Так как электролиты в растворе находятся в виде ионов, то реакции между растворами солей, оснований и кислот – это реакции между ионами, т.е. ионные реакции. Некоторые из ионов, участвуя в реакции, приводят к образованию новых веществ (малодиссоциирующих веществ, осадков, газов, воды), а другие ионы, присутствуя в растворе, не дают новых веществ, но остаются в растворе. Для того, чтобы показать, взаимодействие каких ионов приводит к образованию новых веществ, составляют молекулярные, полные и краткие ионные уравнения.
В молекулярных уравнениях все вещества представлены в виде молекул. Полные ионные уравнения показывают весь перечень ионов имеющихся в растворе при данной реакции. Краткие ионные уравнения составлены лишь теми ионами, взаимодействие между которыми приводит к образованию новых веществ (малодиссоциирующих веществ, осадков, газов, воды).
При составлении ионных реакций следует помнить, что вещества малодиссоциированные (слабые электролиты), мало – и труднорастворимые (выпадающие в осадок – “Н ”, “М ”, см. приложение‚ таблица 4) и газообразные записываются в виде молекул. Сильные электролиты, диссоциированные практически полностью, – в виде ионов. Знак “↓”, стоящий после формулы вещества, указывает на то, что это вещество удаляется из сферы реакции в виде осадка, а знак “”, указывает на удаление вещества в виде газа.
Порядок составления ионных уравнений по известным молекулярным уравнениям рассмотрим на примере реакции между растворами Na 2 CO 3 и HCl.
1. Уравнение реакции записывается в молекулярной форме:
Na 2 CO 3 + 2HCl → 2NaCl + H 2 CO 3
2. Уравнение переписывается в ионной форме, при этом хорошо диссоциирующие вещества записываются в виде ионов, а вещества малодиссоциирующие (в том числе и вода), газы или труднорастворимые – в виде молекул. Коэффициент, стоящий перед формулой вещества в молекулярном уравнении одинаково относится к каждому из ионов, составляющих вещество, и поэтому он выносится в ионном уравнении перед ионом:
2 Na + + CO 3 2- + 2H + + 2Cl - <=> 2Na + + 2Cl - + CO 2 + H 2 O
3. Из обеих частей равенства исключаются (сокращаются) ионы, встречающиеся в левой и правой частях (подчеркнуты соответствующими черточками):
2 Na + + CO 3 2- + 2H + + 2Cl - <=> 2Na + + 2Cl - + CO 2 + H 2 O
4. Ионное уравнение записывается в его окончательном виде (краткое ионоое уравнение):
2H + + CO 3 2- <=> CO 2 + H 2 O
Если в ходе реакции образуются и/или малодиссоциированные, и/или труднорастворимые, и/или газообразные вещества, и/или вода, а в исходных веществах такие соединения отсутствуют‚ то реакция будет практически необратимой (→), и для неё можно составить молекулярное, полное и краткое ионное уравнение. Если такие вещества есть и в реагентах‚ и в продуктах, то реакция будет обратимой (<=>):
Молекулярное уравнение : СаСО 3 + 2HCl <=> CaCl 2 + H 2 O + CO 2
Полное ионное уравнение : СаСО 3 + 2H + + 2Cl – <=> Ca 2+ + 2Cl – + H 2 O + CO 2
Инструкция
Прежде чем приступать к ионных уравнений, необходимо усвоить некоторые правила. Нерастворимые в воде, газообразные и малодиссоциирующие вещества (например, вода) на ионы не распадаются, а значит, записывайте их в молекулярном виде. Также сюда относятся слабые электролиты, такие как H2S, H2CO3, H2SO3, NH4OH. Растворимость соединений можно узнать по таблице растворимости, которая является разрешенным справочным материалом на всех видах контроля. Там же указаны все заряды, которые присущи катионам и анионам. Для полноценного выполнения задания необходимо написать молекулярное, полное и ионное сокращенное уравнения.
