Съставяне на уравнения за йонообменни реакции. Йонно-молекулни уравнения

В електролитните разтвори протичат реакции между хидратирани йони, поради което се наричат ​​йонни реакции. В тяхната посока е важно естеството и силата на химичната връзка в реакционните продукти. Обикновено обменът в електролитни разтвори води до образуването на съединение с по-силна химична връзка. По този начин, когато взаимодействат разтвори на соли на бариев хлорид BaCl 2 и калиев сулфат K 2 SO 4, сместа ще съдържа четири вида хидратирани йони Ba 2 + (H 2 O) n, Cl - (H 2 O) m, K + ( H 2 O) p, SO 2 -4 (H 2 O) q, между които реакцията ще протече съгласно уравнението:

BaCl 2 +K 2 SO 4 =BaSO 4 +2КCl

Бариевият сулфат ще се утаи в кристалите, чиято химическа връзка между Ba 2+ и SO 2-4 йони е по-силна от връзката с водните молекули, които ги хидратират. Връзката между K+ и Cl- йоните само малко надвишава сумата от техните хидратационни енергии, така че сблъсъкът на тези йони няма да доведе до образуване на утайка.

Следователно можем да направим следния извод. По време на взаимодействието на такива йони възникват обменни реакции, енергията на свързване между които в реакционния продукт е много по-голяма от сумата на техните енергии на хидратация.

Йонообменните реакции се описват с йонни уравнения. Трудно разтворимите, летливи и слабо дисоциирани съединения се изписват в молекулярна форма. Ако по време на взаимодействието на електролитни разтвори не се образува нито едно от посочените видове съединения, това означава, че на практика няма реакция.

Образуване на трудноразтворими съединения

Например взаимодействието между натриев карбонат и бариев хлорид под формата на молекулно уравнение ще бъде написано, както следва:

Na 2 CO 3 + BaCl 2 = BaCO 3 + 2NaCl или във формата:

2Na + +CO 2- 3 +Ba 2+ +2Сl - = BaCO 3 + 2Na + +2Сl -

Само йоните Ba 2+ и CO -2 реагираха, състоянието на останалите йони не се промени, така че краткото йонно уравнение ще приеме формата:

CO 2- 3 +Ba 2+ =BaCO 3

Образуване на летливи вещества

Молекулното уравнение за взаимодействието на калциев карбонат и солна киселина ще бъде написано, както следва:

CaCO3 +2HCl=CaCl2 +H2O+CO2

Един от продуктите на реакцията - въглероден диоксид CO 2 - се отделя от реакционната сфера под формата на газ. Разширеното йонно уравнение е:

CaCO 3 +2H + +2Cl - = Ca 2+ +2Cl - +H 2 O+CO 2

Резултатът от реакцията се описва със следното кратко йонно уравнение:

CaCO3 +2H + =Ca2+ +H2O+CO2

Образуване на леко дисоциирано съединение

Пример за такава реакция е всяка реакция на неутрализация, водеща до образуването на вода, леко дисоциирано съединение:

NaOH+HCl=NaCl+H2O

Na + +OH-+H + +Cl - = Na + +Cl - +H 2 O

OH-+H+=H2O

От краткото йонно уравнение следва, че процесът се изразява във взаимодействието на Н+ и ОН- йони.

И трите типа реакции протичат необратимо до завършване.

Ако обедините разтвори на, например, натриев хлорид и калциев нитрат, тогава, както показва йонното уравнение, няма да настъпи реакция, тъй като не се образува утайка, газ или слабо дисоцииращо съединение:

Използвайки таблицата за разтворимост, установяваме, че AgNO 3, KCl, KNO 3 са разтворими съединения, AgCl е неразтворимо вещество.

Създаваме йонно уравнение за реакцията, като вземаме предвид разтворимостта на съединенията:

Кратко йонно уравнение разкрива същността на протичащата химична трансформация. Вижда се, че в реакцията са взели участие само Ag+ и Cl - йони. Останалите йони остават непроменени.

