Реакции ионного обмена
Реакции ионного обмена в растворах электролитов протекают между ионами. Чтобы определить, возможна ли такая реакция, нужно проверить образование осадка, газа или слабого электролита, чаще всего воды, а затем составить молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения.
Что такое реакция ионного обмена
Электролитическая диссоциация — распад электролита на ионы при растворении в воде. В растворе ионы движутся независимо, поэтому растворимые кислоты, основания и соли могут обмениваться частицами.
Реакция ионного обмена — реакция между сложными веществами, в которой они обмениваются составными частями. Общая схема: \(AB+CD\rightarrow AD+CB\).
В молекулярной записи вещества показывают формулами целиком. В ионной записи растворимые сильные электролиты представляют в виде ионов. Осадки, газы, воду и другие слабые электролиты на ионы не расписывают.
Перед составлением уравнения полезно повторить электролиты, ионы и правила таблицы растворимости. Реакция обмена отличается от окислительно-восстановительной реакции: степени окисления в ней обычно не изменяются, а частицы только меняются партнёрами.
Когда реакция протекает до конца
В растворе обменная реакция идёт практически до конца, если среди продуктов образуется хотя бы одно вещество, удаляющее ионы из раствора. На школьном уровне рассматривают три основных случая.
- Осадок — нерастворимое или малорастворимое вещество выпадает из раствора.
- Газ — газообразный продукт покидает раствор.
- Слабый электролит — например, вода, которая почти не распадается на ионы.
Если после обмена все вещества остаются растворимыми сильными электролитами, то в растворе нет причины для направленного превращения: сокращённого ионного уравнения не существует, а реакцию обычно считают не протекающей.
Образование осадка определяют по таблице растворимости. Выделение газа и образование воды являются частными случаями, подробно разобранными на страницах образование осадка, образование газа и образование слабого электролита.
Какая реакция в растворе точно может протекать до конца?
Как составлять ионные уравнения
Полное ионное уравнение показывает все частицы, присутствующие в растворе. Сокращённое ионное уравнение оставляет только те ионы, которые действительно изменились. Ионы, одинаковые слева и справа, называют ионами-наблюдателями и сокращают.
- Запишите молекулярное уравнение реакции.
- Расставьте коэффициенты и проверьте формулы веществ.
- По таблице растворимости определите, образуется ли осадок; также проверьте газ или слабый электролит.
- Растворимые сильные электролиты замените на ионы. Осадок, газ, воду и слабые электролиты не диссоциируйте.
- Сократите одинаковые ионы в левой и правой частях.
- Проверьте сохранение числа атомов и суммарного электрического заряда.
Сначала балансируйте молекулярное уравнение, а уже потом переходите к ионной записи. В сокращённом уравнении число атомов каждого элемента и общий заряд слева и справа должны совпадать.
Разобранный пример: осадок сульфата бария
Составим уравнения реакции растворов хлорида бария и сульфата натрия. Это типичная задача на образование осадка.
Молекулярное уравнение: \(BaCl_2+Na_2SO_4\rightarrow BaSO_4\downarrow+2NaCl\). Полное ионное уравнение: \(Ba^{2+}+2Cl^-+2Na^++SO_4^{2-}\rightarrow BaSO_4\downarrow+2Na^++2Cl^-\). Сокращённое ионное уравнение: \(Ba^{2+}+SO_4^{2-}\rightarrow BaSO_4\downarrow\).
Особые случаи и жазба слабых электролитов
При реакции кислоты со щёлочью образуется вода. Например, в реакции нейтрализации соляной кислоты гидроксидом натрия молекулярное уравнение имеет вид \(HCl+NaOH\rightarrow NaCl+H_2O\).
В полном ионном уравнении сильные электролиты расписывают: \(H^++Cl^-+Na^++OH^-\rightarrow Na^++Cl^-+H_2O\). После сокращения ионов-наблюдателей получают сокращённое уравнение \(H^++OH^-\rightarrow H_2O\). Подробнее см. реакцию нейтрализации.
Если образуется газ, его записывают молекулой и отмечают стрелкой вверх: \(\uparrow\). Например, при взаимодействии карбоната натрия с соляной кислотой сначала образуется нестойкая угольная кислота, которая разлагается на воду и углекислый газ. Итоговое сокращённое уравнение: \(CO_3^{2-}+2H^+\rightarrow CO_2\uparrow+H_2O\).
1. Нельзя расписывать на ионы осадок, газ и воду. 2. Нельзя сокращать ионы, которые присутствуют только с одной стороны. 3. Индексы в формулах не меняют при уравнивании; изменяют только коэффициенты. 4. Заряд иона учитывают обязательно: например, сульфат — \(SO_4^{2-}\), а не \(SO_4^-\). 5. Если все ионы сократились, реакция обмена в растворе не имеет сокращённого ионного уравнения.
Как распознавать результат реакции
Внешними признаками ионного обмена могут быть помутнение раствора и выпадение осадка, появление пузырьков газа, изменение цвета или исчезновение окраски. Однако отсутствие видимого признака не всегда означает отсутствие реакции: вода образуется без пузырьков и осадка.
Наблюдение нужно подтверждать уравнением. Например, белый осадок может быть хлоридом серебра, сульфатом бария или другим малорастворимым соединением, поэтому состав продукта определяют по формулам и таблице растворимости. Для распознавания некоторых ионов используют специальные качественные реакции, в том числе распознавание галогенид-ионов.
| Что образуется | Как записывают | Пример сокращённого уравнения |
|---|---|---|
| Осадок | \(\downarrow\) | \(Ag^++Cl^-\rightarrow AgCl\downarrow\) |
| Газ | \(\uparrow\) | \(CO_3^{2-}+2H^+\rightarrow CO_2\uparrow+H_2O\) |
| Вода | молекулой \(H_2O\) | \(H^++OH^-\rightarrow H_2O\) |
Quick-test
Проверь себя
Главное
- Реакция ионного обмена — обмен составными частями между сложными веществами в растворе.
- До конца реакция идёт при образовании осадка, газа или слабого электролита.
- В полном ионном уравнении растворимые сильные электролиты записывают ионами, а осадки, газы и воду — молекулами.
- Сокращённое ионное уравнение получают удалением ионов-наблюдателей.
- Всегда проверяйте коэффициенты, атомы и суммарный электрический заряд.