Ионно-молекулярные реакции обмена

Ионные уравнения реакций обмена отражают состояние злектролита в растворе. Электролиты – это вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток. Распад молекул вещества на ионы называется электролитической диссоциацией. К электролитам относятся кислоты, основания, соли. Кислоты – это электролиты, диссоциирующие в растворах с образованием катионов водорода HCN H⁺ + CN^–. Основания – электролиты, диссоциирующие в растворах с образованием гидроксид-ионов NH₄OH NH₄⁺ + OH^–. Существуют электролиты, которые могут диссоциировать по типу кислоты и по типу основания. Такие электролиты называются амфотерными. К ним относятся гидроксиды амфотерных элементов, а также гидроксиды металлов, находящихся в промежуточной степени окисления, например, Be(OH)₂, Al(OH)₃, Zn(OH)₂, Cr(OH)₃ и многие другие. Диссоциацию растворенной части амфотерного гидроксида по обоим типам можно представить следующей схемой:

H⁺ + RO^– ROH R⁺ + OH ^–

В насыщенном водном растворе амфотерного гидроксида ионы H⁺, RO^– и R⁺, OH^– находятся в состоянии равновесия, поэтому амфотерные гидроксиды взаимодействуют и с кислотами и с основаниями. При добавлении кислоты равновесие смещается в сторону диссоциации по типу основания, при добавлении основания – в сторону диссоциации по типу кислоты.

Соли – электролиты, которые при растворении в воде диссоциируют, отщепляя положительные ионы, отличные от ионов водорода, и отрицательные ионы, отличные от гидроксид-ионов, например:

Al₂(SO₄)₃ = 2Al³⁺ + 3SO₄^2–; CuOHCl CuOH⁺ + Cl^–; KHCO₃ = K⁺ + HCO₃^–.

По способности к диссоциации электролиты делят на сильные и слабые. У сильных электролитов в растворе диссоциируют на ионы практически все молекулы, у слабых – лишь часть молекул. К сильным электролитам относятся почти все соли, основания щелочных и щелочноземельных металлов, а из важнейших кислот HClO₄, H₂SO₄, HNO₃, HCl, HBr, HI, HMnO₄. К слабым электролитам относятся почти все органические кислоты, например, CH₃COOH, неорганические соединения H₂CO₃, H₂SO₃, H₂SiO₃, HCN, HNO₂, H₃PO₄, HF, NH₄OH, H₂O и другие.

Реакции в растворах электролитов протекают между ионами и идут практически необратимо, если в результате реакции образуются осадки, газы и слабые электролиты. Обычно такие реакции изображаются при помощи ионно-молекулярных уравнений, в которых осадки, газы, слабые электролиты пишутся в виде молекул, хорошо растворимые сильные электролиты – в виде ионов. Одинаковые ионы из обеих частей уравнения исключаются.

Рассмотрим типичные варианты реакций в растворах электролитов.

а) 3AgNO₃ + FeCl₃ = Fe(NO₃)₃ + 3AgCl↓ – молекулярное уравнение

осадок

3Ag⁺ + 3NO₃^– + Fe³⁺+ 3Cl^– = Fe³⁺+ 3NO₃^– + 3AgCl↓ – полное ионное уравнение

Ag⁺ + Cl^– = AgCl↓ – сокращенное ионное уравнение

б) Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂O + CO₂↑

газ

2Na⁺ + CO₃^2– + 2H⁺ + SO₄^2– = 2Na⁺ + SO₄^2– + H₂O + CO₂↑

2H⁺ + CO₃^2– = H₂O + CO₂↑

в) HСl+ NaOH = NaCl + H₂O

слабый электролит

H⁺ + Cl^– + Na⁺+OH^– = Na⁺+ Cl^– + H₂O

H⁺+ OH^– = H₂O

Ионообменные реакции могут проходить между молекулами воды и ионами растворенной соли, что приводит к процессу гидролиза. Г идролиз – это обменное взаимодействие ионов соли с водой, которое приводит к образованию слабого электролита и сопровождается изменением pH-среды. Суть гидролиза заключается в следующем. При внесении в воду солей, в состав которых входят анионы слабых кислот или катионы слабых оснований, эти ионы связываются с ионами H⁺ или OH^– из воды с образованием слабого электролита, в результате чего нарушается равновесие электролитической диссоциации воды H₂O H⁺ + OH^–. В растворе накапливаются ионы H⁺ или OH^–, сообщая полученному раствору кислую или щелочную реакцию. Катионы сильных оснований и анионы сильных кислот не образуют с ионами воды слабых электролитов, поэтому соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, гидролизу не подвергаются. Таким образом, гидролизу подвергаются соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой; слабой кислотой и сильным основанием; слабым основанием и слабой кислотой. В таком случае в растворе могут устанавливаться следующие равновесия:

