double arrow

Ионообменные реакции

Большая скорость многих химических реакций в растворах электролитов объясняется тем, что они протекают не между молекулами, а между ионами. Для выявления сущности химических реакций их удобнее записывать не в молекулярном, а в ионно-молекулярном виде. Для простоты такие уравнения называют ионными. Выражение уравнений химических реакций в ионном виде позволяют решить, в каких случаях реакции идут только в одном направлении и когда они обратимы.

Разберем несколько типов химических реакций с точки зрения теории электролитической диссоциации и попытаемся установить закономерности их обратимости или необратимости.

Обратимые реакции

Если смешать растворы хлорида натрия NaCl и нитрата калия KNO3, то никаких изменений не произойдет. Хлорид натрия в водном растворе диссоциирует на ионы натрия и хлора, а нитрат калия – на ионы калия и нитрат ионы. Уравнение реакции, происходящей между этими веществами, в молекулярной форме:

NaCl + KNO3 = NaNO3 + KCl.

Образующиеся вещества хорошо растворимы в воде, являются сильными электролитами и поэтому в растворе находятся в виде ионов. В ионном виде эта реакция может быть изображена следующим образом:

Na+ + Cl- + K+ + NO3- = Na+ + NO3- + K+ + Cl-.

Из приведенного уравнения видно, что как в левой, так и в правой частях уравнения в растворе находятся одни и те же ионы: Na+, K+, NO3-, Cl-. Таким образом, реакция фактически не происходит. Если выпарить раствор досуха, то твердый остаток будет представлять собой смесь четырех солей: NaCl, KNO3, NaNO3, KCl. Преимущественное выделение той или иной соли зависти от их растворимости.

Необратимые реакции

Среди практически необратимых реакций можно выделить несколько типов.

Реакции двойного обмена с образованием малорастворимого вещества

При сливании растворов хлорида натрия и нитрата серебра выпадает белый осадок хлорида серебра (AgCl). В молекулярной форме уравнения стрелка вниз указывает на вещество, выпадающее в осадок:

NaCl + AgNO3 = NaNO3 + AgCl¯.

Запишем данное уравнение в ионном виде:

Na+ + Cl- + Ag+ + NO3- = Na+ + NO3- + AgCl¯.

Из этого уравнения видно, что реакция NaCl и AgNO3 сводится к взаимодействию ионов Ag+ и Cl-, так как все остальные ионы, присутствующие в растворе, не принимают участия в реакции. Таким образом, указанную реакцию можно выразить следующим уравнением:

Ag+ + Cl- = AgCl.

Такая запись получила название краткого ионного уравнения. В нем записывают только те ионы, которые действительно принимают участие а реакции. Для написания ионных уравнений надо знать, растворимы ли в воде вещества, которые участвуют в реакции и образуются в результате реакции. Для решения этого необходимо пользоваться таблицей растворимости кислот, солей и оснований в воде. Целесообразно отметить, что все соли натрия и калия, а так же нитраты и большинство ацетатов хорошо растворимы в воде. Гидроксиды всех металлов главной подгруппы первой группы и металлов Ca, Sr, Ba и Ra второй группы главной подгруппы хорошо растворимы в воде. Гидроксиды всех остальных металлов в воде нерастворимы.

Таким образом, реакции, протекающие с образованием малорастворимых веществ, направлены только в одну сторону, т.е. протекают практически до конца.

Реакции с образованием газообразных малорастворимых веществ

Примером таких реакций может служить взаимодействие карбоната натрия с какой-либо сильной кислотой. Запишем уравнение этой реакции в молекулярной и ионной формах:

Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2­

2Na+ + CO32- + 2H+ + 2Cl- = 2Na+ + 2Cl- + H2O + CO2­

CO32- + 2H+ = H2O + CO2­.

Если эту реакцию проводить в открытом сосуде, то углекислый газ удаляется из сферы реакции и не может участвовать в обратном процессе. Поэтому практически данная реакция идет до конца.

Реакции с образованием малодиссоциирующих веществ

а) Реакции нейтрализации с образованием малодиссоциированной воды (КД (H2O) = 1,86 × 10-16)

HCl + NaOH = NaCl + H2O

H+ + Cl- + Na+ + OH- = Na+ + Cl- + H2O

H+ + OH- = H2O.

б) Реакции с образованием малодиссоциирующих оснований (например, гидроксид аммония, КД (NH4OH) = 1,76 × 10-5)

NH4Cl + NaOH = NH4OH + NaCl

NH4+ + Cl- + Na+ + OH- = NH4OH + Na+ + Cl-

NH4+ + OH- = NH4OH.

в) Реакции с образованием малодиссоциированной уксусной кислоты (КД (CH3COOH) = 1,86 × 10-5)

2CH3COONa + H2SO4 = Na2SO4 + 2CH3COOH

2CH3COO- + Na+ + 2H+ + SO42- = 2Na+ + SO42- + 2CH3COOH

CH3COO- + H+ = CH3COOH.

Образующиеся малодиссоциированные соединения связывают ионы реагирующих веществ, поэтому растворы становятся слабыми проводниками электрического тока.

г) Реакции с образованием комплексных ионов

2KI + HgI2 = K2[HgI4]

2K+ + I- + Hg2+ + 2I- = 2K+ + [HgI4]2-

Hg2+ + 4I- = [HgI4]2-.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: