Краткие теоретические сведения

Лабораторная работа №6

Химические реакции

Краткие теоретические сведения

Реакции замещения - реакция между простыми и сложными веществами, при котором атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе. К такому типу реакций относится взаимодействие между металлами и кислотами, металлами и солями. При этих реакциях необходимо учитывать положение металла в ряду напряжений (ряд Бекетова), а также силу кислот и растворимость солей.

Железо легко вытесняет медь в химической реакции замещения. Если в раствор медного купороса опустить металлическое изделиемы будем наблюдать на поверхности железа образование микроскопических кристаллов химически чистой меди красно-бурого цвета. При этом голубой раствор медного купороса постепенно бледнеет и приобретает зеленоватый окрас, происходит образование железного купороса FeSO₄x5H₂O.

Но это способ не эффективен для прочного медного покрытия, поэтомудля более качественного нанесения медного покрытия используют электричество. Таким способом (реакцией замещения) можно покрыть металлом, стоящим правее металл стоящий левее в ряду напряжений.

При растворении некоторых веществ в воде (или других полярных растворителях) под воздействием молекул растворителя происходит распад молекул данного вещества на ионы. В результате этого процесса раствор содержит не только молекулы растворителя и растворенного вещества, но и образовавшиеся ионы. Растворы веществ, которые при растворении в воде или других полярных растворителях распадаются на ионы, называются электролитами.

Процесс распада молекул растворенного вещества (электролита) на ионы под действием полярных молекул растворителя называется электролитической диссоциацией.

К сильным электролитам, если растворителем является вода, относятся:

– кислоты: НNO₃, H₂SO₄, НCNS, НCl, НClO₃, HClO₄, HBr, HВrО₃, HВrО₄,

НI, НIO₃ HMnO₄, H₂SeO₄, HReO₄, HTcO₄; а также кислоты Н₂СrO₄,

H₄P₂O₇, H₂S₂O₆ которые являются сильными по первой ступени диссоциации, т. е. при отрыве первого иона Н⁺;

– основания: гидроксиды щелочных (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) и щелочноземельных металлов (Ca, Sr, Ba, Ra): LiOH, NаОН, KОH, RbОН, CsОН, FrОН, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂, Sr(OH)₂; Ra(OH)₂;

– большинство солей. Исключение: Fe(SCN)₃, Mg(CN)₂, HgCl₂, Hg(CN)₂.

К слабым электролитам относятся:

– кислоты: H₂CO₃, НClO, H₂S, H₃BO₃, HCN, H₂SO₃, H₂SiO₃, CH₃COOH,

HCOOH, H₂C₂O₄;

– основания: Be(OH)₂, Mg(OH)₂, Fe(OH)₂, Zn(OH)₂; гидроксидаммония NH₄OH

Вода является очень слабым электролитом.

Химические свойства растворов электролитов зависят от свойств ионов и молекул, находящихся в растворе. Направление протекания реакций между ионами и молекулами в растворах электролитов определяется возможностью образования малорастворимых веществ или слабых электролитов. Если в результате реакции не происходит образования

малорастворимого вещества или слабого электролита, то такая реакция протекать не может. Например, при сливании растворов нитрата натрия и хлорида калия реакция не протекает, так как по обменной реакции из ионов находящихся в растворе не может образоваться какое либо малорастворимое вещество или слабый электролит. Эти соли относятся к сильным электролитам и хорошо растворяются в воде, поэтому в растворе будет находиться смесь ионов: Na+ + NO3ˉ + K+ + Clˉ, из которых состояли исходные вещества.

Реакцию, протекающую в растворе, можно представить в виде:

- молекулярного уравнения реакции;

- ионно-молекулярного уравнения (полного или сокращенного).