а) при гидролизе аниона (A^–) слабой кислоты:

А^–+ HOH HA + OH^– (образуются ионы OH^–, среда щелочная, pH > 7).

б) при гидролизе катиона (B⁺) слабого основания:

B⁺+ HOH BOH + H⁺ (образуются ионы Н⁺, среда кислая, pH < 7).

в) при гидролизе катиона слабого основания и аниона слабой кислоты:

А^–+ HOH HА + OH ^–

B⁺+ HOH BOH + H⁺ (образуются ионы Н⁺ и OH^–, среда близка к нейтральной, pH » 7).

Гидролиз солей, образованных многоосновными кислотами или многокислотными основаниями, протекает ступенчато, причем преимущественно по первой ступени с образованием кислых или основных солей. Введение дополнительного количества ионов H⁺ или OH^– в равновесную систему может усилить или подавить процесс гидролиза в соответствии с принципом Ле Шателье.

Примеры решения задач

Пример 6.1. Составьте молекулярные уравнения реакций, которым соответствуют следующие ионно-молекулярные уравнения:

а) Fe(OH)₃ + 3H⁺ = Fe³⁺ + 3H₂O

б) H₃PO₄ + 3OH^– = PO₄^3– + 3H₂O

в) HCO₃^– + OH^– = CO₃^2– + H₂O

Решение. При решении подобных заданий следует пользоваться табл. 2 приложения.

В левой и правой частях данных ионно-молекулярных уравнений указаны ионы, которые образуются при диссоциации сильных электролитов. Следовательно, при составлении молекулярных уравнений следует исходить из соответствующих растворимых сильных электролитов. Например:

а) Fe(OH)₃ + 3HCl = FeCl₃ + 3H₂O

б) H₃PO₄ + 3NaOH = Na₃PO₄ + 3H₂O

в) KHCO₃ + KOH = K₂CO₃ + H₂O

Пример 6.2. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций, подтверждающие амфотерный характер гидроксида свинца.

Решение. Амфотерные электролиты могут диссоциировать по типу кислоты и основания, поэтому Pb(OH)₂ может растворяться как в кислоте, так и в щелочи, образуя соответствующие соли:

а) растворение Pb(OH)₂ в кислоте

Pb(OH)₂ + 2HNO₃ = Pb(NO₃)₂ + 2H₂O

Pb(OH)₂ + 2H⁺ = Pb²⁺ +2H₂O

б) растворение Pb(OH)₂ в щелочи

Pb(OH)₂ + 2NaOH = Na₂PbO₂ + 2H₂O

Pb(OH)₂ + 2OH^– = PbO₂^2–+ 2H₂O

В случае (а) Pb(OH)₂ выполняет роль основания, поставляя в раствор гидроксид-ионы для образования молекул воды. В случае (б) Pb(OH)₂ выполняет роль кислоты (Pb(OH)₂ = H₂PbO₂), поставляя в раствор катионы водорода. Схема диссоциации Pb(OH)₂ выглядит так:

2H⁺ + PbO₂^2– H₂PbO₂ = Pb(OH)₂ Pb²⁺ + 2OH^–

Пример 6.3. С оставьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения гидролиза солей: CH₃COOK, K₂S, CuSO₄.

Решение. а) Ацетат калия – соль слабой кислоты и сильного основания. При растворении в воде ацетат калия диссоциирует на ионы К⁺ и анионы CH₃COO^–. Катионы К⁺ не могут связывать анионы OH^–, так как KOH – сильный электролит. Ионы CH₃COO^–, связываясь с катионами H⁺ воды, образуют слабую кислоту CH₃COOH. Гидролиз идет по аниону слабой кислоты. Сокращенное ионно-молекулярное уравнение имеет вид:

CH₃COO^– + H₂O CH₃COOH + OH^–

Для написания уравнения реакции в полной ионной форме прибавим к левой и правой частям уравнения ионы, не претерпевающие в результате гидролиза ни- каких изменений. В рассматриваемом примере – это катионы калия.

К⁺+CH₃COO^– + H₂O CH₃COOH + К⁺+OH^–

молекулярное уравнение:

CH₃COOK + H₂O CH₃COOH + KOH

В растворе появляется избыток ионов OH^–, поэтому раствор имеет щелочную реакцию (pH > 7).

б) Сульфид калия – соль двухосновной слабой кислоты и сильного основания. Анионы слабой кислоты S^2– связывают ионы водорода из воды, образуя анионы кислой соли HS^–. Соль гидролизуется по аниону. Сокращенное ионно-молекулярное уравнение:

S^2– + H₂O HS^– + OH^–

полное ионно-молекулярное уравнение:

2К⁺ + S^2– + H₂O К⁺ + HS^– + К⁺+OH^–

молекулярное уравнение:

K₂S + H₂O KHS + KOH

Появление избыточного количества ионов OH^– обусловливает щелочную реакцию среды (pH > 7).

в) Сульфат меди – соль слабого двухкислотного основания и сильной кислоты. Гидролиз такой соли идет по катиону слабого основания с образованием катионов основной соли CuOH⁺. Сокращенное ионно-молекулярное уравнение гидролиза:

Cu²⁺ + H₂O CuOH⁺ + H⁺

полное ионно-молекулярное уравнение:

2Cu²⁺ + 2SO₄^2– + 2H₂O 2CuOH⁺ + SO₄^2– + 2H⁺ + SO₄^2–

молекулярное уравнение:

2CuSO₄ + 2H₂O (CuOH)₂SO₄ + H₂SO₄

В растворе накопились катионы водорода, которые создадут кислую реакцию среды (pH < 7 ).

Пример 6.4. Какие продукты получатся при смешивании растворов AlCl₃ и Na₂S? Составьте ионно-молекулярные и молекулярное уравнение реакции.

Решение. Соль AlCl₃ гидролизуется по катиону, Na₂S – по аниону:

Al³⁺ + H₂O AlOH²⁺ + H⁺

S^2– + H₂O HS^–+OH^–

Образующиеся ионы H⁺ и OH^– связываются в молекулы слабого электролита H₂O, сдвигая гидролитическое равновесие вправо. Гидролиз идет до конца с образованием Al(OH)₃ и H₂S. Ионно-молекулярные и молекулярное уравнение имеют вид:

2Al³⁺ + 3S^2–- + 6H₂O = 2Al(OH)₃¯ + 3H₂S­

2Al³⁺ + 6Cl^– + 6Na⁺ +3S^2- + 6H₂O = 2Al(OH)₃¯ + 3H₂S­ + 6Na⁺ + 6Cl^–

2AlCl₃ + 3Na₂S + 6H₂O = 2Al(OH)₃¯ + 3H₂S­+ 6NaCl

 

Контрольные вопросы

101. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) K₂S и CuSO₄; б) AgNO₃ и NH₄Cl; в) Na₂SiO₃ и H₂SO₄; г) CaCO₃ и HNO₃.

102. Какие из перечисленных ниже солей подвергаются гидролизу: NaCN, KNO₃, CuCl₂, NH₄CH₃COO? Для каждой из гидролизующихся солей напишите уравнение гидролиза в ионно-молекулярном и молекулярном виде, укажите реакцию среды ее водного раствора.

103. Составьте по два молекулярных уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:

а) Fe³⁺ + 3OH^– = Fe(OH)₃

б) H⁺ + NO₂^– = HNO₂

в) Cu²⁺ + S^2– = CuS

104. Составьте ионно-молекулярное и молекулярное уравнение гидролиза Cr₂(SO₄)₃. К раствору добавили следующие вещества: а) H₂SO₄; б) KOH. В каком случае гидролиз сульфата хрома усилится? Почему?

105. Какие из солей: K₂SO₄, Na₂SO_3, NH₄CN, LiCl, Fe₂(SO₄)₃ подвергаются гидролизу? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей. Какое значение pH (> 7< ) имеют растворы этих солей?

106. Смешивают попарно растворы: а) KOH и Ba(NO₃)₂; б) Li₂CO₃ и HCl; в) Pb(NO₃)₂ и KCl; г) NH₄Cl и KOH. В каких случаях реакции практически пойдут до конца? Представьте их в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

107. Подберите по два уравнения в молекулярном виде к каждому из ионно-молекулярных уравнений:

а) Al³⁺ + H₂O AlOH²⁺ + H⁺

б) S^2– + H₂O HS^– + OH^–

в) CN^–+ H₂O HCN +OH^–

108. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) BaCO₃ и HNO₃; б) Fe₂(SO₄)₃ и KOH; в) HCl и K₂S; г) CH₃COOK и HCl.

109. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза, происходящего при сливании растворов: а) FeCl₃ и Na₂CO₃; б) CuSO₄ и K₂CO₃.

110. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) CH₃COONa и H₂SO₄; б) NH₄Cl и NaOH; в) Ba(OH)₂ и K₂CrO₄; г) CaCl₂ и Na₃PO₄.

111. Подберите по два уравнения в молекулярном виде к каждому из ионно-молекулярных уравнений:

а) Fe³⁺ + 2H₂O Fe(OH)₂⁺ + 2H⁺

б) CO₃^2– + H₂O HCO₃^– + OH^–

в) NH₄⁺ + H₂O NH₄OH + H⁺

112. Смешивают попарно растворы: а) K₂SO₃ и HCl; б) Na₂SO₄ и KCl; в) CH₃COONa и HNO₃; г) Al₂(SO₄)₃ и избыток KOH. В каких из приведенных случаев реакции практически пойдут до конца? Составьте для этих реакций молекулярные и ионно-молекулярные уравнения.

113. Какие из веществ будут взаимодействовать с гидроксидом калия: Ba(OH)₂, Zn(OH)₂, FeCl₃, H₃PO₄? Выразите эти реакции молекулярными и ионно-молекулярными уравнениями.

114. Какие из приведенных солей: KCN, Cr(NO₃)₃, KNO₃, ZnSO₄ подвергаются гидролизу? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей, укажите реакцию среды.

115. Составьте по два молекулярных уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:

а) OH^– + HS^– = H₂O + S^2–

б) CO₃^2– + 2H⁺ = H₂O + CO₂

в) OH^– + NH₄⁺ = NH₄OH

116. В какой цвет будет окрашен лакмус в водных растворах K₂SO₃, (NH₄)₂SO₄, Na₂CO₃, Li₂SO₄? Ответ обоснуйте ионно-молекулярными уравне- ниями соответствующих реакций гидролиза солей.

117. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) K₂SO₃ и HCl; б) CH₃COOH и KOH; в) Na₂HPO₄ и NaOH; г) Al(OH)₃ и KOH.

118. Какие из солей KI, Cu(NO₃)₂, KNO₂, CrCl₃ подвергаются гидролизу? Cоставьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей, укажите реакцию среды.

119. Смешивают попарно растворы: а) Cu(NO₃)₂ и Na₂SO₄; б) BaCl₂ и K₂SO₄; в) NaHCO₃ и NaOH; г) Cu(OH)₂ и HCl. В каких из приведенных случаев реакции практически пойдут до конца? Составьте для этих реакций молекулярные и ионно-молекулярные уравнения.

120. Какие из приведенных солей: Na₂SO₃, AlCl₃, NH₄NO₂ подвергаются гидролизу по катиону, по аниону, по катиону и аниону? Укажите pH среды, составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. III. Интегральная математическая модель расчета газообмена в здании, при пожаре
2. АКСИОМЫ СТАТИКИ. СВЯЗИ И ИХ РЕАКЦИИ. ТРЕНИЕ. КЛАССИФИКАЦИЯ СИЛ
3. Алгоритм составления уравнения реакции гидролиза
4. БОЛЕЗНИ, ПРОТЕКАЮЩИЕ С НАРУШЕНИЕМ ВИТАМИННОГО ОБМЕНА
5. Витамины как средство активизации обмена веществ
6. Влияние на формирование очаговых признаков условий воздухообмена и других факторов
7. Глава 2. Общий порядок радиообмена
8. Джил, Кумбс. Типы аллергических реакции (резюме)
9. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ ТЕПЛООБМЕНА
10. Зависимость скорости реакции от температуры
11. Задача теплообмена в трубопроводе нефтеперевозки .
12. Значение выделения продуктов обмена веществ