Хімія. 9 клас. Ярошенко

§ 13. Реакції обміну між розчинами електролітів, що супроводжуються виділенням газу й утворенням води. Їхні йонно-молекулярні рівняння

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

  • розширити знання про умови перебігу реакцій обміну між електролітами;
  • прогнозувати перебіг реакцій обміну;
  • формувати вміння проводити хімічний експеримент;
  • розвивати вміння складати рівняння реакцій обміну між електролітами в повній та скороченій йонній формах.

Продовжимо досліджувати реакції обміну між двома електролітами, що перебувають у розчиненому стані, та виконаємо дослід 1.

Демонстраційний дослід 1. У хімічний стакан, на 1/4 наповнений розчином натрій карбонату Na2CO3, доллємо вдвічі менший об'єм хлоридної кислоти HCl (мал. 21). Одразу ж починається бурхливе виділення газоподібної речовини. Піднесений до отвору стакана запалений сірник перестає горіти й гасне без будь-якого звукового ефекту. Отже, виділяється не кисень, не водень, а вуглекислий газ.

Мал. 21. Реакція йонного обміну між натрій карбонатом і хлоридною кислотою

Складаємо молекулярне, повне йонне та скорочене йонне рівняння цієї реакції.

Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2↑ + H2O

2Na+ + CO2-3 + 2H+ + 2Cl- = 2Na+ + 2Cl- + H2O + CO2

2H+ + CO2-3 = H2O + CO2

Виділення газу є однією з умов перебігу реакцій обміну між електролітами в розчинах.

Розглянемо ще один приклад реакції обміну між двома електролітами в розчині — лугом і кислотою.

Демонстраційний дослід 2. У хімічний стакан, на 1/4 наповнений розчином натрій гідроксиду NaOH, додамо кілька крапель фенолфталеїну (розчин набуває інтенсивного малинового кольору). Доллємо приблизно такий самий об'єм хлоридної кислоти (мал. 22). Дослід не супроводжується ні випаданням осаду, ні виділенням газу. Проте малинове забарвлення зникає, а це є свідченням того, що лугу в розчині не залишилось. Тобто він прореагував із хлоридною кислотою.

Мал. 22. Реакція йонного обміну між лугом і кислотою

Складемо молекулярне рівняння цієї взаємодії.

NaOH + НСl = NaCl + Н2О

Продуктами реакції є розчинна сіль натрій хлорид NaCl і малодисоційована речовина вода Н2О.

Утворення малодисоційованої речовини, зокрема води, є однією з умов перебігу реакцій обміну між електролітами в розчинах.

Отже, під час досліду 2 реакція йонного обміну також відбулася.

Складемо повне йонне рівняння цієї реакції. Оскільки вода є малодисоційованою речовиною, її запишемо в молекулярній, а не йонній формі.

Na+ + ОН- + Н+ + Cl- = Na+ + Cl- + Н2О

Скоротивши однакові йони в лівій і правій частинах повного йонного рівняння, матимемо скорочене йонне рівняння.

Н+ + ОН- = Н2О

Виконання досліду 2 можна дещо змінити. Спочатку налити в хімічний стакан хлоридну кислоту й долити кілька крапель розчину індикатора метилового оранжевого. Розчин набуде рожевого кольору. Потім обережно невеликими порціями доливати розчин натрій гідроксиду й спостерігати за тим, як рожеве забарвлення стає слабко рожевим, а потім змінюється на оранжеве (помаранчеве).

Таким чином, дослідним шляхом ми завершили з'ясування умов перебігу реакцій обміну між розчинами електролітів.

До умов перебігу реакцій обміну між розчинами електролітів належать: утворення осаду, газу або малодисоційованої речовини (наприклад, води).

У всіх реакціях йонного обміну відбуваються лише прямі реакції. Тобто з певних реагентів утворюються відповідні продукти реакції, а зворотний процес — взаємодія продуктів реакції між собою з утворенням реагентів не відбувається.

Пояснюється це тим, що серед продуктів реакції є неелектроліти, а вони або випадають в осад, або виділяються у вигляді газу чи малодисоційованої сполуки. Тобто йони, які могли би продовжувати взаємодію, перебувають у зв'язаному стані.

ПРОГНОЗУВАННЯ ПЕРЕБІГУ РЕАКЦІЙ ОБМІНУ МІЖ РОЗЧИНАМИ ЕЛЕКТРОЛІТІВ. Солі натрій хлорид NaCl та калій сульфат K2SO4 — сильні електроліти й добре розчинні у воді. Чи відбуватиметься між ними реакція йонного обміну в розчині? Проведемо дослід 3.

Демонстраційний дослід 3. У хімічний стакан, на 1/4 наповнений розчином натрій хлориду NaCl, доллємо стільки ж калій сульфату K2SO4. Видимі ознаки перебігу реакції (поява осаду, виділення газу) будуть відсутні. Можливо, утворилася малодисоційована речовина? Щоб з'ясувати це, складемо рівняння цієї реакції в молекулярній, повній та скороченій йонній формах.