Пример 2. Съставете молекулно и йонно уравнение за реакцията между: а) железен (III) хлорид и калиев хидроксид; б) калиев сулфат и цинков йодид.

а) Съставяме молекулярното уравнение за реакцията между FeCl3 и KOH:

Използвайки таблицата за разтворимост, установяваме, че от получените съединения само железният хидроксид Fe (OH) 3 е неразтворим. Съставяме йонното уравнение на реакцията:

Йонното уравнение показва, че коефициентите на 3 в молекулярното уравнение се прилагат еднакво за йони. Това е общо правило за писане на йонни уравнения. Нека представим уравнението на реакцията в кратка йонна форма:

Това уравнение показва, че само Fe3+ и OH- йони са взели участие в реакцията.

б) Нека създадем молекулно уравнение за втората реакция:

K 2 SO 4 + ZnI 2 = 2KI + ZnSO 4

От таблицата за разтворимост следва, че изходното и полученото съединение са разтворими, следователно реакцията е обратима и не достига завършеност. Наистина тук не се образува утайка, газообразно съединение или леко дисоциирано съединение. Нека създадем пълно йонно уравнение за реакцията:

2K + +SO 2- 4 +Zn 2+ +2I - + 2K + + 2I - +Zn 2+ +SO 2- 4

Пример 3. Използвайки йонното уравнение: Cu 2+ +S 2- -= CuS, създайте молекулно уравнение за реакцията.

Йонното уравнение показва, че от лявата страна на уравнението трябва да има молекули на съединения, съдържащи Cu 2+ и S 2- йони. Тези вещества трябва да са разтворими във вода.

Според таблицата за разтворимост ще изберем две разтворими съединения, които включват Cu 2+ катион и S 2- анион. Нека създадем молекулярно уравнение за реакцията между тези съединения:

CuSO 4 +Na 2 S CuS+Na 2 SO 4

Когато са разтворени във вода, не всички вещества имат способността да провеждат електрически ток. Тези съединения, водата решениякоито са способни да провеждат електрически ток се наричат електролити. Електролитите провеждат ток поради така наречената йонна проводимост, която притежават много съединения с йонна структура (соли, киселини, основи). Има вещества, които имат силно полярни връзки, но в разтвора те претърпяват непълна йонизация (например живачен хлорид II) - това са слаби електролити. Много органични съединения (въглехидрати, алкохоли), разтворени във вода, не се разпадат на йони, но запазват своята молекулна структура. Такива вещества не провеждат електрически ток и се наричат неелектролити.

Ето някои принципи, които могат да се използват, за да се определи дали дадено съединение е силен или слаб електролит:

1. Киселини . Най-често срещаните силни киселини включват HCl, HBr, HI, HNO 3, H 2 SO 4, HClO 4. Почти всички други киселини са слаби електролити.
2. Причини. Най-често срещаните силни основи са хидроксиди на алкални и алкалоземни метали (с изключение на Be). Слаб електролит – NH3.
3. сол. Повечето обикновени соли, йонни съединения, са силни електролити. Изключение правят главно солите на тежките метали.

Теория на електролитната дисоциация

Електролитите, силни и слаби и дори много разредени, не се подчиняват Закон на РаулИ . Имайки способността да провежда електрически, налягането на парите на разтворителя и точката на топене на електролитните разтвори ще бъдат по-ниски, а точката на кипене ще бъде по-висока в сравнение с подобни стойности на чист разтворител. През 1887 г. С. Арениус, изучавайки тези отклонения, стигна до създаването на теорията за електролитната дисоциация.

Електролитна дисоциацияпредполага, че електролитните молекули в разтвора се разпадат на положително и отрицателно заредени йони, които се наричат ​​съответно катиони и аниони.

Теорията излага следните постулати:

1. В разтворите електролитите се разпадат на йони, т.е. дисоциирам. Колкото по-разреден е електролитният разтвор, толкова по-голяма е степента му на дисоциация.
2. Дисоциацията е обратимо и равновесно явление.
3. Молекулите на разтворителя взаимодействат безкрайно слабо (т.е. разтворите са близки до идеалните).

Различните електролити имат различни степени на дисоциация, което зависи не само от естеството на самия електролит, но и от естеството на разтворителя, както и от концентрацията на електролита и температурата.

Степен на дисоциация α , показва колко молекули празпада се на йони, в сравнение с общия брой разтворени молекули Н:

α = н/Н

При липса на дисоциация α = 0, с пълна дисоциация на електролита α = 1.

От гледна точка на степента на дисоциация, според силата електролитите се разделят на силни (α > 0,7), средни по сила (0,3 > α > 0,7), слаби (α< 0,3).

По-точно, процесът на електролитна дисоциация се характеризира с константа на дисоциация, независимо от концентрацията на разтвора. Ако си представим процеса на електролитна дисоциация в обща форма:

A a B b ↔ aA — + bB +

K = a b /

За слаби електролитиконцентрацията на всеки йон е равна на произведението на α от общата концентрация на електролита C, така че изразът за константата на дисоциация може да се трансформира:

K = α 2 C/(1-α)

За разредени разтвори(1-α) =1, тогава

K = α2C

Не е трудно да се намери от тук степен на дисоциация

Йонно-молекулни уравнения

Помислете за пример за неутрализация на силна киселина със силна основа, например:

HCl + NaOH = NaCl + HOH

Процесът е представен като молекулярно уравнение. Известно е, че както изходните материали, така и реакционните продукти в разтвора са напълно йонизирани. Затова нека представим процеса във формата пълно йонно уравнение:

H + + Cl - + Na + + OH - = Na + + Cl - + HOH

След като „редуцираме“ еднакви йони от лявата и дясната страна на уравнението, получаваме съкратено йонно уравнение:

H + + OH - = HOH

Виждаме, че процесът на неутрализация се свежда до комбинацията на H + и OH - и образуването на вода.

Когато съставяте йонни уравнения, трябва да се помни, че само силните електролити се записват в йонна форма. Слабите електролити, твърдите вещества и газовете са написани в тяхната молекулна форма.

Процесът на отлагане се свежда до взаимодействието само на Ag + и I - и образуването на неразтворим във вода AgI.

За да разберем дали веществото, което ни интересува, може да се разтвори във вода, трябва да използваме таблицата за неразтворимост.

Нека разгледаме третия тип реакция, която води до образуването на летливо съединение. Това са реакции, включващи карбонати, сулфити или сулфиди с киселини. например,

При смесване на някои разтвори на йонни съединения може да не настъпят взаимодействия между тях, например

И така, за да обобщим, отбелязваме това химически трансформациисе наблюдава, когато е изпълнено едно от следните условия:

• Образуване на неелектролит. Водата може да действа като неелектролит.
• Образуване на утайка.
• Изпускане на газ.
• Образуване на слаб електролитнапример оцетна киселина.
• Трансфер на един или повече електрони.Това се осъществява в редокс реакции.
• Образуване или разкъсване на един или повече.

Категории,

Инструкции

Помислете за пример за образуване на слабо разтворимо съединение.

Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2NaCl

Или йонна версия:

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

При решаване на йонни уравнения трябва да се спазват следните правила:

Идентични йони от двете части са изключени;

Трябва да се помни, че сумата от електрическите заряди от лявата страна на уравнението трябва да бъде равна на сумата от електрическите заряди от дясната страна на уравнението.

Напишете йонни уравнения за взаимодействието между водни разтвори на следните вещества: а) HCl и NaOH; b) AgNO3 и NaCl; в) K2CO3 и H2SO4; г) CH3COOH и NaOH.

Решение. Запишете уравненията на взаимодействието на тези вещества в молекулна форма:

а) HCl + NaOH = NaCl + H2O

б) AgNO3 + NaCl = AgCl + NaNO3

в) K2CO3 + H2SO4 = K2SO4 + CO2 + H2O

г) CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O

Имайте предвид, че взаимодействието на тези вещества е възможно, тъй като резултатът е свързването на йони с образуването на слабо (H2O), или слабо разтворимо вещество (AgCl), или газ (CO2).

