Ионно – молекулярные (ионные) реакции обмена

В растворах слабых электролитов устанавливается равновесие между недиссоциированными молекулами и продуктами их диссоциации – ионами. В этом случае можно применить законы химического равновесия и записать выражение константы равновесия. Например, в водном растворе уксусной кислоты устанавливается равновесие:

⇄

которое характеризуется константой равновесия (константа диссоциации):

.

Величина зависит от природы электролита и растворителя, от температуры, но не зависит от концентрации раствора. Она характеризует способность данного электролита распадаться на ионы: чем выше , тем легче электролит диссоциирует.

В табл. 1 приведены значения констант диссоциации некоторых слабых электролитов.

Количественно процесс электролитической диссоциации выражают с помощью степени диссоциации, т.е. доли молекул, распавшихся на ионы. Её представляют в процентах или в долях единицы:

,

где n – число молекул, распавшихся на ионы, n₀ – общее число растворенных молекул.

Ионно-молекулярные, или просто ионные, уравнения реакций обмена отражают состояние электролита в растворе. В этих уравнениях сильные растворимые электролиты, поскольку они полностью диссоциированы, записывают в виде ионов, а слабые электролиты, малорастворимые и газообразные вещества записывают в молекулярной форме.

В ионно-молекулярном уравнении одинаковые ионы из обеих его частей исключаются. При составлении ионно-молекулярных уравнений следует помнить, что сумма электрических зарядов в левой части уравнения должна быть равна сумме электрических зарядов в правой части уравнения.

Пример 1. Написать ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия между водными растворами следующих веществ: а)HCl и NaOH; б) Pb(NO₃)₂ и Na₂S; в) NaClO и HNO₃; г) K₂CO₃ и H₂SO₄; д) CH₃COOH и NaOH.

Решение: запишем уравнения взаимодействия указанных веществ в молекулярном виде:

а) HCl + NaOH = NaCl + H₂O

б) Pb(NO₃)₂ + Na₂S = PbS + 2NaNO₃

в) NaClO + HNO₃ = NaNO₃ + HClO

г) K₂CO₃ + H₂SO₄ = K₂SO₄ + CO₂ + H₂O

д) CH₃COOH + NaOH ⇄ CH₃COONa + H₂O

Отметим, что взаимодействие этих веществ возможно, ибо в результате происходит связывание ионов с образованием слабых электролитов (H₂O, HClO), осадка (PbS), газа (CO₂).

В реакции (д) имеются два слабых электролита - CH₃COOH и H₂O, но так как реакции идут в сторону большего связывания ионов и вода – более слабый электролит, чем уксусная кислота, то равновесие реакции смещено в сторону образования воды. Исключив одинаковые ионы из обеих частей равенства: а) Na⁺ и Cl ; б) Na⁺ и NO ; в) Na⁺ и NO ; г) K⁺ и SO ; д) Na⁺, получим ионно-молекулярные уравнения реакций, которым соответствуют следующие ионно-молекулярные реакции:

а) H⁺ + OH = H₂O

б) Pb²⁺ + S = PbS

в) ClO + H⁺ = HClO

г) CO +2H⁺ = CO₂ + H₂O

д) CH₃COOH + OH = CH₃COO + H₂O

Пример 2. Составьте молекулярные уравнения реакций, которым соответствуют следующие ионно-молекулярные уравнения:

а) SO + 2H⁺ = SO₂ + Н₂О

б) Pb²⁺ + CrO = PbCrO₄

в) HCO + OH = CO + H₂O

г) ZnOH⁺ + H⁺ = Zn + H₂O

Решение: В левой части данных ионно-молекулярных уравнений указаны свободные ионы, которые образуются при диссоциации растворимых сильных электролитов, следовательно, при составлении молекулярных уравнений следует исходить из соответствующих растворимых сильных электролитов. Например:

а) Na₂SO₃ + 2HCl = 2NaCl + SO₂ + H₂O

б) Pb(NO₃)₂ + K₂CrO₄ = PbCrO₄ + 2KNO₃

в) KHCO₃ + KOH = K₂CO₃ + H₂O

г) ZnOHCl + HCl = ZnCl₂ + H₂O

Контрольные вопросы:

