Ионно-молекулярные (ионные) реакции обмена
При решении задач этого раздела см. табл. 9,12 приложения.
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: a) HCl и NaOH; б) Pb(NO3)2 и Na2S; в) NaClO и HNO3; г) К2СО3 и H2SO4; д) СН3СООН и NaOН.
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) К2СО3 + H2SO4 = K2SO4 + СО2 + Н2О
д) СН3СООН + NaOH=CH3COONa + Н2О
Отметим, что взаимодействие этих веществ возможно, ибо в результате происходит связывание ионов с образованием слабых электролитов (Н2О, HClO), осадка (РbS), газа (СО2).
В реакции (д) два слабых электролита, 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 a) Na+ и Сl–; б) Na+ и NO–3; в) Na+ и NO–3; г) К+ и SO2–4; д) Na+, получим ионно-молекулярные уравнения соответствующих реакций:
а) Н+ + ОН– = Н2O
б) Pb2+ + S2– = PbS
в) Сl– + Н+ = НСlO
г) CO2–3 + 2H+ = CO2 + H2O
д) CH3COOH + OH– = CH3COO– + H2O
Пример 2. Составьте молекулярные уравнения реакций, которым соответствуют следующие ионно-молекулярные уравнения:
а) SO2–3 + 2Н + = SO2 + Н2О
б) Pb2 + + CrO2–4 ~ = PbCrO4
в) НСО–3 + ОН – = CO2–3 + Н2О
г) ZnOH+ + H+ = Zn2+ + H2O
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 + Н2О
б) Pb(NO3)2+ K2CrO4 = PbCrO4 + 2KNO3
в) КНСО3 + КОН = К2СО3 + Н2О
г) ZnOHCl + HCl = ZnCl2 + Н2О
Контрольные вопросы
181.Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: a) NaHCO3 и NaOH; б) K2SiO3 и HCl; в) ВаС12 и Na2SO4.
182.Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: a) K2S и HCl; б) FeSO4 и (NH4)2S; в) Сr(ОН)3 и КОН.
183.Составьте по три молекулярных уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:
а) Мg2+ + CO2–3 = МgСО3
б) Н+ +ОН– = Н2О
184.Какое из веществ: Al(OH)3; H2SO4; Ba(OH)2 – будет взаимодействовать с гидроксидом калия? Выразите эти реакции молекулярными и ионно-молекулярными уравнениями.
185.Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакции взаимодействия в растворах между: а) КНСО3 и H2SO4; б) Zn(OH)2 и NaOH; в) CaCl2 и AgNO3.
186.Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между a) CuSO4 и H2S; б) ВаСО3 и HNO3; в) FeCl3 и КОН.
187.Составьте по три молекулярных уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:
а) Сu2+ + S2– = CuS
б) SiO2–3 + 2H+ = H2SiO3
188. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между a) Sn(OH)2 и HCl; б) BeSO4 и КОН; в) NH4Cl и Ва(ОН)2.
189.Какое из веществ: КНСО3, СН3СООН, NiSO4, Na2S – взаимодействует с раствором серной кислоты? Запишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения этих реакций.
190.Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: a) AgNO3 и К2СrО4; б) Pb(NO3)2 и KI; в) CdSO4 и Na2S.
191.Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:
а) СаСО3 + 2Н+ = Са2+ + Н2О + СО2
б) А1(OН)3+ОН– = АlO–2 +2Н2О
в) РЬ2+ + 2I– = РbI2
192. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) Ве(ОН)2 и NaOH; б) Сu(ОН)2 и HNO3; в) ZnOHNO3 и HNO3.
193.Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: a) Na3PO4 и CaCl2; б) К2СОз и ВаСl2; в) Zn(OH)2 и КОН.
194.Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:
Fe(OH)3 + 3Н+ = Fe3+ + 3Н2О
Cd2+ + 2OH– = Cd(OH)2
Н+ + NО–2 = HNO2
195.Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: a) CdS и HCl; б) Сr(ОН)3 и NaOH; в) Ва(ОН)2 и СоСl2.
196.Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молёкулярными уравнениями:
a) Zn2+ + H2S = ZnS + 2H+
б) HCO–3 + H+ = H2O + CO2
в) Аg+ + Сl– = AgCl
197.Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: a) H2SO4 и Ва(ОН)2; б) FеСl3 и NН4ОН; в) CH3COONa и HCl.
198.Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) FеСl3 и КОН; б) NiSO4 и (NH4)2S; в) MgCO3 и HNO3.
199.Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:
а) Ве(ОН)2 + 2OН– = ВеО22– + 2Н2О
б) СН3СОО– + Н+ = СН3СООН
в) Ва2+ + SO2–4 = BaSO4
200. Какое из, веществ: NaCl, NiSO4, Be(OH)2, KHCO3 – взаимодействует с раствором гидроксида натрия. Запишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения этих реакций.
Гидролиз солей
Химическое обменное взаимодействие ионов растворенной соли с водой, приводящее к образованию слабодиссоциирующих продуктов (молекул слабых кислот или оснований, анионов кислых или катионов основных солей) и сопровождающееся изменением рН среды, называется гидролизом.
Пример 1. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей: a) KCN, б) Na2СО3, в) ZnSO4. Определите реакцию среды растворов этих солей.
Решение, а) Цианид калия KCN – соль слабой одноосновной кислоты (см. табл. 9) HCN и сильного основании КОН. При растворении в воде молекулы KCN полностью диссоциируют на катионы К+ и анионы CN–. Катионы К+ не могут связывать ионы ОН– воды, так как КОН – сильный электролит. Анионы же CN– связывают ионы Н+ воды, образуя молекулы слабого электролита HCN. Соль гидролизуется, как говорят, по аниону. Ионно-молекулярное уравнение гидролиза
CN– + H2O 
HCN + OH–
или в молекулярной форме
KCN + Н2О HCN + КОН
В результате гидролиза в растворе появляется некоторый избыток ионов ОН–, поэтому раствор KCN имеет щелочную реакцию (рН >7).
б) Карбонат натрия Na2СО3 – соль слабой многоосновной кислоты и сильного основания. В этом случае анионы соли CO2–3, связывая водородные ионы воды, образуют анионы кислой соли НСО–3, а не молекулы Н2СО3, так как ионы НСО3 диссоциируют гораздо труднее, чем молекулы Н2СО3. В обычных условиях гидролиз идет по первой ступени. Соль гидролизуется по аниону. Ионно-молекулярное уравнение гидролиза:
CO2–3 + Н2О НCO–3 +ОН–
или в молекулярной форме
Na2CO3 + H2O NaHCO3 + NaOH
В растворе появляется избыток ионов ОН–, поэтому раствор Na2CО3 имеет щелочную реакцию (рН > 7).
в) Сульфат цинка ZnSO4 – соль слабого многокислотного основания Zn(ОН)2 и сильной кислоты H2SO4. В этом случае катионы Zn2+ связывают гидроксильные ионы воды, образуя катионы основной соли ZnOH+. Образование молекул Zn(OH)2 не происходит, так как ионы ZnOH+ диссоциируют гораздо труднее, чем молекулы Zn(OH)2. В обычных условиях гидролиз идет по первой ступени. Соль гидролизуется по катиону. Ионно-молекулярное уравнение гидролиза:
Zn2+ + Н2О ZnOH+ + Н+
или в молекулярной форме:
2ZnSO4 + 2Н2О (ZnOH)2SO4 + H2SO4
В растворе появляется избыток ионов водорода, поэтому раствор ZnSO4 имеет кислую реакцию (pH < 7).
Пример 2. Какие продукты образуются при смешивании растворов А1(NO3)3 и К2СО3? Составьте ионно-молекулярное и молекулярное уравнения реакции.
Решение. Соль А1(NО3)3 гидролизуется по катиону, а К2СО3 – по аниону:
Al3+ + Н2О АlOН2+ + Н+
CO2–3 + H2O HCO3+ + OH–
Если растворы этих солей находятся в одном сосуде, то идет взаимное усиление гидролиза каждой из них, ибо ионы Н+ и ОН– образуют молекулу слабого электролита Н2О. При этом гидролитическое равновесие сдвигается вправо и гидролиз каждой из взятых солей идет до конца с образованием А1(ОН)3 и СО2(Н2СО3). Ионно-молекулярное уравнение:
2А13+ + 3CO2–3 + 3Н2О = 2Аl(ОН)3 + 3СО2
молекулярное уравнение:
2Al(NO3)3 + 3К2СО3 + ЗН2O =2А1(ОН)3 + 3СО2 + 6KNO3
Контрольные вопросы
201. Составьте ионно-молекулярное и молекулярное уравнения совместного гидролиза, происходящего при смешивании растворов K2S и СrСl3. Каждая из взятых солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты.
202. К раствору FeCl3 добавили следующие вещества: a) HCl; б) КОН; в) ZnCl2; г) Na2СОз. В каких случаях гидролиз хлорида железа (III) усилится? Почему? Составьте ионно-молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей.
203. Какие из солей Al2(SO4)3, K2S, Pb(NO3)2, КСl подвергаются гидролизу? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Какое значение рН (> 7<) имеют растворы этих солей?
204. При смешивании растворов FeCl3 и Na2СО3 каждая из взятых солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты.
Выразите этот совместный гидролиз ионно-молекулярным и молекулярным уравнениями.
205. К раствору Nа2СО3 добавили следующие вещества: a) HCl; б) NaOH; в) (NО3)2; г) K2S. В каких случаях гидролиз карбоната натрия усилится? Почему? Составьте ионно-молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей.
206. Какое значение рН (> 7 <) имеют растворы солей Na2S, А1Сl3, NiSO4? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.
207. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей Pb(NO3)2, Na2CO3, Fe2(SO4)3. Какое значение рН (> 7 <) имеют растворы этих солей?
208.Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей НСООК, ZnSО4, А1(NO3)3. Какое значение рН (> 7 <) имеют растворы этих солей?
209.Какое значение рН (> 7 <) имеют растворы солей Na3PO4, K2S, CuSO4? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.
210.Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей CuCl2, Сs2СО3, Сr(NО3)3. Какое значение рН (> 7<) имеют растворы этих солей?
211.Какие из солей RbCl, Сr2(SО4)3, Ni(NО3)2, Na2SO3 подвергаются гидролизу? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Какое значение рН ( > 7<) имеют растворы этих солей?
212.К раствору Al2(SO4)3 добавили следующие вещества: а) Н2SО4; б) КОН, в) Na2SO3; г) ZnSO4. В каких случаях гидролиз сульфата алюминия усилится? Почему? Составьте ионно-молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей.
213.Какая из двух солей при равных условиях вбольшей степени подвергается гидролизу: Na2СО3 или Na2SO3; FеС13 или FeCl2? Почему? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.
214.При смешивании растворов A12(SO4)3 и Na2CO3 каждая из взятых солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты. Составьте ионно-молекулярное и молекулярное уравнение происходящего совместного гидролиза.
215.Какие из солей NaBr, Na2S, K2CO3, CoCl2 подвергаются гидролизу? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Какое значение рН (> 7 <) имеют растворы этих солей?
216.Какая из двух солей при равных условиях в большей степени подвергается гидролизу: NaCN или NaClO; MgCl2 или ZnCl2? Почему? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.
217.Составьте ионно-молекулярное и молекулярное уравнения гидролиза соли, раствор которой имеет: а) щелочную реакцию; б) кислую реакцию.
218.Какое значение рН (>7<) имеют растворы следующих солей: К3РО4, Pb(NO3)2, Na2S? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.
219.Какие из солей К2СО3, FeCl3, K2SO4, ZnCl2 подвергаются гидролизу? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Какое значение рН (> 7 <) имеют растворы этих солей?
220.При смешивании растворов Al2(SO4)3 и Na2S каждая из взятых солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты. Выразите этот совместный гидролиз ионно-молекулярным и молекулярным уравнениями.
КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 2