Чрез изключване на еднакви йони от лявата и дясната страна на равенството (в случай на вариант а) - йони и , в случай б) - натриеви йони и -йони, в случай в) - калиеви йони и сулфатни йони), г) - натриеви йони, получавате решаване на тези йонни уравнения:

а) H+ + OH- = H2O

б) Ag+ + Cl- = AgCl

в) CO32- + 2H+ = CO2 + H2O

г) CH3COOH + OH- = CH3COO- + H2O

Доста често в самостоятелна и контролна работа има задачи, които включват решаване на уравнения на реакциите. Въпреки това, без известни знания, умения и способности, дори и най-простият химикал уравненияне пиши.

Инструкции

На първо място, трябва да изучите основните органични и неорганични съединения. В краен случай можете да имате подходящ лист за измама пред вас, който може да ви помогне по време на задачата. След обучението необходимите знания и умения все още ще се съхраняват в паметта ви.

Основният материал е покритието, както и методите за получаване на всяко съединение. Те обикновено се представят под формата на общи диаграми, например: 1. + основа = сол + вода
2. киселинен оксид + основа = сол + вода
3. основен оксид + киселина = сол + вода
4. метал + (разредена) киселина = сол + водород
5. разтворима сол + разтворима сол = неразтворима сол + разтворима сол
6. разтворима сол + = неразтворима основа + разтворима сол
Имайки пред очите си таблица за разтворимост на солта и, както и мамят листове, можете да вземете решение за тях уравненияреакции. Важно е само да имате пълен списък на такива схеми, както и информация за формулите и наименованията на различни класове органични и неорганични съединения.

След попълване на самото уравнение е необходимо да се провери правилността на изписването на химичните формули. Киселини, соли и основи лесно се проверяват с помощта на таблицата за разтворимост, която показва зарядите на киселинните остатъци и металните йони. Важно е да запомните, че всеки трябва да бъде като цяло електрически неутрален, т.е. броят на положителните заряди трябва да съвпада с броя на отрицателните. В този случай е необходимо да се вземат предвид индексите, които се умножават по съответните такси.

Ако този етап е преминат и сте уверени в правилността на изписването уравненияхимически реакции, тогава вече можете безопасно да зададете коефициентите. Химичното уравнение е представено с конвенционалната нотация реакцииизползване на химически символи, индекси и коефициенти. На този етап от задачата трябва да се придържате към правилата: Коефициентът се поставя пред химичната формула и се отнася за всички елементи, които изграждат веществото.
Индексът се поставя след химичния елемент малко по-надолу и се отнася само за химичния елемент вляво от него.
Ако група (например киселинен остатък или хидроксилна група) е в скоби, тогава трябва да разберете, че два съседни индекса (преди и след скобата) се умножават.
При преброяване на атомите на даден химичен елемент коефициентът се умножава (не се добавя!) по индекса.

След това количеството на всеки химичен елемент се изчислява така, че общият брой на елементите, включени в изходните вещества, съвпада с броя на атомите, включени в съединенията, образувани в продуктите реакции. Като анализирате и прилагате горните правила, можете да се научите да решавате уравненияреакции, включени във вериги от вещества.

Когато всяка силна киселина се неутрализира от която и да е силна основа, за всеки образуван мол вода се отделя около топлина:

Това предполага, че подобни реакции се свеждат до един процес. Ще получим уравнение за този процес, ако разгледаме по-подробно една от дадените реакции, например първата. Нека пренапишем неговото уравнение, като запишем силните електролити в йонна форма, тъй като те съществуват в разтвор под формата на йони, и слабите електролити в молекулярна форма, тъй като те са в разтвор главно под формата на молекули (водата е много слаб електролит, вижте § 90):

Като се има предвид полученото уравнение, виждаме, че йоните не са претърпели промени по време на реакцията. Затова ще пренапишем уравнението отново, като елиминираме тези йони от двете страни на уравнението. Получаваме:

По този начин реакциите на неутрализация на всяка силна киселина с всяка силна основа се свеждат до един и същ процес - образуването на водни молекули от водородни йони и хидроксидни йони. Ясно е, че топлинните ефекти на тези реакции също трябва да бъдат еднакви.