Уравнение реакции, содержащее только формулы недиссоциированных веществ, называется молекулярным уравнением. Молекулярная форма уравнения показывает, какие вещества и в каком количестве участвуют в реакции. Оно позволяет производить необходимые расчеты, связанные с данной реакцией. Уравнение, содержащее формулы недиссоциированных слабых электролитов и ионы сильных электролитов, называется полным ионным или ионно-молекулярным уравнением реакции. Сократив одинаковые продукты в левой и правой части ионно-молекулярного уравнения реакции, получаем сокращенное или краткое ионное уравнение реакции. Ионное уравнение, не содержащее одинаковых веществ (ионов или молекул) в левой и правой части реакции, называется сокращенным или кратким ионным уравнением реакции. Это уравнение и отражает сущность происходящей реакции.

При записи ионных уравнений реакций необходимо помнить:

1) сильные электролиты следует записывать в виде отдельных составляющих их ионов;

2) слабые электролиты и малорастворимые вещества следует записывать в виде молекул.

Рассмотрим примеры записи некоторых ионно-молекулярных уравнений.

Пример 1. Образование трудно- и малорастворимых соединений (осадка ).

а) Образование сульфата бария

Молекулярное уравнение реакции:

BaCl₂ + Na₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2NaCl.

Полное ионное (ионно-молекулярное) уравнение реакции:

Ba²⁺ + 2Cl ˉ + 2Na⁺ + SO₄^2-= BaSO₄↓ + 2Na⁺ + 2Cl ˉ.

Сокращенное ионное уравнение реакции (краткая форма уравнения):

Ba²⁺ + SO₄^{2 ˉ} = BaSO₄↓.

б) Образование карбоната бария

Ва(ОН)₂ + СО₂ = ВaCO₃↓ + Н₂О (молекулярное уравнение)

Ba²⁺ + 2ОН ˉ + СO₂= BaСO₃↓ + Н₂О (сокращенное ионное уравнение).

Пример 2. Образование газообразного вещества.

а) Na₂S + 2HCl = H₂S↑ + 2NaCl (молекулярное уравнение)

2Na⁺ + S^2– + 2H⁺ + 2Cl^– = H₂S↑ + 2Na⁺ +2Cl^– (полное ионное уравнение)

2H⁺ + S^2– = H₂S↑ (сокращенное ионное уравнение)

б) К₂СО₃ + 2 НС1 = 2 КС1 + СО₂↑ + H2O (молекулярное уравнение)

CO3^2– + 2 H⁺ = CO₂↑ + H₂O (сокращенное ионное уравнение).

Пример 3. Образование слабого электролита.

а) воды:

2NaOH + H₂SO₄ = 2H₂O + Na₂SO₄ (молекулярное уравнение)

2Na⁺ + 2OH^– +2H⁺ + SO₄^2– = 2H₂O + 2Na⁺ + SO₄^2– (полное ионное уравнение)

2OH^– + 2H⁺ = 2H₂O (сокращенное ионное уравнение).

Реакция нейтрализации сильной кислоты сильным основанием сводится

к взаимодействию ионов водорода с гидроксид-ионами;

б) слабой кислоты:

2NaNO₂ + H₂SO₄ = 2HNO₂ + Na₂SO₄ (молекулярное уравнение)

2Na⁺ +2NO^{2 ˉ} + 2H⁺ + SO₄^2– = 2HNO₂ +2Na⁺ + SO₄^2–(полное ионное уравнение)

2H⁺ + 2NO^{2 ˉ} = 2HNO₂ (сокращенное ионное уравнение).

Сильные кислоты вытесняют слабые кислоты из их солей;

в) слабого основания:

NH₄Cl + NaOH = NH₄OH + NaCl (молекулярное уравнение)

NH⁴⁺ + Cl^– + Na⁺ + OH^– = NH₄OH + Na⁺ + Cl^– (полное ионное уравнение)

NH⁴⁺ + OH^– = NH₄OH (сокращенное ионное уравнение).

Сильные основания вытесняют слабые основания из их солей.