Пример № 1. реакцию нейтрализации между серной кислотой и гидроксидом калия, рассмотрите ее с точки зрения ТЭД (теории электролитической диссоциации). Сначала запишите уравнение реакции в молекулярном виде и .H2SO4 + 2KOH = K2SO4 + 2H2OПроанализируйте полученные вещества на их растворимость и диссоциацию. Все соединения растворимы в воде, а значит на ионы. Исключение только вода, которая на ионы не распадается, следовательно, останется в молекулярном виде.Напишите ионное полное уравнение, найдите одинаковые ионы в левой и правой части и . Чтобы сократить одинаковые ионы, зачеркните их.2H+ +SO4 2- +2K+ +2OH- = 2K+ +SO4 2- + 2H2OВ результате получится ионное сокращенное уравнение:2H+ +2OH- = 2H2OКоэффициенты в виде двоек также можно сократить:H+ +OH- = H2O
Пример № 2. Напишите реакцию обмена между хлоридом меди и гидроксидом натрия, рассмотрите ее с точки зрения ТЭД. Запишите уравнение реакции в молекулярном виде и расставьте коэффициенты. В результате, образовавшийся гидроксид меди выпал в осадок голубого цвета. CuCl2 + 2NaOH = Cu(OH) 2↓ +2NaClПроанализируйте все вещества на их растворимость в воде – растворимы все, кроме гидроксида меди, который на ионы диссоциировать не будет. Запишите ионное полное уравнение, подчеркните и сократите одинаковые ионы:Cu2+ +2Cl- + 2Na+ +2OH- = Cu(OH) 2↓+2Na+ +2Cl-Остается ионное сокращенное уравнение:Cu2+ +2OH- = Cu(OH) 2↓
Пример № 3. Напишите реакцию обмена между карбонатом натрия и соляной кислотой, рассмотрите ее с точки зрения ТЭД. Запишите уравнение реакции в молекулярном виде и расставьте коэффициенты. В результате реакции образуется хлорид натрия и выделяется газообразное вещество СО2 (углекислый газ или оксид углерода (IV)). Оно образуется за счет разложения слабой угольной кислоты, распадающейся на оксид и воду. Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2+H2OПроанализируйте все вещества на их растворимость в воде и диссоциацию. Углекислый газ уходит из системы, как газообразное соединение, вода – это малодиссоциирующее вещество. Все остальные вещества на ионы распадаются. Запишите ионное полное уравнение, подчеркните и сократите одинаковые ионы:2Na+ +СO3 2- +2H+ +2Cl- =2Na+ +2Cl- +CO2+H2OОстается ионное сокращенное уравнение:СO3 2- +2H+ =CO2+H2O
Пример 1.
Fe(OH) 2 + H 2 SO 4 FeSO 4 +2H 2 O
Fe(OH) 2 – практически нерастворимое соединение (см. таблицу растворимости), а потому записывается в недиссоциированной (молекулярной) форме: Fe(OH) 2 .
H 2 SO 4 – хорошо растворимое соединение, являющееся одновременно сильным электролитом (см. список кислот – сильных электролитов, приведён выше), а потому записывается в диссоциированной форме: 2H + + SO 4 2- .
FeSO 4 – хорошо растворимое соединение (см. таблицу растворимости), являющееся одновременно сильным электролитом (т. к. является солью), а потому записывается в диссоциированной форме: Fe 2+ + SO 4 2- .
Вода H 2 O является слабым электролитом, а потому записывается в недиссоциированной форме: 2H 2 O.
Fe(OH) 2 + 2H + + SO 4 2- Fe 2+ + SO 4 2- + 2H 2 O
или, после сокращения одинаковых частиц в левой и правой частях уравнения (SO 4 2-),
Fe(OH) 2 + 2H + Fe 2+ + 2H 2 O.
Пример 2 . Написать ионно-молекулярное уравнение реакции:
FeCl 3 + 3NH 4 OH Fe(OH) 3 ↓+ 3NH 4 Cl
FeCl 3 – хорошо растворимое соединение, являющееся одновременно сильным электролитом (поскольку является солью), а потому записывается в диссоциированной форме: Fe 3+ + 3Cl - .
NH 4 OH – также растворимое соединение, однако являющееся слабым электролитом (не входит в список сильных оснований, см. выше), а потому записывается в молекулярной форме: 3NH 4 OH.
