Привести три реакции с образованием осадка газа. Реакции ионного обмена (ионно-обменные реакции)

1.2.1 Правила написания уравнений реакций в ионном виде. Реакции, протекающие в растворах электролитов и не сопровождающиеся изменением степеней окисления элементов, называются реакциями ионного обмена. Все электролиты диссоциируют на ионы, поэтому суть реакции между электролитами выражают кратким ионным уравнением.

Сущность реакции ионного обмена заключается в связывании ионов.

Для того, чтобы реакция между электролитами протекала необратимо, необходимо, чтобы часть ионов оказалась связанной или в легко летучее соединение, или в трудно растворимый осадок, или в слабый электролит, или в комплексный ион. При чем, если и в правой и в левой частях уравнения присутствуют слабые электролиты, то равновесие смещено в сторону образования менее диссоциирующего соединения.

1.2.1.1. Правила составления ионных уравнений реакций.

1 Как правило, на первом месте в формуле химического соединения записываются положительные ионы (это можно проверить с помощью таблицы растворимости). Таким образом, при составлении формул продуктов реакции, меняют местами положительные (или отрицательные) ионы не учитывая их количество в исходных соединениях:

Al(OH) 3 + H 2 SO 4 → AlSO 4 + H 2 (OH) 3 .

2 Уравнивают заряды «внутри полученных молекул», то есть составляют формулы по валентности. Чтобы это сделать, необходимо использовать таблицу растворимости и не забывать, что молекула в целом электронейтральна (сумма положительных зарядов внутри нее равна сумме отрицательных):

3+ 2– + – (эти заряды ставят карандашом или на черновике)

Al(OH) 3 + H 2 SO 4 → AlSO 4 + HOH, а не

Наименьшее общее кратное

Отсюда, разделив шесть на три и два соответственно, получаем:

Al(OH) 3 + H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4) 3 + HOH.

3 Проверяют, идет ли реакция, т. е. выполняется ли хотя бы одно из условий, приведенных в пункте 1.2.1 (осадок, газ, слабый электролит, комплексный ион). Данная реакция протекает, поскольку одним из продуктов является вода – слабый электролит.

4 Проверяют, совпадает ли число одноименных ионов в левой и правой частях равенства (учитывая атомы, входящие в состав недиссоциированных молекул), т. е. расставляют коэффициенты (начинать обычно следует с самой «громоздкой» формулы):

2Al(OH) 3 + 3H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4) 3 + 6HOH.

5 Для записи ионно-молекулярного уравнения определяют силу каждого соединения как электролита. Следует помнить, что силу оснований определяют исходя из положения элемента в периодической системе Менделеева (пункт 1.1.4, а), сильные кислоты помнят (пункт 1.1.4 ,б), соли смотрят по таблице растворимости (пункт 1.1.4, в). На кислых, основных и комплексных солях остановимся чуть позднее. Учитываю, что сильные электролиты записываются в виде ионов («раскладываются на ионы»), а слабые в виде молекул (просто переписываются).

В нашем случае:

2Al(OH) 3 + 6H + + 3SO 4 2 – → 2Al 3+ + 3SO 4 2 – + 6HOH.

Гидроксид алюминия записывается в виде молекулы, поскольку является слабым электролитом (алюминий не относится к щелочным или щелочно-земельным металлам, поскольку расположен в третье группе периодической системы Менделеева); серную кислоту записываю в виде ионов, поскольку она относится к шести сильным кислотам, перечисленным ранее; сульфат алюминия – растворимая соль и поэтому записывается в виде ионов, поскольку является сильным электролитом; вода – слабый электролит.

В данной реакции и справа, и слева присутствуют слабые электролиты(Al(OH) 3 и НОН), но равновесие реакции смещено вправо, поскольку вода является более слабым электролитом.

6 Находят в левой и правой частях ионного уравнения подобные члены с одинаковыми знаками и исключают их из уравнения, а затем записывают полученное сокращенное ионное уравнение, которое выражает сущность реакции.

Опыт №1

Налейте в пробирку 1-2 мл раствора сульфата меди (II) и добавьте немного раствора гидроксида натрия.

Вывод:__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Опыт №2.

Налейте в пробирку 1-2 мл раствора сульфата алюминия и добавьте немного раствора нитрата бария.

Запишите наблюдения:____________________________________________

Реакции, идущие с выделением газа

Опыт №3

Налейте в пробирку 1-2 мл раствора сульфида натрия и добавьте столько же раствора серной кислоты.

Запишите наблюдения:____________________________________________

Опыт № 4

Налейте в пробирку 1-2мл раствора карбоната натрия и добавьте столько же раствора серной кислоты.

Запишите наблюдения:__________________________________________

Составьте уравнение реакции в молекулярном, полном ионном и сокращенном ионном виде: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Вывод:__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Реакции, идущие с образованием малодиссоциирующего

Вещества.

Опыт №5

Налейте в пробирку 1-2 мл раствора гидроксида натрия и добавьте две-три капли фенолфталеина. Затем прилейте раствор серной кислоты.

Запишите наблюдения: ____________________________________________

Экспериментальные задания. Растворить образовавшийся в опыте № 1 осадок, и записать при этом происходящие реакции в молекулярном, ионном и сокращенном ионном виде:

Запишите наблюдения: ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1. Какие реакции называются ионными?

2. В каких случаях реакции ионного обмена протекают до конца?

3. В каком направлении протекают реакции ионного обмена?

4. Объясните, почему в опытах №1 и №2 образовались осадки?

5. Объясните, почему в опытах №3 и №4 выделились газообразные вещества?

6. Какими еще кислотами можно было подействовать на растворы сульфита натрия и карбоната натрия (в опытах №3 и №4), чтобы получить аналогичные результаты?

7. Объясните, почему в опыте №5 произошло обесцвечивание? Как называется реакция между щелочью и сильной кислотой?

8. В каких случаях реакции ионного обмена в растворах электролитов являются необратимыми?

9.В каких случаях реакции ионного обмена в растворах электролитов являются обратимыми?

10.В каких случаях реакции ионного обмена в растворах электролитов не протекают?

12.Формулы каких веществ в ионных уравнениях записывают в виде ионов?

13.Формулы каких веществ в ионных уравнениях записывают в виде молекул?

Литература

Ерохин Ю.М. «Химия» Москва: Академа, 2005г. Гл 6, стр. 74 - 80.

Лабораторное занятие №2

«Испытание растворов солей индикаторами.

Гидролиз солей»

Цель: отработка практических навыков определения среды раствора соли, составления уравнений реакций гидролиза солей по первой стадии.

Теория

Вода по отношению к веществам может быть растворителем, реагентом. В том случае, когда вода выступает средой реакции и реагентом, говорят о процессе гидролиза.

Гидролиз солей - реакция обменного взаимодействия соли с водой, в результате которой образуется слабый электролит.

При гидролизе, как правило, степени окисления элементов сохраняются, на основании чего и составляются уравнения гидролиза:

МAn + HOH = MOH + HАn

Соль основание кислота

Гидролизу не подвергаются:

1) соли, нерастворимые в воде;

2) растворимые соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием.

(Например, NaCl, K 2 SО 4 , LiNО 3 , BaBr 2 , CaI 2 и т. д.).

Гидролизу подвергаются:

1) растворимые соли, в состав которых входит хотя бы один слабый ион (Na 2 C0 3 , CuS0 4 , NH 4 F и т. д.).

Это обратимый гидролиз .