Строго погледнато, реакцията на образуване на вода от йони е обратима, което може да се изрази с уравнението

Въпреки това, както ще видим по-долу, водата е много слаб електролит и се дисоциира само в незначителна степен. С други думи, равновесието между водните молекули и йоните е силно изместено към образуването на молекули. Следователно на практика реакцията на неутрализация на силна киселина със силна основа протича докрай.

При смесване на разтвор на всяка сребърна сол със солна киселина или с разтвор на някоя от нейните соли винаги се образува характерна бяла сиренеста утайка от сребърен хлорид:

Такива реакции също се свеждат до един процес. За да получим неговото йонно-молекулно уравнение, ние пренаписваме, например, уравнението на първата реакция, записвайки силните електролити, както в предишния пример, в йонна форма, а веществото в утайката в молекулярна форма:

Както може да се види, йоните не претърпяват промени по време на реакцията. Затова ги изключваме и пренаписваме уравнението отново:

Това е йонно-молекулярното уравнение на разглеждания процес.

Тук също трябва да имаме предвид, че утайката от сребърен хлорид е в равновесие с йоните в разтвора, така че процесът, изразен с последното уравнение, е обратим:

Въпреки това, поради ниската разтворимост на сребърния хлорид, това равновесие е много силно изместено надясно. Следователно можем да предположим, че реакцията на образуване от йони е почти завършена.

Образуването на утайка винаги ще се наблюдава, когато има значителни концентрации на и йони в един разтвор. Следователно с помощта на сребърни йони е възможно да се открие наличието на йони в разтвор и, обратно, с помощта на хлоридни йони - наличието на сребърни йони; Един йон може да служи като реагент на йон, а йонът може да служи като реагент на йон.

В бъдеще ще използваме широко йонно-молекулярната форма за писане на уравнения за реакции, включващи електролити.

За да съставите йонно-молекулярни уравнения, трябва да знаете кои соли са разтворими във вода и кои са практически неразтворими. Общите характеристики на разтворимостта на най-важните соли във вода са дадени в табл. 15.

Таблица 15. Разтворимост на най-важните соли във вода

Йонно-молекулярните уравнения помагат да се разберат характеристиките на реакциите между електролитите. Нека разгледаме като пример няколко реакции, протичащи с участието на слаби киселини и основи.

Както вече споменахме, неутрализирането на всяка силна киселина от всяка силна основа е придружено от същия термичен ефект, тъй като се свежда до същия процес - образуването на водни молекули от водородни йони и хидроксидни йони.

Въпреки това, когато се неутрализира силна киселина със слаба основа или слаба киселина със силна или слаба основа, топлинните ефекти са различни. Нека напишем йонно-молекулни уравнения за такива реакции.

Неутрализиране на слаба киселина (оцетна киселина) със силна основа (натриев хидроксид):

Тук силните електролити са натриев хидроксид и получената сол, а слабите електролити са киселина и вода:

Както може да се види, само натриевите йони не претърпяват промени по време на реакцията. Следователно йонно-молекулярното уравнение има формата:

Неутрализиране на силна киселина (азот) със слаба основа (амониев хидроксид):

Тук трябва да запишем киселината и получената сол под формата на йони, а амониевия хидроксид и водата под формата на молекули:

Йоните не претърпяват промени. Пропускайки ги, получаваме йонно-молекулярното уравнение:

Неутрализиране на слаба киселина (оцетна киселина) със слаба основа (амониев хидроксид):

При тази реакция всички вещества, с изключение на образуваните, са слаби електролити. Следователно йонно-молекулярната форма на уравнението изглежда така:

Сравнявайки получените йонно-молекулни уравнения едно с друго, виждаме, че всички те са различни. Следователно е ясно, че топлината на разглежданите реакции също е различна.

