Смещение равновесий в ионных реакциях

Направление ионных реакций

Реакции в растворах электролитов протекают между ионами и идут в сторону образования газообразных или малорастворимых веществ (см. прил., табл. 6), или слабых электролитов.

Например, при добавлении щелочи в раствор хлорида меди образуется осадок Cu(OH)₂:

CuCl₂ + 2NaOH = Cu(OH)₂¯+ 2NaCl,

Cu²⁺ + 2Cl^-+ 2Na⁺+ 2OH^-= Cu(OH)₂¯ + 2Na⁺+ 2Cl^-.

(полное ионно-молекулярное уравнение)

Равновесие сдвигается вправо из-за образования осадка Cu(OH)₂. Сокращенное ионное уравнение отражает сущность ионной реакции:

Cu ²⁺ + 2OH^- = Cu(OH)₂¯.

Пример реакции, которая протекает в сторону образования одновременно газообразного продукта CO₂ и мало диссоциирующего вещества Н₂О:

K₂CO₃ + 2HCl =2KCl + H₂O + CO₂­;

2K⁺+ CO₃^2-+ 2H⁺+ 2Cl^-= 2K⁺+ 2Cl^-+ H₂O + CO₂­;

CO₃^2-+ 2H⁺= H₂O + CO₂­.

Пример ионной реакции, протекающей в сторону образования мало диссоциирующего электролита, например H₂O:

2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2H₂O;

2Na⁺+ 2OH^-+ 2H⁺+ SO₄^2-= 2Na⁺ + SO₄^2-+ 2H₂O;

H⁺ + OH^- = H₂O.

В ионных или ионно-молекулярных уравнениях реакций с участием электролитов сильные растворимые электролиты, поскольку они полностью диссоциированы, записывают в виде ионов, а слабые электролиты, малорастворимые и газообразные вещества, записывают в виде молекул.

Суммы электрических зарядов в левой и правой частях ионно-молекулярных уравнений должны быть равны.

Ионное произведение воды

Вода является очень слабым электролитом, диссоциирующим по уравнению Н₂О « Н⁺+ ОН^-.

Константа диссоциации воды при 22°С равна:

Kд = =1,8×10^-16.

Доля молекул воды, диссоциированных на ионы, настолько мала, что концентрацию недиссоциированных молекул можно считать постоянной и равной числу молей воды в литре, т.е.

[H₂O]= =55,56 моль/л.

Молярная масса воды равна 18 г/моль.

Подставив это значение в выражение константы диссоциации, получим

[H⁺]×[OH^-]=1,8×10^-16×55,56=10^-14.

Эта постоянная величина называется ионным произведением воды (К_Н2О); она не зависит от присутствия в воде других ионов (но зависит от температуры). Всякий водный раствор, как и чистая вода, содержит ионы Н⁺и ОН^-и ни в каком случае [H⁺] или [OH^-] не могут быть равны нулю, так как при этом их произведение должно обратиться в нуль.

При растворении в воде какой-либо кислоты концентрация катионов водорода [H⁺] увеличивается, а концентрация [OH^-] уменьшается, и наоборот. Величина ионного произведения при этом постоянная [H⁺]×[OH^-]=10^-14.

При диссоциации чистой воды

[H⁺]=[OH^-]= =1×10^-7моль/л.

В кислой среде [H⁺]>[OH^-], [H⁺]>1∙10^-7 моль/л и соответственно [OH^-]<1∙10^-7 моль/л. Например, при [HCl]=0,1 моль/л рН=1.

В щелочной среде [H⁺]<[OH^-], [H⁺]<1∙10^-7 моль/л и соответственно [OH^-]>1∙10^-7 моль/л. Например, при [KOH]=0,1 моль/л рН=13.