2) Соли, напротив которых в таблице растворимости стоит прочерк, необратимо гидролизируются:

Al 2 S 3 + 6Н 2 О ® 2Al(OH) 3 ¯+ 3H 2 S

При составлении уравнений обратимого гидролиза по первой стадии следует придерживаться следующего алгоритма:

Образец №1. Соль образована слабой кислотой и сильным основанием

Na 2 CО 3 Û 2Na + + CО 3 2-

слабый анион

CО 3 2- + Н + ОН - Û НСО 3 - +ОН -

4. Определить среду раствора: ОН - - щелочная среда, Н + - кислая среда, отсутствие Н + и ОН - нейтральная.

Это случай гидролиза по аниону .

Образец №2. Соль образована сильной кислотой и слабым основанием

1. Записать уравнение диссоциации соли. FeCl 3 Û Fe 3+ +3Cl -

слабый катион

2. Выбрать слабый ион: катион или анион.

3. Записать его взаимодействие с водой. Fe 3+ + Н + ОН - Û Fe ОН 2+ +Н +

4. Определить среду раствора кислая

Это случай гидролиза по катиону .

Если соль образована слабой кислотой и слабым основанием (например, NH 4 NO 2), то проходит гидролиз и по катиону и по аниону.

Гидролиз солей, образованных многоосновными кислотами и многокислотными основаниями идет ступенчато. Каждая последующая стадия идет в меньшей степени, чем предыдущая.

Порядок выполнения работы

Оборудование и реактивы:

штатив с пробирками; универсальная индикаторная бумажка, растворы солей

сульфата натрия, нитрата меди (II), сульфида натрия.

Задание №1 Испытание растворов солей индикатором. Налейте в пробирку немного раствора каждой соли, а затем испытайте действие растворов этих солей на универсальной индикаторной бумажке. Занесите данные в таблицу, укажите среду раствора знаком «+».

Сделайте вывод: ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.

Задание №2. Напишите уравнения реакций гидролиза соли, раствор которой имел кислую среду.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание №3. Напишите уравнения реакций гидролиза соли, раствор которой имел щелочную среду.

Контрольные вопросы

1. Что называется гидролизом соли?

2. В чем сущность гидролиза солей?

3. Какие соли подвергаются гидролизу?

4. Какие соли гидролизуются по аниону? Почему? Приведите примеры таких солей.

5. Какие соли гидролизуются по катиону? Почему? Приведите примеры таких солей.

6. Какие соли гидролизуются и по катиону и по аниону? Приведите примеры таких солей.

7. Для каких солей гидролиз протекает необратимо? Приведите примеры таких солей.

8. Какие соли не гидролизуются? Почему?

9. Какие соли гидролизуются ступенчато? Приведите примеры таких солей.

Литература Ерохин Ю.М. «Химия» Москва: Академа, 2003г. Гл 6, стр. 82 - 85.

Первые химические преобразования, которые мы рассмотрим – это реакции ионного обмена (РИО).

Реакция ионного обмена (РИО) – это реакции, протекающие между растворами электролитов. В хоте этих реакций электролиты обмениваются ионами:

Почему вдруг электролиты решают обменяться своими ионами? Чтобы это произошло, нужно, чтобы образовался газ, осадок (нерастворимое вещество) или же просто слабый электролит.

Если слить вместе раствор хлорида калия и раствор нитрата серебра:

В одном растворе одновременно оказываются четыре иона: K + , Cl – , Ag + , NO 3 – . Ионы не могут находиться в одном растворе (см. таблицу растворимости: AgCl – нерастворимое вещество):

Ag + + Cl – → AgCl↓

Поэтому реакция идет до конца.

«Обычная» запись уравнения:

Называется уравнением в молекулярном виде . Так как записываются формулы молекул, не обозначаются взаимодействия ионов.

А вот если мы распишем каждый электролит в ионном виде (что более точно отображает действительность, ведь именно в виде отдельных ионов электролиты существуют в растворе):

Мы получим полное ионное уравнение . Оно отражает, что происходит с ионами в ходе реакции. Какие ионы объединяются, какие остаются в свободном виде в растворе.

