциации уксусной кислоты (1,8^.10^–5). Однако до конца такая реакция протекать не будет.

Сущность протекающих процессов наиболее полно выражается при записи их в форме ионно-молекулярных уравнений. В таких уравнениях слабые электролиты, мало растворимые соединения и газы записываются в молекулярной форме, а находящиеся в растворе сильные электролиты – в виде составляющих их ионов. Различают полное и сокращённое ионно-молекулярные уравнения. В первом указаны ионы и молекулы всех участвующих в реакции веществ, во втором частицы, образующие слабо диссоциирующее вещество. Например, реакция нейтрализации сильной кислоты сильным основанием HCl + NaOH = NaCl + H₂O выражается соответствующими полным H⁺ + Cl⁻ +Na⁺ + OH⁻ = Na⁺ + Cl⁻ + H₂O. Сократив из него формулы одинаковых ионов, получаем сокращённое ионно-молеку-лярное уравнение: Н⁺ + ОН^– = H₂O.

При составлении ионно-молекулярных уравнений следует учитывать, что трудно растворимыми веществами и слабыми электролитами могут быть как продукты реакции, так и реагенты.

ПРИМЕР 3 Составьте уравнения реакций (в молекулярной и ионно-молекулярной формах), происходящих в растворах между веществами: а) CaCO₃ и HCl; б) NaNO₂ и H₂SO₄; в) BaCl₂ и K₂SO₄.

Объясните для каждого случая, образование какого вещества обусловливает протекание реакции.