Fe(OH) 3 – практически нерастворимое соединение и, следовательно, записывается в молекулярной форме: Fe(OH) 3 .
NH 4 Cl – хорошо растворимое соединение, являющееся одновременно сильным электролитом (т. к. является солью), а потому записывается в диссоциированной форме: 3NH 4 + + 3Cl - .
Итого ионно-молекулярное уравнение записывается следующим образом:
Fe 3+ + 3Cl - + 3NH 4 OH Fe(OH) 3 ↓ + 3NH 4 + + 3Cl -
или, после сокращения одинаковых ионов (Cl -),
Fe 3+ + 3NH 4 OH Fe(OH) 3 ↓ + 3NH 4 + .
Пример 3. Написать ионно-молекулярное уравнение реакции:
KI + AgI K.
KI – хорошо растворимое соединение, являющееся одновременно сильным электролитом (т. к. является солью), а потому записывается в диссоциированной форме: K + + I - .
AgI – практически нерастворимое соединение, а потому записывается в недиссоциированной (молекулярной) форме: AgI.
K – комплексное соединение, о чём свидетельствует наличие квадратных скобок в формуле соединения. Само соединение является солью, хорошо растворимой в воде (знак осадка не помечен), а потому оно должно диссоциировать на ионы K + и - . При этом образующийся ион - является комплексным (устойчивым), т. е. практически не подвергается дальнейшей диссоциации. Таким образом, соединение записывается в виде: K + + - .
Итого ионно-молекулярное уравнение записывается следующим образом:
K + + I - + AgI = K + + -
или, после сокращения одинаковых частиц в левой и правой частях уравнения (K +),
AgI + I - - .
Выполнение работы
Опыт 1. Образование малорастворимых оснований. В одну пробирку налить 3−5 капель раствора соли железа (III), в другую – столько же раствора соли меди (II), в третью – раствора соли никеля (II). В каждую пробирку добавить по несколько капель раствора щелочи до выпадения осадков. Осадки сохранить до следующего опыта.
К какому классу относятся полученные осадки гидроксидов металлов? Являются ли эти гидроксиды сильными основаниями?
Опыт 2. Растворение малорастворимых оснований. К полученным в предыдущем опыте осадкам добавить по несколько капель раствора соляной кислоты концентрацией 15 % до их полного растворения.
Какое новое малодиссоциированное соединение образуется при растворении оснований в кислоте?
Опыт 3. Образование малорастворимых солей.
A. В две пробирки налить по 3−5 капель раствора нитрата свинца (II) и прибавить в одну пробирку несколько капель йодида калия, в другую – хлорида бария.
Что наблюдается в каждой пробирке?
Б. В одну пробирку налить 3−5 капель раствора сульфата натрия, в другую – столько же раствора сульфата хрома (III). В каждую пробирку добавить несколько капель раствора хлорида бария до выпадения осадков.
Какое вещество образуется в качестве осадка? Будет ли протекать аналогичная реакция хлорида бария, например, с сульфатом железа (III)?
Опыт 4. Изучение свойств амфотерных гидроксидов.
А. В две пробирки внести по 3 капли раствора соли цинка и несколько капельразбавленного раствора едкого натра (из штатива с реактивами) до образования осадка гидроксида цинка. Растворить полученные осадки: в одной пробирке – в растворе соляной кислоты, в другой – в избыткеконцентрированного раствора едкого натра (из вытяжного шкафа).
Б. В две пробирки внести по 3 капли раствора соли алюминия и несколько капель разбавленного раствора едкого натра (из штатива с реактивами) до образования осадка гидроксида алюминия. Растворить полученные осадки: в одной пробирке – в растворе соляной кислоты, в другой – в избыткеконцентрированного
В. В две пробирки внести по 3 капли раствора соли хрома (III) и несколько капельразбавленного раствора едкого натра (из штатива с реактивами) до образования осадка гидроксида хрома (III). Растворить полученные осадки: в одной пробирке – в растворе соляной кислоты, в другой – в избыткеконцентрированного раствора едкого натра (из вытяжного шкафа).
Опыт 5. Образование малодиссоциированных соединений. В пробирку внести 3−5 капель раствора хлорида аммония и добавить несколько капель раствора едкого натра. Обратите внимание на запах, объясните его появление на основе уравнения реакции.