А если мы запишем отдельно процесс того, как ионы «не ужились» в растворе и объединились:

А вот если добавить к раствору NaCl раствор CuSO 4:

Нет ионов, которые могут образовать осадок, газ или слабый электролит: ионы остаются неизмененном виде в растворе. Реакция не может пройти до конца.

Всего три условия протекания реакции ионного обмена до конца:

Образование осадка
Выделение газа
Образование слабого электролита

Берем любые два электролита: если соблюдается одно из этих условий – значит реакция между ними протекает.

Разберем примеры .

Образование осадка.

Например, взаимодействие сульфата калия и хлорида бария.

Выделение газа.

Газом может быть, например, сульфид водорода (чаще его называют сероводородом) – H 2 S. Водный раствор этой кислоты вам уже знаком, под названием сероводородная кислота. Когда H 2 S образуется в результате реакции – то он не успевает растворяться и выделяется в виде газа.

Образование слабого электролита.

Ни газ, ни осадок, а просто слабодиссоциирующее вещество – слабый электролит. Таким слабым электролитом может быть слабая кислота или вода.

Золотая пятерка неожиданных продуктов.

Гидроксид серебра (AgOH)

Что образуется при взаимодействии нитрата серебра и гидроксида натрия?

Смотрим в таблицу растворимости: и видим, что гидроксид серебра не существует (прочерк «–» в квадратике)

Оксид серебра (Ag 2 O) – это осадок – нерастворимое вещество.

Гидроксид ртути (II) (Hg(OH) 2)

Та же история, что и с гидроксидом серебра.

Оксид ртути (HgO) – это тоже нерастворимое вещество (осадок).

Разберем, например, взаимодействие гидроксида калия и нитрата ртути (II).

Гидроксид аммония (NH 4 OH)

Совру, если скажу, что это соединение не существует. Оно существует, но крайне нестабильно. И тоже разлагается в момент получение на аммиак (NH 3) и воду. Аммиак (NH 3) – это газ.

Аммиак образуется при взаимодействии соли аммония с щелочью:

Угольная кислота (H 2 CO 3)

Та же ситуация, что и с гидроксидом аммония. Эта кислота разлагается моментально на соответствующий кислотный оксид (CO 2) и воду. Оксид углерода (IV) CO 2 так же называют углекислым газом.

Разберем взаимодействие карбоната калия и соляной кислоты.

Сернистая кислота (H 2 SO 3)

Сернистая кислота – это сестра угольной кислоты.

SO 2 – это газ, его называют сернистым (по названию соответствующей кислоты).

N.B. При написании реакции ионного обмена придерживайтесь следующих правил:

Всегда сверяйте растворимость солей по таблице (растворимости). Растворимые основания, как говорилось ранее, нужно запомнить. Сильные кислоты – сильные электролиты тоже нужно знать наизусть.
Если образуется малорастворимый продукт (обозначается как «М» в таблице растворимости), то в качестве исходных веществ нужно использовать довольно сильные электролиты, причем в достаточно высокой концентрации.

Реакции ионного обмена — реакции, протекающие между ионами в растворе электролитов.

Для составления уравнений реакций ионного обмена необходимо помнить следующее:

Диссоциации не подвергаются: оксиды, газообразные вещества, вода, нерастворимые в воде соединения
Реакция ионного обмена идёт до конца если образуется:

осадок

Алгоритм составления уравнений реакций ионного обмена:

1) Записывают уравнение в молекулярном виде и расставляют коэффициенты:

На этом шаге надо обратить внимание на 2 момента:

составление формул продукта реакции (Только по валентности. Можно воспользоваться и таблицей растворимости — заряд иона по модулю равен валентности иона. Напр., чтобы составить формулу, состоящую из катиона бария и сульфат-аниона, мы записываем их рядом. Заряд катиона бария — 2+ , а значит его валентность равна II, заряд сульфат аниона — 2-, а следовательно, валентность также равна II. Т.о. формула BaSO4) Повторить тему
расстановка коэффициентов (число атомов одного и того же элемента справа и слева должно быть одинаково)

2) Записывают уравнение в ионном виде .

