Уравнение в молекулярном и ионном виде. Молекулярные, полные и краткие ионные уравнения

11. Электролитическая диссоциация. Ионные уравнения реакций

11.5. Ионные уравнения реакций

Поскольку в водных растворах электролиты распадаются на ионы, можно утверждать, что реакции в водных растворах электролитов - это реакции между ионами. Такие реакции могут протекать как с изменением степени окисления атомов:

Fe 0   + 2 H + 1 Сl = Fe + 2 Сl 2 + H 0 2  

так и без изменения:

NaOH + HCl = NaCl + H 2 O

В общем случае реакции между ионами в растворах называются ионными , а если они являются обменными, то реакциями ионного обмена . Реакции ионного обмена протекают только в том случае, когда образуются вещества, которые покидают сферу реакции в виде: а) слабого электролита (например, воды, уксусной кислоты); б) газа (CO 2 , SO 2); в) труднорастворимого вещества (осадка). Формулы труднорастворимых веществ определяются по таблице растворимости (AgCl, BаSO 4 , H 2 SiO 3 , Mg(OH) 2 , Cu(OH) 2 т.д.). Формулы газов и слабых электролитов нужно запомнить. Отметим, что слабые электролиты могут быть хорошо растворимы в воде: например, CH 3 COOH, H 3 PO 4 , HNO 2 .

Сущность реакций ионного обмена отражают ионные уравнения реакций , которые получают из молекулярных уравнений с соблюдением следующих правил:

1) в виде ионов не записывают формулы слабых электролитов, нерастворимых и малорастворимых веществ, газов, оксидов, гидроанионов слабых кислот (HS − , НSО 3 − , НСО 3 − , Н 2 РО 4 − , НРО 4 2 − ; исключение - ион HSO 4 − в разбавленном растворе); гидроксокатионов слабых оснований (MgOH + , CuOH +); комплексных ионов ( 3− , 2− , 2−);

2) в виде ионов представляют формулы сильных кислот, щелочей, растворимых в воде солей. Формулу Са(ОН) 2 представляют в виде ионов, если используется известковая вода, но не записывают в виде ионов в случае известкового молока, содержащего нерастворимые частицы Ca(OH) 2 .

Различают полное ионное и сокращенное (краткое ) ионное уравнения реакции. В сокращенном ионном уравнении отсутствуют ионы, представленные в обеих частях полного ионного уравнения. Примеры записи молекулярного, полного ионного и сокращенного ионного уравнений:

• NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2 - молекулярное,

Na + + HCO 3 − + H + + Cl − = Na + + Cl − + H 2 O + CO 2   - полное ионное,

HCO 3 − + H + = H 2 O + CO 2   - сокращенное ионное;

• BaCl 2 + K 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2KCl - молекулярное,

Ba 2 + + 2 Cl − + 2 K + + SO 4 2 − = BaSO 4   ↓ + 2 K + + 2 Cl − - полное ионное,

Ba 2 + + SO 4 2 − = BaSO 4   ↓ - сокращенное ионное.

Иногда полное ионное и сокращенное ионное уравнения совпадают:

Ba(OH) 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2H 2 O

Ba 2+ + 2OH − + 2H + + SO 4 2 − = BaSO 4 ↓ + 2H 2 O,

а для некоторых реакций ионное уравнение вообще нельзя составить:

3Mg(OH) 2 + 3H 3 PO 4 = Mg 3 (PO 4) 2 ↓ + 6H 2 O

Пример 11.5. Укажите пару ионов, которые могут присутствовать в полном ионно-молекулярном уравнении, если ему соответствует сокращенное ионно-молекулярное уравнение

Ca 2 + + SO 4 2 − = CaSO 4 .

1) SO 3 2 − и H + ; 3) CO 3 2 − и K + ;2) HCO 3 − и K + ; 4) Cl − и Pb 2+ .

