2.2 Примеры записи реакций ионного обмена

Пример 1 – В результате реакции образуется нерастворимое вещество

Молекулярное уравнение реакции взаимодействия растворимой соли со щелочью

CuCl₂ + 2KOH → 2KCl + Cu(OH)₂↓.

Полное ионное уравнение реакции

Cu²⁺ + 2Cl^– + 2K⁺ + 2OH^– → 2K⁺ + 2Cl^– + Cu(OH)₂↓.

Сокращенное ионное уравнение реакции

Cu²⁺ + 2OH^– → Cu(OH)₂↓.

Уравнения реакции взаимодействия двух растворимых солей

Al₂(SO₄)₃ + 3BaCl₂ → 3BaSO₄↓ + 2AlCl₃;

2Al³⁺ + 3SO₄^2– + 3Ba²⁺ + 6Cl^– → 3BaSO₄↓ + 2Al³⁺ + 6Cl^–;

Ba²⁺ + SO₄^2– → BaSO₄↓.

Пример 2 – В результате реакции выделяется газообразное вещество

Уравнения реакции взаимодействия растворимой соли (сульфида) с кислотой

K₂S + 2HCl → 2KCl + H₂S↑;

2K⁺ + S^2– + 2H⁺ + 2Cl^– → 2K⁺ + 2Cl^– + H₂S↑;

S^2– + 2H⁺ → H₂S↑.

Уравнения реакции взаимодействия нерастворимой соли (карбоната) с кислотой

H₂O

ВаCO₃ + 2HNO₃ → Ва(NO₃)₂ + H₂CO₃

CO₂↑;

ВаCO₃ + 2H⁺ + 2NO₃^– → Вa²⁺ + 2NO₃^– + H₂O + CO₂↑;

ВаCO₃ + 2H⁺ → Вa²⁺ + H₂O + CO₂↑.

О протекании данной реакции до конца свидетельствуют два признака: выделение воды и газа – оксида углерода(IV).

Пример 3 – В результате реакции образуется малодиссоциированное вещество

Уравнения реакции взаимодействия щелочи с кислотой

Ca(OH)₂ + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + 2H₂O;

Ca²⁺ + 2OH^– + 2H⁺ + 2NO₃^– → Ca²⁺ + 2NO₃^– + 2H₂O;

H⁺ + OH^– → H₂O.

Пример 4 – В результате реакции образуются комплексные соединения (малодиссоциированные комплексные ионы)

Уравнения реакции взаимодействия медного купороса с аммиаком

CuSO₄∙5H₂O + 4NH₃ → [Cu(NH₃)₄]SO₄ + 5H₂O;

Cu²⁺ + SO₄^2– + 5H₂O + 4NH₃ → [Cu(NH₃)₄]²⁺ + SO₄^2– + 5H₂O;

Cu²⁺ + 4NH₃ → [Cu(NH₃)₄]²⁺.

Два основания способны взаимодействовать друг с другом только в том случае, если одно из них проявляет амфотерные свойства, например, Zn(OH)₂, Be(OH)₂, Pb(OH)₂, Al(OH)₃, Cr(OH)₃ и т. д. В этом случае образуются комплексные соединения. Формулы соответствующих комплексных ионов:

[Zn(OH)₄]^2–, [Be(OH)₄]^2–, [Pb(OH)₄]^2–, [Al(OH)₄]^–, [Cr(OH)₆]^3–.

При составлении формул комплексных соединений следует дописать положительные ионы перед комплексным ионом и записать формулу согласно валентности.

Уравнения реакции взаимодействия гидроксида цинка с водной щелочью

Zn(OH)₂ + 2NaOH → Na₂[Zn(OH)₄];

Полное ионное уравнение реакции:

Zn(OH)₂ + 2Na⁺ + 2OH^– → 2Na⁺ + [Zn(OH)₄]^– ;

Zn(OH)₂ + 2OH^– → [Zn(OH)₄]^– .

Пример 5 – Реакции с участием кислой или основной солей

Следует помнить, что кислые соли проявляют как свойства солей, так и свойства кислот, а основные – свойства солей и оснований.

Реакция взаимодействия между гидросульфидом калия и гидроксидом калия протекает в прямом направлении, поскольку в этой реакции образуется слабый электролит – вода:

KHS+ KOH → K₂S + HOH;

K⁺ + HS^– + K⁺ + OH^– → 2K⁺ + S^2– + HOH;

HS^– + OH^– → S^2– + HOH.

Кислые соли хорошо диссоциируют на катионы металла и анионы кислой соли, поскольку являются сильными электролитами при диссоциации по первой стадии.

