Реакции ионного обмена. Для растворов электролитов характерны реакции ионного обмена

Для растворов электролитов характерны реакции ионного обмена. Обязательным условием протекания таких реакций практически до конца является удаление из раствора тех или иных ионов вследствие:

Образования осадка

FeSO₄ + 2 NaOH ® Fe(OH )₂¯ + Na₂SO₄ - молекулярное уравнение (МУ)

Fe²⁺+SO₄^2-+2Na⁺+2OH^-®Fe(OH)₂¯+2Na⁺+SO₄^2— ионно-молекулярное уравнение (ИМУ).

Fe²⁺ +2OH^- ® Fe(OH)₂¯ (ПР _Fe(OH)2 = 4,8×10^-16) – краткое ионно-молекулярное уравнение образования осадка;

Выделение газа

Na₂CO₃ + 2H₂SO₄ ® H₂CO₃ + 2NaHSO₄ (МУ)

2Na⁺ +CO₃^2- + 2H⁺ + 2HSO₄^- ® H₂C0₃ + 2Na⁺ + 2HSO₄^- (ИМУ)

2H⁺ + CO₃^2- ® H₂C0₃ ® H₂O + C0₂­ - ионно - молекулярное ур-е

образования летучего соединения.

Образование слабых электролитов

а) простые вещества:

2KCN + H₂SO₄ ®2HCN + K₂SO₄ (МУ)

2K⁺ + 2CN^- + 2H⁺ +SO₄^2- ® 2HCN + 2K⁺ +SO₄^2- (ИМУ)

CN^- + H⁺ ® HCN (К_{д HCN} = 7,8•10^-10) –ионно-молекулярное ур-е образования слабого электролита HCN.

б) комплексные соединения:

ZnCl₂ + 4NH₃ ® [Zn (NH₃)₄]Cl₂ (МУ)

Zn²⁺ + 2Cl^- +4NH₃ ® [ Zn (NH₃)₄]²⁺ + 2Cl^- -(ИМУ)

Zn²⁺+4NH₃ ® [Zn(NH₃)₄]²⁺- краткое ионно-молекулярное уравнение образования комплексного катиона.

Встречаются процессы, при которых слабые электролиты или малорастворимые соединения входят в число исходных веществ и продуктов реакции. Равновесие в этом случае смещается в сторону образования веществ, имеющих наименьшую константу диссоциации или в сторону образования менее растворимого вещества:

А) NH₄OH + HCl ® NH₄Cl + H₂O (МУ)

NH₄OH + H⁺ + Cl^- ® NH₄⁺ + Cl^- + H₂O

NH₄OH + H⁺ ® NH₄⁺ + H₂O (ИМУ)

К_д(NH4OH) =1,8× 10^-5 > К_д(H2O) =1,8×10^-16.

Равновесие сдвинуто в сторону образования молекул воды.

Б) AgCl¯ + NaI ®AgI¯ + NaCl (МУ)

AgCl¯ + Na⁺ +I^- ®AgI¯+ Na⁺ +Cl^-

AgCl¯ + I^- ®AgI¯ + Cl^- (ИМУ)

ПР_AgCl=1,78×10^-10 > ПР_AgI =8,3×10^-17.

Равновесие сдвинуто в сторону образования осадка AgI.

В) Могут встречаться процессы, в уравнениях которых есть и малорастворимое соединение и слабый электролит

MnS¯ + 2HCl ® MnCl₂ + H₂S (МУ)

MnS¯ + 2H⁺ +2Cl^- ® Mn ²⁺ + 2Cl^- + H₂S

MnS¯ + 2 H⁺ ® Mn²⁺ + H₂S­ (ИМУ)

ПР_MnS=2,5×10^-10; [S^-2]= =1,58.10^-5 моль/л

K_{д H2S}= K₁×K₂ = 6×10^-22; [S^2-] = =5,4.10^-8 моль/л

Связывание ионов S^2- в молекулы H₂S происходит полнее, чем в MnS, поэтому реакция протекает в прямом направлении, в сторону образования H₂S

Гидролиз солей

Гидролиз является результатом поляризационного взаимодействия ионов соли с их гидратной оболочкой. Гидролиз - это обменная реакция в растворе между молекулами воды и ионами соли. В результате гидролиза, благодаря образованию слабого электролита (слабой кислоты или слабого основания), изменяется ионное равновесие Н₂О ⇄ Н⁺ + ОН^- из-за связывания Н⁺ или ОН^- и изменяется рН-среды. Гидролизу подвергаются соли, в состав которых входят ионы слабой кислоты или слабого основания. Соли, образованные ионами сильной кислоты и сильного основания, гидролизу не подвергаются (NaCl, Na₂SO₄). Продуктами гидролиза могут быть слабые электролиты, малодиссоциирующие, труднорастворимые и летучие вещества. Гидролиз - стадийная реакция, в случае многозарядного иона число стадий равно его заряду. Гидролизу по катиону подвергаются соли, образованные анионами сильной кислоты и катионами слабого основания. Например, к слабым основаниям относятся гидроксиды p- и d-металлов (К_д£10^-4), а также гидроксид аммония.

Хлорид цинка - соль, образованная слабым основанием Zn(OH)₂ и сильной кислотой HCl. Катион цинка имеет заряд 2+, поэтому гидролиз будет проходить в две ступени:

Zn²⁺ + HOH ↔ ZnOH⁺ + H⁺ I ступень

ZnOH⁺ + HOH ↔ Zn(OH)₂ + H⁺ II ступень

В результате этого взаимодействия возникает избыток ионов Н⁺ ([Н⁺] > [ОН^-]) , раствор подкисляется (рН<7).

Гидролиз поаниону. Данный тип гидролиза характерен для солей, образованных анионами слабой кислоты (К_д £10^-3) и катионами сильного основания (K_д>10^-3). Рассмотрим гидролиз карбоната калия - соли, образованной слабой угольной кислотой H₂CO₃ (K_д^I= 4,5. 10^-7) и сильным основанием KOH, карбоксо-анион имеет заряд (2-). Гидролиз протекает в две ступени:

CO₃^2- + H₂O ↔ HCO₃^- + OH^- I ступень

HCO₃^- + H₂O ↔ H₂CO₃ + OH^- II ступень

В этом случае высвобождаются ионы ОН^- ([Н⁺] < [ОН^-]) - раствор подщелачивается (рН >7).

Необратимый гидролиз. Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой, гидролизуются по катиону и аниону. Результат гидролиза будет зависить от значенияК_д основания и кислоты. Рассмотрим гидролиз фторида аммония - соли, образованной слабым

основанием NH₄OH (К_д =1,8 ^. 10^-5) и слабой кислотой HF (К_д = 6,8 ^.10^-4):

NH₄F + HOH ® NH₄OH + HF

В этом случае К_д(NH4OH) < К_д(HF), следовательно, гидролиз (в основном) пойдет по катиону и реакция среды будет слабокислой.

ЗАДАЧИ