Опыт 6. Образование комплексов. В пробирку налить 3−5 капель раствора сульфата меди (II), затем по каплям добавить разбавленный (из штатива с реактивами!) раствор аммиака до образования осадка сульфата гидроксомеди (II) согласно реакции:
2CuSO 4 + 2NH 4 OH = (CuOH) 2 SO 4 ↓ + (NH 4) 2 SO 4
Добавить к осадку избыток концентрированного раствора аммиака (из вытяжного шкафа!). Обратить внимание на растворение осадка согласно реакции:
(CuOH) 2 SO 4 + (NH 4) 2 SO 4 + 6NH 4 OH = 2SO 4 + 8H 2 O
Какую окраску имеет образующийся растворимый амминокомплекс меди?
Опыт 7. Образование газов.
A. Налить в пробирку 3−5 капель раствора карбоната натрия и несколько капель серной кислоты. Что наблюдается?
Б. Налить в пробирку 3−5 капель раствора сульфида натрия и 1 каплю серной кислоты. Обратить внимание на запах выделяющегося газа.
Перепишите схему реакции ионного обмена на листочек. Например,
MgCl₂ + AgNO₃ = Mg(NO₃)₂ + AgCl↓
2 шаг
Далее Вам необходимо подобрать целочисленные коэффициенты перед формулами веществ. Нужно учитывать, что число атомов одного и того же элемента должно быть равно в левой и правой частях. Для нашего примера коэффициенты будут расставлены следующим образом:
MgCl₂ + 2AgNO₃ = Mg(NO₃)₂ + 2AgCl↓
3 шаг
После того, как коэффициенты были расставлены, необходимо определить слабые и сильные электролиты. Для этого нужно знать, что все растворимые соли и основания - сильные электролиты, а нерастворимые (они, как правило, выпадают в осадок, об этом нам говорит стрелочка вниз ↓ после формулы соответствующей соли или основания) - слабые. К сильным кислотам относят: HBr, HI, HCl, HNO₃,H₂SO₄, HMnO₄, H₂CrO₄, HBrO₃, HClO₄, HClO₃ и некоторые другие; остальные кислоты - слабые (особенно угольная и сернистая: они в момент образования распадаются на, соответственно, углекислый или сернистый газ и воду). К слабым относят также металлы и неметаллы, оксиды, а также растворимое в воде основание NH₄OH – гидроксид аммония. Затем подпишите под формулами (сл.) - для слабых и (с.) - для сильных электролитов. В нашем примере:
MgCl₂(с) + 2AgNO₃(с) = Mg(NO₃)₂(с) + 2AgCl↓(сл)
4 шаг
Зная, что сильные электролиты распадаются на ионы, а слабые нет, переписываем слабые электролиты без изменений, а у сильных показываем диссоциацию на ионы. Например:
Mg{2+} + 2Cl{-} + 2Ag{+} + 2NO₃{-} = Mg{2+} + 2NO₃{-} + 2AgCl↓
Это и есть полное ионное уравнение
5 шаг
После этого сокращаем (зачеркиваем) одинаковые ионы и переписываем, получая сокращенное ионное уравнение:
2Cl{-} + 2Ag{+} = 2AgCl↓
Если в полученном уравнении можно сократить числовые коэффициенты, обязательно это делаем:
Cl{-} + Ag{+} = AgCl↓
Сущность обменных реакций, протекающих в растворах, отражают ионные (ионно-молекулярные) уравнения реакций. Такие реакции в общем виде записываются в виде трех уравнений: а) молекулярного ; б) полного ионного ; в) сокращенного ионного . Например, при взаимодействии карбоната натрия с соляной кислотой все три уравнения выглядят так:
молекулярное
Na 2 CO 3 + 2 HCl 2 NaCl + H 2 O + CO 2 ,
полное ионное
2 Na + + +2 H + + 2 Cl – 2 Na + + 2 Cl – + H 2 O + CO 2 .
сокращенное ионное
2
H +
+
H 2 O
+ CO 2 .
В сокращенном ионном уравнении отсутствуют те ионы, которые до и после реакции остались неизменными.
