9.6. Реакции в растворах электролитов

9.6. Реакции в растворах электролитов

В соответствии с теорией электролитической диссоциации реакции в растворах электролитов происходят между ионами. Обязательным условием необратимости является выведение хотя бы одного из продуктов из реакционной среды.

Реакции между ионами в растворах протекают только в том случае, если в результате их взаимодействия образуется осадок, летучее соединение или слабый электролит, что способствует смещению равновесия в сторону прямой реакции.

Рассмотрим пример несколько примеров.

1. Образования осадка. Если к раствору соли бария прибавить раствор, содержащий сульфат-ионы, то выпадает осадок BaSO4. Это взаимодействие отражается с помощью молекулярных и ионных уравнений реакции:

Ba(NO3)2 + Na2SO4  BaSO4? + 2NaNO3,

Ba2+ +2NO3– + 2Na+ + SO42–  BaSO4? + 2Na+ + 2NO3–,

Ba2+ + SO42–  BaSO4?;

BaCl2 + K2SO4  BaSO4? + 2KCl,

Ba2+ + 2Cl– + 2K+ + SO42–  BaSO4? + 2K+ + 2Cl–,

Ba2+ + SO42–  BaSO4?.

Сокращенные ионные уравнения доказывают, что фактически реакция проходит между ионами Ва2+ и SO42–, поэтому именно сокращенные ионные уравнения отражают суть химизма процеса.

2. Образования летучего вещества, т. е. выделение в качестве продукта ионной реакции газообразных веществ, например: H2S, NH3, CO2 и т. п.:

Na2S + 2HCl  H2S­ + 2NaCl,

2Na+ + S2– + 2H+ + 2Cl–  H2S­ + 2Na+ + 2Cl–,

2H+ + S2–  H2S­.

3. Образование соединений- слабых электролитов. Примерами таких реакций могут быть:

реакции нейтрализации, в которых образуется вода. Реакции нейтрализации происходят при взаимодействии:

а) кислоты и основания:

HCl + NaOH  NaCl + H2O,

H+ +  Cl– + Na+ + OH–  Na+ + Cl– + H2O,

H+ + OH–  H2O;

б) кислой соли со щелочью:

NaHCO3 + NaOH  Na2CO3 + H2O,

Na+ + HCO3– + Na+ + OH–  2Na+ + CO32– + H2O,

HCO3– + OH–  H2O + CO32–;

в) основной соли с кислотой:

Fe(OH)2Cl + 2HCl  FeCl3 + 2H2O,

Fe(OH)2+ + Cl– + 2H+ + 2Cl–  Fe3+ + 3Cl– + 2H2O,

Fe(OH)2+ +2H+  Fe3+ + 2H2O;

реакции, в результате которых образуется слабая кислота:

NaClО + HNO3  NaNO3 + HClО,

Na+ + ClО– + H+ + NO3–  Na+ + NO3– + HClО,

H+ + Cl–  HСlO; (Кдисс = 3?10-8)

(СH3COO)2Ca + 2HCl  CaCl2 + 2CH3COOH,

2СH3COO– +  Ca2+ + 2H+ + 2Cl–  Ca2+ + 2Cl– + 2CH3COOH,

СH3COO– + H+  CH3COOH; (Кдисс = 1,78 ? 10-5);

реакции образования слабого основания:

NH4Cl + NaOH  NaCl + NH4OH,

NH4+ + Cl– + Na+ + OH–  Na+ + Cl– + NH4OH,

NH4+ + OH–  NH4OH; (Кдисс = 1,76 ? 10-5);

реакции образования комплексных ионов:

Zn(OH)2 + 2KOH  K2[Zn(OH)4],

Zn(OH)2 + 2K+ + 2OH–  2K+ + [Zn(OH)4]2–,

Zn(OH)2 + 2OH–  [Zn(OH)4]2–; (Кдисс = 2?10-4).

Пример 9.6. Напишите молекулярные и ионные уравнения реакций (если они протекают) при сливании растворов таких веществ: а) сульфида калия и соляной (хлороводородной) кислоты; б) нитрата серебра и ортофосфата калия; в) гидроксида меди (ІІ) и азотной  кислоты; г) гидрокарбоната натрия и серной кислоты; д) хлорида бария и гидроксида натрия.

Решение. а) Молекулярное уравнение:

.

