Тема. Реакции ионного обмена

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.

1.Если в результате реакции выделяется  малодиссоциирующее (мд) вещество – вода   а) Молекулярное уравнение реакции щелочи с кислотой: KOH (р) + HCl (р) = KCl(р) + H2O (мд) Полное ионное уравнение реакции: K+ + OH– + H+ + Cl– = K+ + Cl– + H2O Cокращенное ионное уравнение реакции: H+ + OH– = H2O б) Молекулярное уравнение реакции основного оксида с кислотой: CaO (оксид) + 2HNO3 (р) = Ca(NO3)2 (р) + H2O (мд) Полное ионное уравнение реакции: CaO + 2H+ + 2NO3- = Ca2+ + 2NO3- + H2O Cокращенное ионное уравнение реакции: CaO + 2H+ = Ca2+ + H2O. в) Молекулярное уравнение реакции нерастворимого основания с кислотой:   3Mg(OH)2 (н) + 2H3PO4 (р) = Mg3(PO4)2↓ + 6H2O (мд) Полное ионное уравнение реакции: 3Mg(OH)2 + 6H+ + 2PO43- = Mg3(PO4)2↓ + 6H2O В данном случае полное ионное уравнение совпадает с сокращенным ионным уравнением. 2. Если в результате реакции выделяется нерастворимое в воде вещество. а) Молекулярное уравнение реакции растворимой соли со щелочью: CuCl2 (р) + 2KOH (р) = 2KCl(р) + Cu(OH)2↓ Полное ионное уравнение реакции: Cu2+ + 2Cl– + 2K+ + 2OH– = 2K+ + 2Cl– + Cu(OH)2↓. Cокращенное ионное уравнение реакции: Cu2+ + 2OH– = Cu(OH)2↓. б) Молекулярное уравнение реакции двух растворимых солей: Al2(SO4)3 (р) + 3BaCl2 (р) = 3BaSO4↓ + 2AlCl3(р) Полное ионное уравнение реакции: 2Al3+ + 3SO42- + 3Ba2+ + 6Cl- = 3BaSO4↓ + 2Al3+ + 6Cl- Cокращенное ионное уравнение реакции: SO42- + Ba2+ = BaSO4↓ в) Молекулярное уравнение реакции нерастворимого основания с кислотой: Fe(OH)3 (н) + H3PO4 (р) = FePO4↓ + 3H2O. Полное ионное уравнение реакции: Fe(OH)3 + 3H+ + PO43- = FePO4↓ + 3H2O. В данном случае полное ионное уравнение реакции совпадает с сокращенным. Эта реакция протекает до конца, о чем свидетельствуют сразу два факта: образование вещества, нерастворимого в воде, и выделение воды. 3. Если в результате реакции выделяется газообразное вещество. а) Молекулярное уравнение реакции растворимой соли (сульфида) с кислотой: K2S + 2HCl = 2KCl + H2S↑. Полное ионное уравнение реакции: 2K+ + S2– + 2H+ + 2Cl– = 2K+ + 2Cl– + H2S↑. Cокращенное ионное уравнение реакции: S2– + 2H+ = H2S↑. б) Молекулярное уравнение реакции растворимой соли (карбоната) с кислотой: Na2CO3 + 2HNO3 = 2NaNO3 + H2O + CO2↑ Полное ионное уравнение реакции: 2Na+ + CO32- + 2H+ + 2NO3- = 2Na+ + CO2↑ + H2O + 2NO3- Cокращенное ионное уравнение реакции: CO32- + 2H+ = CO2↑ + H2O О протекании данной реакции до конца свидетельствуют два признака: выделение воды и газа – оксида углерода(IV). в) Молекулярное уравнение реакции нерастворимой соли (карбоната) с кислотой: 3СaCO3 + 2H3РO4 = Са3(PO4)2↓ + 3H2O + 3CO2↑ Полное ионное уравнение реакции: 3СaCO3 + 6H+ + 2 РO43- = Са3(PO4)2↓ + 3H2O + 3CO2↑   В данном случае полное ионное уравнение реакции совпадает с сокращенным уравнением. Эта реакция протекает до конца, о чем свидетельствуют сразу три признака: выделение газа, образование осадка и выделение воды. Тренировочные задания 1.Заполните таблицу Условия протекания реакций Между растворами электролитов Примеры реакций ионного обмена. 1. Na2СO3 +СaCl2=СaCO3 +2NaCl 2Na++ СO32- +Сa2++ 2Сl- = СaCO3 +2Na+ + 2Cl- Сa2++ СO32-= СaСO3 2. K2СO3+2HCl =2KCl+H2O+CO2 2K++ СO32- +2H+ +2Cl-=2K++2Cl-+H2O+CO2 СO32-+2H+= СO2^+H2O 3. NaOH+HNO3= NaNO3+H2O Na++OH-+H++NO3=Na++NO3- + H2O H++ OH-=H2O     2. Выбрать из данного списка реакции идущие до конца NaOH+ NaCl —> NaCl+ H2O AgNO3 + NaCl —>NaNO3 +AgCl CuCl2 +2NaOH —>Cu(OH)2 +2NaCl KNO3 +LiCl —>KCl+LiNO3       3. Напишите соответственно ему молекулярное и сокращенное ионное уравнение. Дано: Полное ионное уравнение. Fe3++3Cl-+3Na++3OH-= Fe(OH)3+3Na++3Cl- .

Тест

1. Краткое ионное уравнение 3Ba²⁺ + 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

2. Краткое ионное уравнение Ba²⁺ + 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

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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

7. Краткое ионное уравнение 2Н⁺+ CaCO₃ = Ca²⁺+ 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

8. Краткое ионное уравнение Al³⁺ + 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

9. 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

10. Одновременно в растворе не могут существовать ионы

1) Ba²⁺, Fe²⁺, PO₄^3–, CO₃^2–
2) Ba²⁺, NO₃^–, Cl^–, K⁺
3) CH₃COO^–, Li⁺, Br^–, Al₃⁺
4) Mg²⁺, Br^–, K⁺, Cl^–

11. Одновременно в растворе могут существовать ионы

1) Ba²⁺, Fe²⁺, PO₄^3–, SO₄^2–
2) Ba²⁺, SO₄^2–, Ca²⁺, PO₄^3–
3) Na⁺, Ba²⁺, NO₃^–, Cl^–
4) Mg²⁺, Ca²⁺, SO₃^2–, CO₃^2–