Для этого необходимо посмотреть в таблицу растворимости. Если вещество растворимо — его записывают в виде ионов (на пересечение которых смотрели, чтобы определить растворимо ли вещество). Если вещество нерастворимо — записывают в молекулярном виде:

Хлорид бария — растворим, значит записываем его в виде ионов бария и хлора. При этом необходимо помнить о коэффициентах и индексах. (напр., BaCl2 состоит из бария и 2-х хлоров, поэтому индекс «2» мы будем ставить перед анионами хлора):

Смотрим на растворимость серной кислоты — растворима, записываем в виде протонов водорода и сульфат-анионов (т.к. в серной кислоте 2 атома водорода — значит при её диссоциации образуется 2 протона):

Соляная кислота: растворима, записываем в виде ионов. Т.к. перед формулой стоит коэффициент «2» — мы ставим его и перед ионами:

Т.о. появилась 2 строчка — уравнение в ионном виде .

3) Составляем уравнение в сокращённом ионном виде. Для этого мы вычёркиваем те ионы, которые повторяются слева и справа (т.е. не участвуют в реакции):

1. Записывают формулы веществ, вступивших в реакцию, ставят знак «равно» и записывают формулы образовавшихся веществ. Расставляют коэффициенты.

2. Пользуясь таблицей растворимости, записывают в ионном виде формулы веществ (солей, кислот, оснований), обозначенных в таблице растворимости буквой «Р» (хорошо растворимые в воде), исключение – гидроксид кальция, который, хотя и обозначен буквой «М», все же в водном растворе хорошо диссоциирует на ионы.

3. Нужно помнить, что на ионы не разлагаются металлы, оксиды металлов и неметаллов, вода, газообразные вещества, нерастворимые в воде соединения, обозначенные в таблице растворимости буквой «Н». Формулы этих веществ записывают в молекулярном виде. Получают полное ионное уравнение.

4. Сокращают одинаковые ионы до знака «равно» и после него в уравнении. Получают сокращенное ионное уравнение.

5. Помните!

Р - растворимое вещество;

М - малорастворимое вещество;

ТР - таблица растворимости.

Алгоритм составления реакций ионного обмена (РИО)

в молекулярном, полном и кратком ионном виде

Примеры составления реакций ионного обмена

1. Если в результате реакции выделяется малодиссоциирующее (мд) вещество – вода.

В данном случае полное ионное уравнение совпадает с сокращенным ионным уравнением.

2. Если в результате реакции выделяется нерастворимое в воде вещество.

В данном случае полное ионное уравнение реакции совпадает с сокращенным. Эта реакция протекает до конца, о чем свидетельствуют сразу два факта: образование вещества, нерастворимого в воде, и выделение воды.

3. Если в результате реакции выделяется газообразное вещество.

ВЫПОЛНИТЕ ЗАДАНИЯ ПО ТЕМЕ "РЕАКЦИИ ИОННОГО ОБМЕНА"

Задание №1.
Определите, может ли осуществляться взаимодействие между растворами следующих веществ, записать реакциив молекулярном,полном, кратком ионном виде:
гидроксид калия и хлорид аммония.