Полное ионное уравнение:

.

Сокращенное ионное уравнение:

.

б) Последовательно записываем молекулярное, полное ионное и сокращенное ионное уравнения:

,

,

.

в) Молекулярное, полное ионное и сокращенное ионное уравнения:

,

,

.

г) Молекулярное, полное ионное и сокращенное ионное уравнения:

,

.

д) Продуктами предполагаемой реакции между сильными электролитами BaCl2 и NaOH могли бы быть вещества Ba(OH)2 и NaCl, которые тоже являются сильными электролитами и находятся в растворе в виде ионов. Таким образом, не выполняется условие необратимости реакции, поэтому взаимодействие между BaCl2 и NaOH не происходит.

Пример 9.7. Напишите уравнение реакции в молекулярной и ионной формах между хлоридом железа (ІІІ) и гидроксидом натрия при сливании их растворов.

Решение. Запишем уравнение реакции в молекулярной форме, отметив образование осадка:

FeCl3 + 3NaOH  Fe(OH)3?+ 3NaCl

Составим ионное уравнение:

Fe3+ + 3Cl– + 3Na+ + 3OH– = Fe(OH)3? + 3Na+ + 3Cl–.

Сокращаем в левой и правой частях уравнения формулы одинаковых ионов, не принимающих участия в реакции (их формулы подчеркнуты):

Fe3+ + 3Cl– + 3Na+ + 3OH– = Fe(OH)3? + 3Na+ + 3Cl–.

Сокращеннное ионное уравнение приобретает вид:

Fe3+ + 3OH– = Fe(OH)3?.

Как следует из сокращенного ионного уравнения, реакция сводится к взаимодействию между ионоами Fe3+ и 3OH–, в результате чего выпадает осадок Fe(OH)3. При этом не имеет значения, в состав каких электролитов входили эти ионы до своего взаимодействия.

Пример 9.8. Составьте молекулярные уравнения реакций для предложенных сокращенных уравнений в ионной форме: а) ; б)

Решение. Для составления молекулярного уравнения реакции по заданному ионному уравнению необходимо подобрать соответствующие сильные электролиты, при диссоциации которых в водных растворах образуются указанные ионы.

а) Очевидно, что катионы  появляются в результате диссоциации сильных электролитов, к которым относятся хорошо растворимые соли железа (III). А гидроксильные ионы появляются при диссоциации щелочей (за исключением слабого электролита NH4OH). Поэтому в качестве молекулярного уравнения можно предложить такие варианты:

Fe(NO3)3 + 3KOH  Fe(OH)3? + 3KNO3,

FeCl3 + 3KOH  Fe(OH)3? + 3KCl.

б) По сокращенному ионному уравнению можно предположить, что катионы Н+ образуются в результате диссоциации сильной кислоты, а ионы СО32– – при диссоциации растворимой карбонатной соли. Поэтому заданному ионному уравнению могут соответствовать такие молекулярные уравнения:

2HCl + K2CO3  2KCl + CO2? + H2O,

H2SO4 + Na2CO3  Na2SO4 + CO2? + H2O.

Пример Х.14. Какие ионы не могут одновременно находиться в растворе: а) Na+ и PO4 3–; б) Na+ и OH–; в) Ag+ и Cl–; г) Cu2+ и S2–?

Решение. Без химического взаимодействия в растворе одновременно могут находиться в паре только те ионы, которые являются составными частями сильных электролитов: сильных кислот и сильных оснований, растворимых в воде солей. В задании а) предложена пара ионов, образующих хорошо растворимую соль, а в задании б) – пара ионов, образующих сильное основание. Значит, ионы Na+ и PO4 3–; Na+ и OH– могут одновременно находиться в растворе, не вступая в химическое взаимодействие. В заданиях в) и г) даны формулы ионов, при взаимодействии которых образуются осадки в соответствии со схемой:

в) Ag+ + Cl–  AgCl?;        г) Cu2+ + S2–  CuS?.

Запомните!

Реакции в растворах между ионами протекают при условии, что в результате их взаимодействия хотя бы один продукт удаляется из реакционной среды.

Удаление продукта реакции из реакционной среды может происходить в виде осадка, газа или слабого электролита.

Удаление продукта реакции способствует смещению равновесия в сторону прямой реакции.

