Тема 7. Ионные реакции в растворах электролитов
Некоторые вещества при растворении в воде распадаются на ионы. Процесс распада вещества на ионы называется диссоциацией. Вещества, распадающиеся на ионы в растворах или расплавах и потому проводящие электрический ток, называются электролитами. Электролитами являются растворы кислот, оснований и солей. Всякий электролит диссоциирует на катион (положительно заряженный ион) и анион (отрицательно заряженный ион). В общем виде процесс диссоциации записывается так: КА = К+ + А- .
Кислоты – это электролиты, при диссоциации которых в качестве катионов образуются только катионы водорода
HCl = H+ + Cl- .
Основаниями называются электролиты, при диссоциации которых в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы.
КОН = К+ + ОН-.
Солями называют электролиты, при диссоциации которых образуются катионы металлов (или катион аммония) и анионы кислотных остатков.
Na2SO4 = 2Na+ + SO42- KHCO3 = K+ + HCO3- ZnOHCl = ZnOH+ + Cl-
Различают электролиты сильные и слабые. Сильные электролиты полностью диссоциируют на ионы. Слабые электролиты диссоциируют лишь частично. В растворах слабых электролитов наряду с ионами присутствуют и молекулы., причем молекулы преобладают. Вода также является очень слабым электролитом.
Н2О <=> Н+ + ОН-
В чистой воде концентрация ионов водорода равна концентрации ионов гидроксила [Н+] = [ОН-] = 10-7. Очень часто вместо величины концентрации ионов водорода используют водородный показатель – рН. рН = -lg[Н+]. Для нейтрального раствора рН=7, для кислого раствора, где преобладают ионы водорода рН<7, для щелочного раствора, в котором повышена концентрация гидроксогрупп рН>7.
Большая скорость многих химических реакций в растворах электролитов объясняется тем, что они протекают не между молекулами, а между ионами. Для выявления сущности химических реакций их удобнее записывать не в молекулярном, а в ионно-молекулярном виде. Ионные уравнения отражают состояние электролита в растворе. В этих уравнениях сильные растворимые электролиты записывают в виде ионов, поскольку они полностью диссоциированы, 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. При написании ионных уравнений следует помнить:
1.формулы сильных электролитов пишут в виде ионов. К сильным электролитам принадлежат все растворы солей, а также растворы следующих наиболее часто встречающихся кислот и оснований: HCl, HBr, HI, H2SO4, HNO3, HClO4, HMnO4, LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2, Sr(OH)2;
2.формулы слабых электролитов и малорастворимых веществ следует писать в виде молекул.
Пример 1. Написать ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия между водными растворами следующих веществ: а) NaOH и HCl; б) Pb(NO3)2 и Na2S; в) Na2CO3 и H2SO4; г)NaClO и HNO3
Решение. Запишем уравнения взаимодействия указанных веществ в молекулярном виде:
а) NaOH + HCl = NaCl + H2O
б) Pb(NO3)2 + Na2S = PbS + 2NaNO3
в) Na2CO3 + H2SО4 = Na2SO4 + H2O + CO2
г) NaClO + HNO3 = NaNO3 + HClO
Отметим, что взаимодействие этих веществ возможно, так как в результате происходит связывание ионов с образованием слабых электролитов (H2O, HClO), осадка (PbS), и газа (CO2). Записываем эти молекулярные реакции в ионно-молекулярном виде.
а) H+ + Cl- + Na+ + OH- = Na+ + Cl- + H2O
б) Pb2+ + NO3-+ 2Na+ + S2- = PbS + 2Na+ + 2NO3-
в) 2Na+ + CO32- + 2H+ + SO42- = 2Na+ + SO42- + H2O + CO2
г) Na+ + ClO- + H+ + NO3- = Na+ + NO3- + HClO
Исключив одинаковые ионы из обеих частей равенства а) Na+ и Cl- б) Na+ и NO3- в) Na+ и SO42- г) Na+ и NO3- , получим сокращенные ионно-молекулярные уравнения соответствующих реакций:
а) H+ + OH- = H2O
б) Pb2+ + S2- = PbS
в) 2H+ + CO32- = H2O + CO2
г) H+ + ClO- = HClO
Пример 2. Составьте молекулярные уравнения реакций, которым соответствуют следующие ионно-молекулярные уравнения.