Както вече беше посочено, реакциите на неутрализация на силни киселини със силни основи, по време на които водородните йони и хидроксидните йони се комбинират, за да образуват водна молекула, протичат почти докрай. Реакциите на неутрализация, при които поне едно от изходните вещества е слаб електролит и в които молекули на слабо свързани вещества присъстват не само от дясната, но и от лявата страна на йонно-молекулярното уравнение, не протичат докрай .

Те достигат състояние на равновесие, в което солта съществува съвместно с киселината и основата, от които е образувана. Следователно е по-правилно уравненията на такива реакции да се напишат като обратими реакции.

Балансирайте пълното молекулярно уравнение.Преди да напишете йонното уравнение, първоначалното молекулярно уравнение трябва да бъде балансирано. За да направите това, е необходимо да поставите съответните коефициенти пред съединенията, така че броят на атомите на всеки елемент от лявата страна да е равен на техния брой от дясната страна на уравнението.

• Напишете броя на атомите на всеки елемент от двете страни на уравнението.
• Добавете коефициенти пред елементите (с изключение на кислорода и водорода), така че броят на атомите на всеки елемент от лявата и дясната страна на уравнението да е еднакъв.
• Балансирайте водородните атоми.
• Балансирайте кислородните атоми.
• Пребройте броя на атомите на всеки елемент от двете страни на уравнението и се уверете, че е еднакъв.
• Например, след балансиране на уравнението Cr + NiCl 2 --> CrCl 3 + Ni, получаваме 2Cr + 3NiCl 2 --> 2CrCl 3 + 3Ni.

Определете състоянието на всяко вещество, което участва в реакцията.Това често може да се съди по условията на проблема. Има определени правила, които помагат да се определи в какво състояние е даден елемент или връзка.

Определете кои съединения се дисоциират (разделят се на катиони и аниони) в разтвор.При дисоциация съединението се разпада на положителни (катион) и отрицателни (анион) компоненти. След това тези компоненти ще влязат в йонното уравнение на химическата реакция.

Изчислете заряда на всеки дисоцииран йон.Не забравяйте, че металите образуват положително заредени катиони, а неметалните атоми се превръщат в отрицателни аниони. Определете зарядите на елементите с помощта на периодичната таблица. Също така е необходимо да се балансират всички заряди в неутрални съединения.

Пренапишете уравнението, така че всички разтворими съединения да бъдат разделени на отделни йони.Всичко, което се дисоциира или йонизира (като силни киселини), ще се раздели на два отделни йона. В този случай веществото ще остане в разтворено състояние ( rr). Проверете дали уравнението е балансирано.

• Твърди вещества, течности, газове, слаби киселини и йонни съединения с ниска разтворимост няма да променят състоянието си и няма да се разделят на йони. Оставете ги както са.
• Молекулните съединения просто ще се диспергират в разтвора и състоянието им ще се промени на разтворено ( rr). Има три молекулни съединения, които неще премине в състояние ( rr), това е CH 4( Ж), C 3 H 8 ( Ж) и C8H18( и) .
• За разглежданата реакция пълното йонно уравнение ще бъде написано в следната форма: 2Cr ( телевизор) + 3Ni 2+ ( rr) + 6Cl - ( rr) --> 2Cr 3+ ( rr) + 6Cl - ( rr) + 3Ni ( телевизор) . Ако хлорът не е част от съединението, той се разпада на отделни атоми, така че умножихме броя на Cl йони по 6 от двете страни на уравнението.

Комбинирайте едни и същи йони от лявата и дясната страна на уравнението.Можете да задраскате само онези йони, които са напълно идентични от двете страни на уравнението (имат еднакви заряди, индекси и т.н.). Пренапишете уравнението без тези йони.

• В нашия пример двете страни на уравнението съдържат 6 Cl - йони, които могат да бъдат задраскани. Така получаваме кратко йонно уравнение: 2Cr ( телевизор) + 3Ni 2+ ( rr) --> 2Cr 3+ ( rr) + 3Ni ( телевизор) .
• Проверете резултата. Общите заряди от лявата и дясната страна на йонното уравнение трябва да са равни.