Хімія. 9 клас. Ярошенко

§ 12. Реакції обміну між розчинами електролітів, умовою перебігу яких є утворення осаду. Поняття про молекулярні та йонні рівняння хімічних реакцій

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

  • зрозуміти суть перебігу реакцій між електролітами у водних розчинах;
  • розрізняти молекулярні, повні йонні та скорочені йонні рівняння хімічних реакцій;
  • складати рівняння реакцій обміну з утворенням осаду в молекулярній та йонній формах;
  • проводити реакції йонного обміну між розчинами електролітів з утворенням осаду;
  • за скороченими йонними рівняннями реакцій обміну відтворювати їхні повні йонні та молекулярні рівняння;
  • удосконалювати уміння користуватись таблицею розчинності для складання йонно-молекулярних рівнянь реакцій.

РЕАКЦІЇ ЙОННОГО ОБМІНУ. Електроліти в розчині перебувають у дисоційованому стані (у вигляді окремих йонів). Отже, у реакціях обміну електроліти обмінюються йонами.

Реакції обміну між двома електролітами в розчині називають реакціями йонного обміну.

РЕАКЦІЇ ЙОННОГО ОБМІНУ МІЖ ЕЛЕКТРОЛІТАМИ У ВОДНИХ РОЗЧИНАХ, ЩО СУПРОВОДЖУЮТЬСЯ ВИПАДАННЯМ ОСАДУ. Ці реакції відбуваються з великою швидкістю. Переконаймося в цьому, розглянувши демонстраційний та виконавши лабораторний досліди.

Демонстраційний дослід. У хімічний стакан, на 1/4 наповнений розчином натрій сульфату, доллємо стільки ж розчину барій хлориду (мал. 20).

Мал. 20. Реакція йонного обміну між натрій сульфатом і барій хлоридом

Спостерігаємо, як миттєво утворюється білий осад (у хімії осадом прийнято називати будь-яке помутніння). Невдовзі частинки білого нерозчинного у воді продукту реакції осядуть на дно стакана, а над ним залишиться шар прозорого водного розчину іншого продукту реакції.

Яка речовина випала в осад? Щоб відповісти на це запитання, складемо схему й рівняння проведеної реакції.

Na2SO4 + BaCl2 → BaSO4↓ + NaCl (схема реакції)

Перетворимо схему на рівняння:

За таблицею розчинності з'ясуємо, що барій сульфат нерозчинний у воді, а натрій хлорид — розчинний. Отже, осад утворено барій сульфатом. У рівнянні реакції це позначено стрілкою, напрямленою вниз (↓), після формули речовини.

Про те, що реакція відбулася до кінця, її перебіг односторонній (зворотна реакція відбуватись не буде), свідчить утворення осаду. Справді, барій сульфат не взаємодіє з натрій хлоридом.

Щойно ми написали й розглянули молекулярне рівняння реакції обміну між двома речовинами (солями) в розчині.

Пригадайте з 8 класу, що однією з умов перебігу хімічних реакцій є утворення осаду.

Молекулярне рівняння реакції йонного обміну — це рівняння, у якому записи, що стосуються складу реагентів і продуктів реакції, зроблено молекулярними формулами.

ЙОННІ РІВНЯННЯ РЕАКЦІЙ. Для хімічних реакцій обміну, що відбуваються в розчині між електролітами, окрім молекулярних рівнянь реакцій, записують ще повні та скорочені йонні рівняння. Повні йонні рівняння пишуть на основі молекулярних з обов'язковим урахуванням коефіцієнтів. Щоб не помилитися при написанні йонних рівнянь реакцій, слід користуватися таблицею розчинності й не забувати, що в рівняннях реакцій коефіцієнт перед формулою речовини стосується й катіона, й аніона.

Складемо повне йонне рівняння хімічної реакції, що відбулася в ході демонстраційного досліду. Ураховуючи, що в ньому три речовини (натрій сульфат, барій хлорид, натрій хлорид) є електролітами, їх ми маємо записати дисоційованими на йони, а неелектроліт барій сульфат залишити в іонній формі.

2Na+ + SO2-4 + Ba2+ + 2Cl- = BaSO4↓ + 2Na+ + 2Cl-

Зверніть увагу на те, що загальна сума зарядів катіонів до реакції дорівнює загальній сумі зарядів катіонів після реакції. Аніонів до й після реакції також порівну. Це доводить, що після реакції розчин залишається електронейтральним. А ще свідчить про те, що повне йонне рівняння реакції обміну між електролітами ми написали правильно.

Повне йонне рівняння — це рівняння, у якому речовини-електроліти записані не молекулярними формулами, а за допомогою йонів, на які вони дисоціюють.

Продовжимо аналізувати повне йонне рівняння реакції й побачимо, що катіони Натрію Na+ та аніони Хлору Cl- наявні і в правій, і в лівій частині. Скоротимо їх і дістанемо скорочене йонне рівняння.

Ba2+ + SO2-4 = BaSO4

Хоча в повному йонному рівнянні спочатку записано сульфат-аніон SO2-4, а після нього катіон Барію Ba2+, загальноприйнято розпочинати запис скорочених йонних рівнянь з катіонів.

Скорочене йонне рівняння — це рівняння, що відображає утворення малодисоційованого чи недисоційованого у воді продукту (продуктів) реакції з йонів, на які реагенти дисоціювали в розчині.

Оскільки скорочене йонне рівняння відображає процес асоціації, то в ньому ставиться знак дорівнює «=».

СКЛАДАННЯ ПОВНОГО ЙОННОГО ТА МОЛЕКУЛЯРНОГО РІВНЯНЬ РЕАКЦІЙ ЙОННОГО ОБМІНУ ЗА СКОРОЧЕНИМ ЙОННИМ. Для відтворення повного йонного та молекулярного рівнянь реакції йонного обміну користуються таблицею розчинності.