а) SO32- + 2H+ = SO2 + H2O
б) Ca2+ + CO32- = CaCO3
в) ZnOH+ + H+ = Zn2+ + H2O
В левой части 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) CaCl2 + K2CO3 = CaCO3 + 2KCl
в) ZnOHCl + HCl = ZnCl2 + H2O
Контрольные вопросы
121. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) K2S и HCl; б) FeSO4 и (NH4)2S; в) Cr(OH)3 и KOH.
122. Составьте по три молекулярных уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:
а) Cu2+ + S2- = CuS
б) SiO32- + 2H+ = H2SiO3
123. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) Sn(OH)2 и HCl; б) BeSO4 и KOH; в) NH4Cl и Ba(OH)2
124. Какие из перечисленных веществ: KHCO3, CH3COOH, NiSO4, Na2S - взаимодействуют с раствором серной кислоты? Напишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения этих реакций.
125. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) AgNO3 и K2CrO4 ; б) Pb(NO3)2 и KI; в) CdSO4 и Na2S.
126. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между а) KHCO3 и H2SO4 ; б) Zn(OH)2 и NaOH ;в) CaCl2 и AgNO3.
127. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:
а) CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + H2O + CO2
б) Al(OH)3 + OH- = AlO2– + 2H2O
в) Pb2+ + 2I- = PbI2
128. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) CdS и HCl; б) Cr(OH)3 и NaOH; в) Ba(OH)2 и CoCl2
129. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) H2SO4 и Ba(OH)2 ; б) FeCl3 и NH4OH; в) CH3COONa и HCl
130. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:
а) Fe(OH)3 + 3H+ = Fe3+ + 3H2O
б) Cd2+ + 2OH- = Cd(OH)2
в) H+ + NO2- = HNO2
131. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:
а) Zn2+ + H2S = ZnS + 2H+
б) HCO3- + H+ =H2O+ CO2
в) Ag+ + Cl- = AgCl
132. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между а) Na3PO4 и CaCl2; б) Zn(OH)2 и KOH; в) K2CO3 и BaCl2
133. Какие из веществ: NaCl, NiSO4, Be(OH)2, KHCO3 — взаимодействуют с раствором гидроксида натрия. Напишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения этих реакций.
134. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) NiSO4 и (NH4)2S; б) MgCO3 и HNO3; в) FeCl3 и KOH;
135. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:
а) Be(OH)2 + 2OH = BeO22- + 2H2O
б) CH3COO- + H+ = CH3COOH
в) Ba2+ + SO42- = BaSO4
136. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) Be(OH)2 и NaOH; б) Cu(OH)2 и HNO3; в) ZnOHNO3 и HNO3
137. Составьте по три молекулярных уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями
а) Mg2+ + CO32- = MgCO3
б) H+ + OH- = H2O
138. Какие из веществ: Pb(OH)2, Ba(OH)2, H2SO4 будут взаимодействовать с гидроксидом калия? Выразите эти реакции молекулярными и ионно-молекулярными уравнениями.
139. Напишите по два молекулярных уравнения для реакций, которые выражаются следующими ионно-молекулярными уравнениями:
а) Cu2+ + 2OH- = Cu(OH)2
б) Ba2+ + SO42- = BaSO4
140. Составьте молекулярные уравнения реакций, которым соответствуют следующие ионно-молекулярные уравнения:
а) Cu2+ + H2S = CuS + 2H+
б) NH4+ + OH- = NH4OH
в) CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + CO2 + H2O