Решение

Составляем химические формулы веществ по их названиям, используя валентности и записываем РИО в молекулярном виде (проверяем растворимость веществ по ТР):

KOH + NH4 Cl = KCl + NH4 OH

так как NH4 OH неустойчивое вещество и разлагается на воду и газ NH3 уравнение РИО примет окончательный вид

KOH (p) + NH4 Cl (p) = KCl (p) + NH3 + H2 O

Cоставляем полное ионное уравнение РИО, используя ТР (не забывайте в правом верхнем углу записывать заряд иона):

K+ + OH- + NH4 + + Cl- = K+ + Cl- + NH3 + H2 O

Cоставляем краткое ионное уравнение РИО, вычёркивая одинаковые ионы до и после реакции:

OH - + NH4 + = NH3 + H2 O

Делаем вывод:
Взаимодействие между растворами следующих веществ может осуществляться, так как продуктами данной РИО являются газ (NH3 ) и малодиссоциирующее вещество вода (H2 O).

Задание №2

Дана схема:

2H + + CO3 2- = H 2 O + CO 2

Подберите вещества, взаимодействие между которыми в водных растворах выражается следующими сокращёнными уравнениями. Составьте соответствующие молекулярное и полное ионное уравнения.

Используя ТР подбираем реагенты - растворимые в воде вещества, содержащие ионы 2H + и CO 3 2- .

Например, кислота - H 3 PO 4 (p) и соль -K 2 CO 3 (p).

Составляем молекулярное уравнение РИО:

2H 3 PO 4 (p) +3 K 2 CO 3 (p) -> 2K 3 PO 4 (p) + 3H 2 CO 3 (p)

так как угольная кислота – неустойчивое вещества, она разлагается на углекислый газ CO 2 и воду H 2 O, уравнение примет окончательный вид:

2H 3 PO 4 (p) +3 K 2 CO 3 (p) -> 2K 3 PO 4 (p) + 3CO 2 + 3H 2 O

Составляем полное ионное уравнение РИО:

6H + +2PO 4 3- + 6K + + 3CO 3 2- -> 6K + + 2PO 4 3- + 3CO 2 + 3H 2 O

Составляем краткое ионное уравнение РИО:

6H + +3CO 3 2- = 3CO 2 + 3H 2 O

2H + +CO 3 2- = CO 2 + H 2 O

Делаем вывод:

В конечном итоге мы получили искомое сокращённое ионное уравнение, следовательно, задание выполнено верно.

Задание №3

Запишите реакцию обмена между оксидом натрия и фосфорной кислотой в молекулярном, полном и кратком ионном виде.

1. Составляем молекулярное уравнение, при составлении формул учитываем валентности (см. ТР)

3Na 2 O (нэ) + 2H 3 PO 4 (р) -> 2Na 3 PO 4 (р) + 3H 2 O (мд)

где нэ - неэлектролит, на ионы не диссоциирует,
мд - малодиссоциирующее вещество, на ионы не раскладываем, вода - признак необратимости реакции

2. Составляем полное ионное уравнение:

3Na 2 O + 6H + + 2PO 4 3- -> 6Na + + 2PO4 3- + 3H 2 O

3. Сокращаем одинаковые ионы и получаем краткое ионное уравнение:

3Na 2 O + 6H + -> 6Na + + 3H 2 O
Сокращаем коэффициенты на три и получаем:
Na 2 O + 2H + -> 2Na + + H 2 O

Данная реакция необратима, т.е. идёт до конца, так как в продуктах образуется малодиссоциирующее вещество вода.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Задание №1

Взаимодействие карбоната натрия и серной кислоты

Составьте уравнение реакции ионного обмена карбоната натрия с серной кислотой в молекулярном, полном и кратком ионном виде.

Задание №2

ZnF 2 + Ca(OH) 2 ->
K 2 S + H 3 PO 4 ->

Задание №3

Посмотрите следующий эксперимент

Осаждение сульфата бария

Составьте уравнение реакции ионного обмена хлорида бария с сульфатом магния в молекулярном, полном и кратком ионном виде.

Задание №4

Закончите уравнения реакций в молекулярном, полном и кратком ионном виде:

Hg(NO 3 ) 2 + Na 2 S ->
K 2 SO 3 + HCl ->

При выполнении задания используйте таблицу растворимости веществ в воде. Помните об исключениях!