При записи ионных уравнений принято придерживаться следующих правил.
Не записывают в виде ионов как в левой, так и в правой частях уравнения формулы:
а) слабых электролитов, т.е. веществ, которые в водных растворах лишь частично распадаются на ионы. К слабым электролитам относятся: вода, кислоты (H 2 CO 3 , H 2 SiO 3 , H 2 S, CH 3 COOH, H 3 PO 4 , H 2 SO 3 , HF, HNO 2 , HClO, HClO 2 , H 2 SO 4(конц.)), основания, за исключением гидроксидов щелочных и щелочно-земельных металлов (NH 4 OH, Cu(OH) 2 , Al(OH) 3 , Fe(OH) 2 и др.);
б) нерастворимых и малорастворимых в воде веществ, которые устанавливаются по таблице растворимости кислот, оснований и солей;
в) газов: СО 2 , SO 2 , NH 3 и т.д.;
г) оксидов: Al 2 O 3 , CuO, FeO, P 2 O 5 и т.д.;
д)
водородсодержащих остатков слабых
кислот:
,
,
,
НS – ,
и т.д.;
е)
остатков слабых оснований, содержащих
гидроксогруппы: CuOH + ,
MgOH + ,
AlOH 2+ ,
.
В виде ионов записывают формулы:
а) сильных кислот: HCl, HNO 3 , HBr, HI, HClO 3 , HClO 4 , HMnO 4 , H 2 SO 4 ;
б) щелочей (гидроксидов щелочных и щелочноземельных металлов): LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH) 2 , Sr(OH) 2 , Ba(OH) 2 ;
в) растворимых в воде солей: NaCl, K 2 SO 4 , Сu(NO 3) 2 и т.д. Формулы растворимых комплексных солей также представляют в виде ионов:
K K + + – .
Экспериментальная часть Опыт 1. Получение и химические свойства оксидов
а) Получение основного оксида
В металлическую ложечку для сжигания положите немного стружки магния и нагрейте в пламени спиртовки до воспламенения магния.
Осторожно ! Магний горит очень ярко. Напишите уравнение реакции. Отметьте цвет оксида. Сохраните полученный оксид для следующего опыта.
б) Взаимодействие основного оксида с водой
Полученный в предыдущем опыте оксид перенесите в пробирку и добавьте 1-2 мл воды и 2-3 капли фенолфталеина. Как изменилась окраска? Напишите уравнение реакции взаимодействия оксида магния с водой.
в) Получение кислотного оксида
Положите в пробирку кусочек мела или мрамора и прибавьте 1-2 мл раствора соляной кислоты. Что наблюдается? Получите углекислый газ в аппарате Киппа, в котором протекает аналогичная реакция соляной кислоты с мрамором. Напишите уравнение реакции в молекулярной и ионно-молекулярной формах. Сделайте заключение об устойчивости угольной кислоты.
г) Взаимодействие кислотного оксида с водой и основаниями
Пропустите ток углекислого газа из аппарата Киппа в пробирку с водой. Добавьте к содержимому пробирки 2-3 капли раствора индикатора метилового красного. Отметьте изменение окраски и объясните причину. Напишите уравнение реакции взаимодействия углекислого газа с водой.
Пропустите ток углекислого газа в пробирку со свежеприготовленной известковой водой (насыщенный раствор гидроксида кальция). С чем связано происходящее помутнение раствора? Какая соль при этом образуется? Продолжайте пропускать избыток углекислого газа через раствор до полного растворения выпавшего осадка. Какая соль образуется? Составьте уравнение реакций в молекулярной и ионно-молекулярной формах образования средней соли CaCO 3 и взаимодействия средней соли с избытком угольной кислоты. Полученный раствор сохраните для опыта 4, в).
д) Свойства амфотерных оксидов
В две пробирки поместите по одному микрошпателю оксида цинка. В первую пробирку добавьте 10-15 капель2 M раствора соляной кислоты, в другую – столько же концентрированного раствора щелочи. Осторожно встряхните содержимое пробирок до растворения осадков в обеих пробирках. Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионно-молекулярной формах. Сделайте вывод о характере взятого оксида.