141.Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) хлоридом бария и сульфатом алюминия; б) фосфорной кислотой и нитратом кальция; в) ацетатом калия и серной кислотой.
142. Какое из веществ: KCl, FeSO4, Zn(OH)2, NaHCO3 - взаимодействует с раствором гидроксида натрия? Запишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения этих реакций.
143. Составьте по три молекулярных уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями: а) Zn2+ + H2S = ZnS + 2H+ б) Н+ + ОН- = Н2 О в) CO +2H+ = CO2 + H2O
144. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) FeCl3 и КОН; б) MnSO4 и (NH4)2S; в) CaСО3 и НCl.
145.Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями: а) Pb2+ + H2S = PbS + 2H+ б) Н б) СО + 2Н+ = H2 O + CO2 в) Ba2+ + SO = BaSO4
146.Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями: а) СаСО3 + 2Н+ = Са2+ + Н2О + СО2 б) Zn(ОН)2 + 2ОН- = ZnО + 2Н2О в) Ag+ + Cl- = AgCl
147.Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями: а) Cu(ОН)2 + 2Н+ = Cu2+ + 2Н2О б) Fe2+ + 2ОН- = Fe(ОН)2 в) Н+ + OH- = Н2O
148.Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) Sn(ОН)2 и NaOH; б) Fe(ОН)2 и Н2SO4; в) CuOHCl и HCl.
149. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) K2CO3 и НNO3; б) Zn(ОН)2 и NaOH; в) Ва(ОН)2 и NiСl2.
150. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) Na2CO3 и MnSO4; б) К3PO4 и Al2(SO4)3; в) Pb(OH)2 и NaОН.
151. Составьте молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между а) FeSO4 и Н2S; б) (NH4)2СО3 и НNO3; в) СrCl3 и NaOH.
152. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между а) Zn(OH)2 и НСl; б) МgSO4 и КОН; в) NH4 Сl и NaОН.
153.Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) АgNO3 и К3PО4; б) Рb(NO3)2 и КСl; в) СuSO4 и Na2S.
154. Составьте по три молекулярных уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями: а) Fe2+ + S2- FeS б) SiO32- + 2Н+ Н2SiO3
155.Какое из веществ: NaНСО3, СН3СООН, MnSO4, К2S - взаимодействует с раствором серной кислоты? Запишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения этих реакций.
156. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) NaНСО3 и НNO3; б) Аl(ОН)3 и NaOH; в) ВаСl2 и AgNO3.
157.Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) H3PO4 и Ва(ОН)2; б) CrCl3 и NH4OH; в) Na2SiO3 и НСl.
158.Какое из веществ: Zn(OH)2, НСl, Fe(OH)2 - будет взаимодействовать с гидроксидом калия? Выразите эти реакции молекулярными и ионно-молекулярными уравнениями.
159.Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) хлоридом бария и сульфатом алюминия; б) фосфорной кислотой и нитратом кальция; в) ацетатом калия и серной кислотой.
160. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) сульфидом натрия и соляной кислотой; б) сульфатом железа (II) и сульфидом калия; в) иодидом натрия и нитратом свинца.

Гидролиз солей

Для решения задач этого раздела рекомендуем воспользоваться литературой 4, 6, 8, 14 и таблицами 4,5.

Вода является очень слабым электролитом, степень ее диссоциации равна . Полярные молекулы воды в очень небольшой степени диссоциируют на ионы:

Н₂О = Н⁺ + ОН^-,

или с учетом гидратации:

2Н₂О = Н₃О⁺ + ОН^-

На основании законов химического равновесия получим выражение константы диссоциации воды:

,

отсюда

По данным измерения электропроводности при температуре 18 ⁰С , а молярная концентрация чистой воды . Получаем значение Это произведение называется ионным произведением воды.

Если , то концентрация каждого из ионов воды равна =10^-7 моль/л. Ионы водорода являются носителем кислотных свойств, а гидроксид-ионы – щелочных, следовательно, при равенстве их концентраций реакция среды раствора является нейтральной.

При моль/л реакция среды будет кислой, а при - щелочной. Таким образом, концентрация ионов водорода является мерой его кислотности или щелочности.

Более удобен способ выражения реакции среды с помощью отрицательного десятичного логарифма концентрации водородных ионов, именуемого водородным показателем рН:

В нейтральной среде рН =7; в кислой – рН < 7; в щелочной – рН > 7.

Растворениеразличных веществ в воде часто сопровождается химическим взаимодействием обменного характера. Процессы подобного типа объединяют под общим названием гидролиза. Гидролиз – это химический процесс обменного разложения вещества с водой. Гидролиз солей – частный случай взаимодействия растворенных солей с водой, где их составные части соединяются с составными частями воды с образованием соответствующего слабого электролита.

Реакцию гидролиза соли можно представить общим уравнением:

МА + НОН ⇄ МОН + НА,