2NaCl + K2SO4 Na2SO4 + 2KCl

За таблицею розчинності з'ясовуємо, що обидва продукти реакції добре розчинні у воді, тобто є сильними електролітами. Отже, кожний з них у розчині перебуває в дисоційованому стані.

2Na+ + 2Cl- + 2K+ + SO2-4 ⇄ 2Na+ + 2Cl- + 2K+ + SO2-4

Скласти скорочене йонне рівняння цієї реакції нам не вдасться, оскільки всі йони до реакції й після неї скорочуються. Отже, під час взаємодії цих речовин у розчині зв'язування йонів не відбувається.

Суть реакцій йонного обміну полягає у зв'язуванні йонів з утворенням слабких електролітів. Якщо ж таких серед продуктів реакції немає, то реакція йонного обміну не відбувається.

Щоб закріпити знання про перебіг реакції обміну між розчинами електролітів та з метою формування умінь складати йонні рівняння хімічних реакцій, попрацюйте групами й виконайте лабораторні досліди 5 і 6, зазначені в рубриці «Хімія — це життя: сторінка природодослідника».

Хімія — це життя: сторінка природодослідника

Лабораторний дослід 5

Реакції обміну між електролітами у водних розчинах, що супроводжуються виділенням газу

Для проведення досліду вам знадобляться розчини електролітів, зазначені в завданнях, пробірки, штатив для пробірок.

Завдання 1. Проведіть реакцію обміну між розчинами калій карбонату й нітратної кислоти, спостерігайте за змінами, що її супроводжують. Яка з умов реакцій обміну між розчинами електролітів забезпечила перебіг цієї реакції?

Складіть молекулярне та повне й скорочене йонні рівняння реакції.

Завдання 2. Зазначте кількість: а) катіонів Калію; б) карбонат-аніонів; в) нітрат-аніонів у повному йонному рівнянні цієї реакції.

Лабораторний дослід 6

Реакції обміну між електролітами у водних розчинах, що супроводжуються утворенням води

Завдання 1. Проведіть реакцію обміну між калій гідроксидом й ортофосфатною кислотою в розчинах, спостерігайте за змінами, що її супроводжують. Яка з умов реакцій обміну між розчинами електролітів забезпечила перебіг цієї реакції? Складіть молекулярне та повне й скорочене йонні рівняння реакції.

Завдання 2 (додаткове). Спрогнозуйте, чи відбудеться реакція йонного обміну між натрій сульфатом у розчині та хлоридною кислотою. Здійсніть перевірку вашого передбачення дослідним шляхом.

Зробіть висновок про те, за яких умов відбуваються реакції обміну між розчинами електролітів.

Сторінка ерудита

Йонні рівняння реакцій можна застосувати для відображення взаємодії електроліту з неелектролітом. У такому разі дисоційованими на йони записують лише формули електролітів.

Усі ви добре знаєте, що кальцій карбонат (основна складова крейди) і кислоти взаємодіють між собою. Складемо рівняння цієї реакції в молекулярно-йонній формі.

СаСО3 + 2НСl = СаСl2 + CO2↑ + H2O

СаСО3 + 2Н+ + 2Cl- = Са2+ + 2Cl- + Н2О + CO2

У реакції не беруть участь лише хлорид-аніони, тому скорочене йонне рівняння:

СаСО3 + 2Н+ = Са2+ + Н2О + СО2↑.

Стисло про основне

• Виділення газу, утворення осаду або малодисоційованої сполуки є умовами перебігу реакцій обміну між розчинами електролітів.

• Сутність реакцій йонного обміну між розчинами електролітів полягає в асоціації (зв'язуванні) йонів слабких електролітів з утворенням осаду, газу, малодисоційованої речовини.

• Реакції йонного обміну — необоротні.

• Прогнозування взаємодії між електролітами здійснюють, використовуючи таблицю розчинності.

Знаємо, розуміємо

  • 1. У чому полягає суть реакцій йонного обміну?
  • 2. Чи може одному скороченому йонному рівнянню реакції відповідати кілька молекулярних? Поясніть відповідь і наведіть приклади.

Застосовуємо

56. Зазначте формулу речовини, яка у водному розчині дисоціює з утворенням катіонів Цинку.

  • А ZnO
  • Б ZnS
  • В ZnSO4
  • Г K2[Zn(OH)4]

57. Відновіть подані скорочені йонні рівняння реакцій, складіть по одному повному йонному та молекулярному рівнянню.

  • а) 2Н+ + SO2-3 = H2O + SO2
  • б) ? + 3ОН- = Fe(OH)3

58. Складіть молекулярні та повні й скорочені йонні рівняння можливих реакцій обміну між електролітами в розчинах:

  • а) натрій гідроксид й ортофосфатна кислота;
  • б) барій гідроксид і калій хлорид;
  • в) алюміній сульфат і літій гідроксид.

59*. Зазначте, для якої пари речовин повне йонне рівняння реакції є одночасно і скороченим.

  • A купрум(ІІ) хлорид й арґентум(І) нітрат
  • Б натрій сульфат і барій гідроксид
  • В сульфатна кислота й калій карбонат
  • Г купрум(ІІ) сульфат і натрій гідроксид