Контрольные вопросы

Что является условием необратимости протекания реакции в растворах?

Приведите пример реакции, в результате которой образуется осадок (или: малорастворимое вещество).

Приведите пример реакции, в результате которой образуется слабый электролит (или: малодиссоциирующее вещество).

Приведите пример реакции, в результате которой образуется газ (или: летучее вещество).

Задания для самостоятельной работы

Выберите правильный ответ (один или несколько):

Какое сокращеннное ионное уравнение отвечает реакции, которая проходит по уравнению Ba(OH)2 + CO2  H2O + BaCO3:

a) 2OH– + Ba2+   Ba(OH)2; б) Ba2+ +2OH– + CO2  BaCO3 + H2O;

в) Ba2+ + CO32– + ОН–  BaCO3 + H+; г) Ba2+ + CO2 + H2O  BaCO3 + 2H+?

Выберите пару ионов, которые могут одновременно находиться в растворе, не вступая в химическое взаимодействие друг с другом.

а) Fe2+ и СІ–; б) Fe2+ и S2–; в) Fe2+ и РО43–; г) Fe2+ и СО32–.

Какие вещества нужно взять для осуществления перехода Cr3+ + 3OH–  Cr(OH)3:

а) Cr2(SO4)3 + H2O; б) Cr2O3 + NaOH; в) CrCl3 + NaOH; г) Cr2O3 + NH4OH?

Какое сокращенное ионное уравнение соответствует молекулярному уравнению

FeOHCl2 + 2NH4OH  Fe(OH)3 + 2NH4Cl:

a) FeOH2+ + 2NH4OH  Fe(OH)3 + 2NH4+; б) FeOHCl2 + 2OH–  Fe(OH)3 + 2Cl–;

в) FeOH2+ + 2OH–  Fe(OH)3; г) FeOH2+ + 2NH4OH  Fe3+ + 3OH– + 2NH4+?

Совместное существование пары каких ионов в растворе невозможно:

а) Ва2+ и Сl –; б) Ва2+  и S2–; в) Ва2+  и SО42–; г) Ва2+ и NО3–?

Совместное существование пары каких ионов в растворе невозможно:

а) Ag+ и NO3–; б) Na+ и SO42–; в) Fe2+ и OH–; г) K+ и S2–?

Какая пара ионов участвует в химической реакции при добавлении раствора AgNO3 к раствору KCl:

а) K+ и Ag+; б) K+ и Cl–; в) K+ и NO3–; г) Ag+ и Cl–?

Взаимодействие между какими веществами протекает в растворе практически необратимо:

а) Na2SO4 + KCl; б) Cr2(SO4)3 + KNO3; в) H2SO4 + BaCl2; г) NaNO3 + KOH?

Ионы в какой из указанных пар не могут вместе сосуществовать в водном растворе:

а) Ag+ и Cl–; б) Ba2+ и Al3+; в) Cr3+ и OH–; г) SO42– и Ba2+?

Ионы в какой из указанных пар могут вместе находиться в водном растворе:

а) Fe2+ и СІ–; б) Fe2+  и S2–;в) Fe2+  и РО43–; г) Fe2+ и SO42–?

C какими веществами должен вступить в реакцию хлорид железа (III) в водном растворе, чтобы ионы Fe3+ оказались в осадке:

а) фосфат натрия; б) серная кислота; в) гидроксид натрия; г) карбонат натрия?

Взаимодействие между какими реагентами описывается сокращенным ионным уравнением Cа2+ + SO42–  CaSO4:

а) оксид кальция и серная (сульфатная) кислота; б) хлорид кальция и сульфатная кислота; в) гидроксид кальция и сульфат натрия; г) нитрат кальция и сульфат аммония?

В пробирках находятся растворы таких веществ: NaHCO3, NaOH, CaCl2, H2SO4, (NH4)3PO4. Проверьте возможность их попарного взаимодействия, напишите молекулярные и ионные уравнения реакций. Для тех пар веществ, которые вступили в химическую реакцию, укажите полученные продукты в таблице:

В пробирках находятся растворы таких веществ: Na2S, KOH, Zn(NO3)2, (NH4)2SO4, HCl. Проверьте возможность их попарного взаимодействия, напишите молекулярные и ионные уравнения реакций. Для тех пар веществ, что вступили в химическую реакцию, укажите полученные продукты в таблице: