Ионные уравнения реакций
Ионные уравнения показывают, какие частицы действительно участвуют в реакции в водном растворе. Чтобы правильно их составить, нужно пройти путь от молекулярного уравнения к полному и затем к сокращённому ионному, не нарушая закон сохранения атомов и электрического заряда.
Что показывают ионные уравнения
Обменные реакции — это реакции, в которых два сложных вещества обмениваются составными частями. Обычно реагентами являются растворимые кислоты, основания или соли. В растворе электролиты распадаются на ионы согласно правилам электролитической диссоциации. Поэтому одну и ту же реакцию можно записать в трёх формах.
Молекулярное уравнение записывает вещества формулами соединений, например \(\mathrm{AgNO_3 + NaCl -> AgCl\downarrow + NaNO_3}\). Оно показывает состав веществ до и после реакции, но не разделяет растворимые электролиты на ионы.
Полное ионное уравнение представляет сильные растворимые электролиты в виде ионов. Нерастворимые вещества, газы, воду и слабые электролиты записывают в молекулярном виде.
Сокращённое ионное уравнение содержит только частицы, которые непосредственно изменяются в ходе реакции. Ионы, не участвующие в превращении, — зрители — сокращают в обеих частях уравнения.
Тема опирается на диссоциацию кислот, диссоциацию оснований и диссоциацию солей. Растворимые соли, сильные кислоты и сильные основания в полном ионном уравнении расписывают на ионы. Осадок, газ, воду и слабые электролиты не расписывают.
Алгоритм составления уравнений
- Запишите молекулярное уравнение реакции и расставьте коэффициенты.
- Проверьте, что реакция обмена имеет условие протекания: образуется осадок, газ, вода или другое слабое электролитическое вещество. Подробнее условия рассмотрены на странице условия протекания реакций обмена.
- В полном ионном уравнении разделите на ионы только растворимые сильные электролиты. Заряд иона и его индекс должны соответствовать формуле вещества.
- Проверьте число атомов и суммарный заряд в обеих частях полного ионного уравнения.
- Сократите одинаковые ионы слева и справа. Оставшиеся частицы запишите в сокращённом ионном уравнении.
- Проверьте сокращённое уравнение: количество атомов каждого элемента и общий заряд должны сохраняться.
В ионном виде записывают растворимые соли, сильные кислоты и сильные основания. В молекулярном виде оставляют осадки, газы, воду и слабые электролиты. Растворимость соли проверяют по таблице растворимости.
В ионных уравнениях коэффициент относится ко всему иону: \(2\mathrm{Al^{3+}}\) означает два иона алюминия, а заряд каждого иона равен \(+3\). Нельзя путать коэффициент с индексом: \(\mathrm{SO_4^{2-}}\) — один сульфат-ион, а \(\mathrm{2SO_4^{2-}}\) — два таких иона.
| Вещество или частица | Как записывают в полном ионном уравнении | Пример |
|---|---|---|
| Растворимая соль | На ионы | \(\mathrm{NaCl \to Na^+ + Cl^-}\) |
| Сильная кислота | На ионы | \(\mathrm{HCl \to H^+ + Cl^-}\) |
| Сильное основание | На ионы | \(\mathrm{KOH \to K^+ + OH^-}\) |
| Осадок | Молекулярно | \(\mathrm{BaSO_4\downarrow}\) |
| Вода | Молекулярно | \(\mathrm{H_2O}\) |
| Газ | Молекулярно | \(\mathrm{CO_2\uparrow}\) |
Разобранный пример: реакция осаждения
Составим все три уравнения для реакции растворов нитрата серебра и хлорида натрия. Образуется нерастворимый хлорид серебра, поэтому это реакция осаждения.
Молекулярное: \(\mathrm{AgNO_3 + NaCl -> AgCl\downarrow + NaNO_3}\). Полное ионное: \(\mathrm{Ag^+ + NO_3^- + Na^+ + Cl^- -> AgCl\downarrow + Na^+ + NO_3^-}\). Сокращённое ионное: \(\mathrm{Ag^+ + Cl^- -> AgCl\downarrow}\).
Какие ионы нужно сократить в полном ионном уравнении \(\mathrm{Ba^{2+} + 2Cl^- + 2Na^+ + SO_4^{2-} -> BaSO_4\downarrow + 2Na^+ + 2Cl^-}\)?
Нейтрализация и образование газа
В реакции кислоты со щёлочью образуются соль и вода. Это реакция нейтрализации. В полном ионном уравнении сильную кислоту и растворимое основание расписывают, а воду оставляют молекулой.
Если кислота реагирует с карбонатом, образуются соль, вода и углекислый газ. Вначале допустимо записать нестойкую угольную кислоту, но в итоговом уравнении используют газ \(\mathrm{CO_2}\) и воду.
Сокращённое ионное уравнение этой реакции: \(\mathrm{2H^+ + CO_3^{2-} -> H_2O + CO_2\uparrow}\). Здесь ионы натрия и хлора не участвуют в превращении и сокращаются.
Частые ошибки и самопроверка
1. Расписывают на ионы осадок, газ или воду. 2. Не ставят коэффициент перед многоатомным ионом: \(\mathrm{2Al^{3+}}\) нельзя заменять на \(\mathrm{Al_2^{3+}}\). 3. Сокращают ионы, которые входят в состав осадка, воды или газа. 4. Составляют сокращённое уравнение без проверки молекулярного уравнения. 5. Не проверяют заряд: например, \(\mathrm{Ag^+ + Cl^- -> AgCl}\) имеет суммарный заряд ноль с обеих сторон.
- Все ли коэффициенты в молекулярном уравнении минимальны?
- Только ли растворимые сильные электролиты разделены на ионы?
- Совпадает ли число атомов каждого элемента?
- Совпадает ли суммарный заряд слева и справа?
- Сокращены ли только неизменившиеся ионы?
Сначала найдите частицу, которая образует осадок, воду или газ. Именно она обычно остаётся в сокращённом ионном уравнении. Затем восстановите реагенты, содержащие эти ионы, и проверьте, какие ионы будут зрителями.
Если нужно составить уравнение реакции соли с кислотой, полезно отдельно повторить страницу реакции солей с кислотами. Общие правила обмена собраны на странице реакции ионного обмена, а различия между полной и сокращённой записью — на страницах полные ионные уравнения и сокращённые ионные уравнения.
Проверь себя
Главное
- Ионные уравнения составляют последовательно: молекулярное, полное ионное, сокращённое ионное.
- На ионы расписывают растворимые сильные электролиты; осадки, газы, воду и слабые электролиты оставляют молекулами.
- В сокращённом уравнении удаляют только одинаковые ионы-зрители по обе стороны.
- В каждом уравнении проверяют сохранение атомов и суммарного электрического заряда.
- Сокращённое уравнение показывает сущность реакции: образование осадка, воды или газа.