Решение. Правильным является ответ 2):

Ca 2 + + 2 HCO 3 − + 2 K + + SO 4 2 − = CaSO 4   ↓ + 2 HCO 3 − + 2 K + (соль Ca(HCO 3) 2 растворимая) или Ca 2+ + SO 4 2 − = CaSO 4 .

Для других случаев имеем:

1) CaSO 3 + 2H + + SO 4 2 − = CaSO 4 ↓ + H 2 O + SO 2 ;

3) CaCO 3 + 2K + + SO 4 2 − (реакция не протекает);

4) Ca 2+ + 2Cl − + PbSO 4 (реакция не протекает).

Ответ : 2).

Вещества (ионы), которые в водном растворе реагируют между собой (т.е. взаимодействие между ними сопровождается образованием осадка, газа или слабого электролита), совместно существовать в водном растворе в значительных количествах не могут

Таблица 11.2

Примеры пар ионов, не существующих совместно в значительных количествах в водном растворе

Пример 11.6. Укажите в этом ряду: HSO 3 − , Na + , Cl − , CH 3 COO − , Zn 2+ - формулы ионов, которые не могут в значительных количествах присутствовать: а) в кислой среде; б) в щелочной среде.

Решение. а) В кислой среде, т.е. совместно с ионами H + , не могут присутствовать анионы HSO 3 − и CH 3 COO − , так как они реагируют с катионами водорода, образуя слабый электролит или газ:

СН 3 СОО − + Н + ⇄ СН 3 СООН

HSO 3 − + H + ⇄ H 2 O + SO 2  

б) в щелочной среде не могут присутствовать ионы HSO 3 − и Zn 2+ , так как они реагируют с гидроксид-ионами с образованием либо слабого электролита, либо осадка:

HSO 3 − + OH − ⇄ H 2 O + SO 3 2 −

Zn 2+ + 2OH– = Zn(OH) 2 ↓.

Ответ : а) HSO 3 − и CH 3 COO − ; б) HSO 3 − и Zn 2+ .

Остатки кислых солей слабых кислот не могут в значительных количествах присутствовать ни в кислой, ни в щелочной среде, потому что в обоих случаях образуется слабый электролит

То же можно сказать об остатках основных солей, содержащих гидроксогруппу:

CuOH + + OH − = Cu(OH) 2 ↓

Инструкция

Рассмотрите пример образования труднорастворимого соединения.

Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2NaCl

Или вариант в ионном виде:

2Na+ +SO42- +Ba2++ 2Cl- = BaSO4 + 2Na+ + 2Cl-

При решении ионных уравнений, необходимо соблюдать следующие правила:

Одинаковые ионы из обеих его частей исключаются;

Следует помнить, что сумма электрических зарядов в левой части уравнения должна быть равна сумме электрических зарядов в правой части уравнения.

Написать ионные уравнения взаимодействия между водными растворами следующих веществ: a) HCl и NaOH; б) AgNO3 и NaCl; в) К2СO3 и H2SO4; г) СН3СOOH и NaOH.

Решение. Запишите уравнения взаимодействия указанных веществ в молекулярном виде:

а) HCl + NaOH = NaCl + H2O

б) AgNO3 + NaCl = AgCl + NaNO3

в) K2CO3 + H2SO4 = K2SO4 + CO2 + H2O

г) СН3СOOH + NaOH = CH3COONa + H2O

Отметьте, что взаимодействие этих веществ возможно, ибо в результате происходит связывание ионов с образованием либо слабых (Н2О), либо труднорастворимого вещества (AgCl), либо газа (СO2).

Исключив одинаковые ионы из левых и правых частей равенства (в случае варианта а) – ионы и , в случае б) – ионы натрия и -ионы, в случае в) – ионы калия и сульфат-ионы), г) – ионы натрия, получите решение этих ионных уравнений:

а) H+ + OH- = H2O

б) Ag+ + Cl- = AgCl

в) CO32- + 2H+ = CO2 + H2O

г) СН3СOOH + OH- = CH3COO- + H2O

Довольно часто в самостоятельных и контрольных работах встречаются задания, предполагающие решение уравнений реакций. Однако без некоторых знаний, навыков и умений даже самые простые химические уравнения не написать.