Реакция взаимодействия между гидросульфидом калия и соляной кислотой протекает в прямом направлении, поскольку в этой реакции образуется слабый электролит – сероводородная кислота:

KHS + HCl → KCl + H₂S↑;

K⁺ + HS^– + H⁺ + Cl^– → K⁺ + Cl^– + H₂S↑;

H⁺ + HS^–→H₂S↑.

Реакция взаимодействия между хлоридом гидроксомеди и гидроксидом протекает в прямом направлении, поскольку в этой реакции образуется слабый электролит – гидроксид меди:

CuOHCl + KOH → Cu(OH)₂↓ + KCl;

CuOH⁺ + Cl^– + K⁺ + OH^– → Cu(OH)₂↓ + K⁺ + Cl^–;

CuOH⁺ + OH^– → Cu(OH)₂↓.

Основные соли хорошо диссоциируют на гидроксокатионы металла и анионы кислотного остатка, поскольку являются сильными электролитами при диссоциации по первой стадии.

Реакция взаимодействия между хлоридом гидроксомеди и соляной кислотой протекает в прямом направлении, поскольку в этой реакции образуется слабый электролит – вода:

CuOHCl + HCl → CuCl₂ + HOH;

CuOH⁺ + Cl^– + H⁺ + Cl^– → Cu²⁺ + 2Cl^– + HOH;

CuOH⁺ + H⁺ → Cu²⁺ + HOH.

2.3 Составление полных ионно-молекулярных и молекулярных уравнений реакций по сокращенным ионно-молекулярным.

Поскольку сокращенное ионно-молекулярное уравнение характеризует суть протекающей в растворе реакции, то для одного такого уравнения можно записать большое количество молекулярных уравнений. При выполнении данного задания необходимо к ионам добавлять ионы противоположного знака, но с таким расчетом, чтобы получить сильный электролит.

Например, реакция выражается молекулярным уравнением

Fe²⁺ + S^2– → FeS.

К ионам железа можно добавить отрицательные ионы, образующие с ним сильный электролит (растворимую соль) – Сl^–, Br^–, NO₃^–, SO₄^2– и т. д. Использовать такие ионы, как, например, ОН^– или СО₃^2–, нельзя, т. к. при этом получается слабый электролит Fe(ОН)₂ или FeСО₃, который следует записывать в виде молекулы, а нам нужны ионы.

К ионам серы необходимо прибавить положительные ионы, дающие сильный электролит (растворимую соль) – К⁺, Na⁺, NH₄⁺, Ba²⁺. Использовать ионы Н⁺ не следует, поскольку при этом образуется слабая кислота – Н₂S, которую нужно записывать в виде молекулы, а не ионов (самая распространенная ошибка, поскольку данная кислота является растворимой, что не делает ее сильным электролитом).

После подборов необходимых ионов следует составить формулы соединений согласно валентности. Затем записывают продукты реакции так же, как и при составлении молекулярного уравнения.

Таким образом для данного ионного уравнения можно записать несколько молекулярных:

FeCl₂ + K₂S → FeS + 2KCl;

FeBr₂ + Na₂S → FeS + 2NaBr;

FeSO₄ + BaS → FeS + BaSO₄↓.

После составления молекулярных уравнений необходимо проверить себя и составить полные ионно-молекулярные уравнения:

Fe²⁺ + 2Cl^– + 2K⁺ + S^2– → FeS + 2K⁺ + 2Cl^–;

Fe²⁺ + 2Br^– + 2Na⁺ + S^2– → FeS + 2Na⁺ + 2Br^–;

Fe²⁺ + SO₄^2– + Ba²⁺ + S^2– → FeS + BaSO₄↓.

Как видно, первые два уравнения соответствуют данному ионному, а последнее – нет, поскольку здесь вместе с нерастворимым сульфидом железа образуется также нерастворимый сульфат бария.

Составим молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:

Zn²⁺ + H₂S → ZnS + 2H⁺;

HCO₃^– + H⁺ → H₂O + CO₂;

Ag⁺ + Cl^– → AgCl.

В данных ионно-молекулярных уравнениях присутствуют свободные ионы, которые образуются при диссоциации растворимых сильных электролитов, следовательно, при составлении молекулярных уравнений необходимо использовать таблицу растворимости (таблица растворимости).

Соответствующие молекулярные уравнения будут иметь вид:

ZnCl₂ + H₂S → ZnS + 2HCl;

KHCO₃ + HBr → KBr + H₂O + CO₂;

AgNO₃ + HCl → AgCl + HNO_3.