Наприклад, маємо скорочене йонне рівняння реакції Ag+ + Cl- = AgCl↓, за яким необхідно скласти одне з можливих повних йонних рівнянь. Для цього в таблиці розчинності знайдемо речовини, що дисоціюють у розчині з утворенням катіона Арґентуму Ag+. Виявляється, що це сіль неорганічної нітратної та сіль органічної етанової (оцтової) кислот. Як варіант оберемо арґентум(І) нітрат AgNO3. За таблицею розчинності з'ясуємо, які розчинні у воді електроліти дисоціюють з утворенням хлорид-аніонів. Такими є майже всі хлориди й хлоридна кислота. Обираємо одну з них — алюміній хлорид — і складаємо повне молекулярне рівняння реакції.

3AgNO3 + AlCl3 = 3AgCl↓ + Al(NO3)3

Залишається написати повне йонне рівняння реакції.

3Ag+ + 3Cl- + Al3+ + 3NO-3 = 3AgCl↓ + Al3+ + 3NO-3

Перевіримо, чи все правильно виконали. Для цього скоротимо однакові йони у правій і лівій частинах рівняння й одержимо:

3Ag+ + 3Cl- = 3AgCl↓.

Після скорочення всіх коефіцієнтів на 3 одержуємо зазначене в умові скорочене йонне рівняння реакції.

Воно вказує на те, що під час реакції між йонами Арґентуму і Хлору відбулася асоціація, продукт якої нерозчинний у воді, тому випадає в осад.

УТВОРЕННЯ ОСАДУ ЯК УМОВА ПЕРЕБІГУ РЕАКЦІЙ ЙОННОГО ОБМІНУ. Демонстраційний дослід і розглянутий приклад взаємодії арґентум(І) нітрату з алюміній хлоридом ознайомили вас із однією з умов перебігу реакцій йонного обміну — утворенням осаду.

Утворення осаду є однією з умов перебігу реакцій обміну між розчинами електролітів.

Відтак стає зрозумілим, у чому полягає хімічна суть розглянутих реакцій і чому обидві вони відбулися до кінця.

Хімія — це життя: сторінка природодослідника

Лабораторний дослід 4

Реакції обміну між електролітами у водних розчинах, що супроводжуються випаданням осаду

Для його виконання вам знадобляться розчини речовин, що зазначені в умовах завдань чи містять необхідні для їх виконання йони.

Завдання 1. Проведіть реакцію обміну між розчинами купрум(ІІ) сульфату й натрій гідроксиду. Яка з умов забезпечила перебіг цієї реакції? Напишіть молекулярне та повне і скорочене йонні рівняння реакції.

Завдання 2. Доберіть речовини та проведіть хімічну реакцію, яка описується скороченим йонним рівнянням реакції.

Са2+ + СО2-3 = СаСО3

Зверніть увагу, що реакції йонного обміну відбуваються миттєво в усьому об'ємі. Це тому, що немає потреби в руйнуванні хімічних зв'язків між складовими частинками реагентів, воно відбулося під впливом полярних молекул води. Тому кожне зіткнення різнойменно заряджених гідратованих йонів, що піддаються асоціації, завершується їхньою взаємодією.

Складіть молекулярне та повне йонне рівняння проведеної реакції. Зробіть висновок про умову, що забезпечила перебіг цих реакцій.

Стисло про основне

• Реакції йонного обміну — це реакції між електролітами в розчині.

• Однією з умов перебігу реакцій йонного обміну між розчинами електролітів є випадання осаду.

• Реакцію йонного обміну описують трьома видами рівнянь: молекулярними, повними йонними, скороченими йонними.

• У молекулярному рівнянні записують молекулярні формули речовин.

• У повному йонному рівнянні замість молекулярних формул сильних електролітів пишуть йони, на які речовина дисоціює.

• У лівій частині скороченого йонного рівняння записують йони, з яких унаслідок хімічної реакції утворюється неелектроліт чи малодисоційована речовина, а в правій — її молекулярну формулу.

• Складаючи повні йонні рівняння реакцій обміну між електролітами, наявні в розчині сильні електроліти записують у вигляді йонів, а слабкі — молекулярними формулами.

Знаємо, розуміємо

  • 1. Які рівняння називають повними йонними, а які — скороченими?
  • 2. Користуючись таблицею розчинності, з'ясуйте, солі та гідроксиди яких металічних елементів є електролітами.
  • 3. Користуючись таблицею розчинності, з'ясуйте, солі якої неорганічної кислоти належать до електролітів.

Застосовуємо

52. Між якими, взятими попарно, електролітами в розчинах відбудуться реакції йонного обміну:

  • а) барій хлорид і нітратна кислота;
  • б) барій хлорид й арґентум нітрат;
  • в) натрій сульфат і барій нітрат;
  • г) цинк нітрат і калій карбонат?

Складіть молекулярні, повні й скорочені йонні рівняння можливих реакцій.

53. Які з наведених йонів не можуть одночасно перебувати в розчині:

  • а) Na+, SO2-4, Cu2+, Ba2+, Cl-;
  • б) Cu2+, K+, OH-, Fe3+, NO-3?

54*. Користуючись таблицею розчинності, за скороченим йонним рівнянням реакції Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3↓ складіть два повні йонні рівняння реакцій обміну в розчині та відповідні молекулярні рівняння.

55. Відновіть скорочені йонні рівняння реакцій, складіть повне йонне та відповідне йому молекулярне рівняння для кожної реакції.

2H+ + ? = H2S

? + 3OH- = Fe(OH)3