Инструкция

Прежде всего нужно изучить основные органических и неорганических соединений. На крайний случай можно иметь перед собой подходящую шпаргалку, которая сможет помочь во время выполнения задания. После тренировки все равно в памяти отложатся необходимые знания и умения.

Базовым является материал, охватывающий , а также способы получения каждого соединений. Обычно они представлены в виде общих схем, например: 1. + основание = соль + вода
2. кислотный оксид + основание = соль + вода
3. основный оксид + кислота = соль + вода
4. металл + (разб) кислота = соль + водород
5. растворимая соль + растворимая соль = нерастворимая соль + растворимая соль
6. растворимая соль + = нерастворимое основание + растворимая соль
Имея перед глазами таблицу растворимости солей, и , а также схемы-шпаргалки, можно по ним решать уравнения реакций. Важно только иметь полный перечень таких схем, а также сведения о формулах и названиях различных классов органических и неорганических соединений.

После того, как удастся само уравнение, необходимо проверить правильность написания химических формул. Кислоты, соли и основания легко проверяются по таблице растворимости, в которой указаны заряды ионов кислотных остатков и металлов. Важно помнить, что любая должна быть в целом электронейтральна, то есть, количество положительных зарядов должно совпадать с количеством отрицательных. Обязательно при этом учитываются индексы, которые перемножаются на соответствующие заряды.

Если и этот этап пройден и имеется уверенность в правильности написания уравнения химической реакции , то можно теперь смело расставлять коэффициенты. Химическое уравнение представляет собой условную запись реакции с помощью химических символов, индексов и коэффициентов. На этом этапе выполнения задания обязательно нужно придерживаться правил: Коэффициент ставится перед химической формулой и относится ко всем элементам, входящим в состав вещества.
Индекс ставится после химического элемента немного внизу, и относится только к стоящему слева от него химическому элементу.
Если группа (например, кислотный остаток или гидроксильная группа) стоит в скобках, то нужно усвоить, что два, рядом стоящих индекса (перед скобкой и после нее) перемножаются.
При подсчете атомов химического элемента коэффициент умножается (не складывается!) на индекс.

Далее подсчитывается количество каждого химического элемента таким образом, чтобы суммарное число элементов, входящих в состав исходных веществ совпадало с числом атомов, входящих в состав соединений, образовавшихся продуктов реакции . Путем анализа и применения, вышеизложенных, правил можно научиться решать уравнения реакций, входящих в состав цепочек веществ.

Большинство химических реакций протекает в растворах. Растворы электролитов содержат ионы, поэтому реакции и растворах электролитов фактически сводятся к реакциям между ионами.
Реакции между ионами называют ионными реакциями, а уравнения таких реакций - ионными уравнениями.
При составлении ионных уравнении следует руководствоваться тем, что формулы веществ малодиссоциирующих, нерастворимых и газообразных записываются в молекулярном виде.

Белое вещество выпадает в осадок, то рядом с его формулой ставят стрелку, направленную вниз, а если в ходе реакции выделяется газообразное вещество, то рядом с его формулой ставят стрелку, направленную вверх.

Перепишем это уравнение, изобразив сильные электролиты в виде ионов, а уходящие из сферы реакции - в виде молекул:

Мы записали, таким образом, полное ионное уравнение реакции.

Если исключить из обеих частей равенства одинаковые ионы, то есть не участвующие в реакции в левой и правой часто уравнения), то получим сокращенное ионное уравнение реакции:

Таким образом, сокращенные ионные уравнения представляют собой уравнения в общем виде, которые характеризуют сущность химической реакции показывают, какие ионы реагируют и какое вещество образуется в результате.

Реакции ионного обмена протекают до конца в тех случаях, когда образуется или осадок, или малодиссоциирующее вещество, например вода. Беля к раствору гидроксида натрия, окрашенного фенолфталеином в малиновый цвет, прилить избыток раствора азотной кислоты, то раствор обесцветится, что послужит сигналом протекания химической реакции:

Оно показывает, что взаимодействие сильной кислоты и щелочи сводится к взаимодействию ионов Н+ и ионов ОН -, в результате которого образуется малодиссоцвирующее вещество - вода.

Указанная реакция взаимодействия сильной кислоты со щелочью называется реакцией нейтрализации. Это частный случай реакции обмена.

Подобная реакция обмена может протекать не только между кислотами и щелочами, но и между кислотами и нерастворимыми основаниями. Например, если получить голубой осадок нерастворимого гидроксида меди (II) взаимодействием сульфата меди II со щелочью:

а затем поделить полученный осадок на три части и прилить к осадку в первой пробирке раствор серной кислоты, к осадку во второй пробирке раствор соляной кислоты, а к осадку в третьей пробирке раствор азотной кислоты, то во всех трех пробирках осадок растворится. Это будет означать, что во всех случаях прошла химическая реакция, суть которой и отражена с помощью одного и того же ионного уравнения.

Чтобы в этом убедиться, запишите молекулярные, полные и сокращенные ионные уравнения приведенных реакций.

Рассмотрим ионные реакции, которые протекают с образованием газа. В две пробирки нальем по 2 мл растворов карбоната натрия и карбоната калия. Затем в первую прильем раствор соляной, а во вторую - азотной кислоты. В обоих случаях мы заметим характерное "вскипание" из-за выделяющегося углекислого газа. Запишем уравнения реакций для первого случая:

Реакции, протекающие в растворах электролитов, эапис каются с помощью ионных уравнений. Эти реакции называл реакциями ионного обмена, так как в растворах электролиты обмениваются своими ионами. Таким образом, можно сделать два вывода.
1. Реакции в водных растворах электролитов являются реакциями между ионами, а потому изображаются в виде ионных уравнений.
Они проще молекулярных и носят более общий характер.

2. Реакции ионного обмена в растворах электролитов практически необратимо протекают только в том случае, если в результате образуется осадок, газ или малодиссоциирующее вещество.

7. Комплексные соединения

Сбалансируйте полное молекулярное уравнение. Прежде чем приступить к записи ионного уравнения, следует сбалансировать исходное молекулярное уравнение. Для этого необходимо расставить соответствующие коэффициенты перед соединениями, так чтобы число атомов каждого элемента в левой части равнялось их количеству в правой части уравнения.

• Запишите число атомов каждого элемента по обе стороны уравнения.
• Добавьте перед элементами (кроме кислорода и водорода) коэффициенты, так чтобы количество атомов каждого элемента в левой и правой части уравнения было одинаковым.
• Сбалансируйте атомы водорода.
• Сбалансируйте атомы кислорода.
• Пересчитайте количество атомов каждого элемента по обе стороны уравнения и убедитесь, что оно одинаково.
• Например, после балансировки уравнения Cr + NiCl 2 --> CrCl 3 + Ni получаем 2Cr + 3NiCl 2 --> 2CrCl 3 + 3Ni.

Определите, в каком состоянии находится каждое вещество, которое участвует в реакции. Часто об этом можно судить по условию задачи. Есть определенные правила, которые помогают определить, в каком состоянии находится элемент или соединение.

Определите, какие соединения диссоциируют (разделяются на катионы и анионы) в растворе. При диссоциации соединение распадается на положительный (катион) и отрицательный (анион) компоненты. Эти компоненты затем войдут в ионное уравнение химической реакции.

Посчитайте заряд каждого диссоциировавшего иона. При этом помните, что металлы образуют положительно заряженные катионы, а атомы неметаллов превращаются в отрицательные анионы. Определите заряды элементов по таблице Менделеева. Необходимо также сбалансировать все заряды в нейтральных соединениях.