§ 12. Реакції обміну між розчинами електролітів. Йонні рівняння

Опанувавши зміст параграфа, ви будете

знати умови перебігу йонних реакцій;
уміти складати рівняння реакцій обміну між електролітами в розчині; записувати повні та скорочені йонні рівняння.

Ви вже знаєте, що електроліти під дією води розпадаються на йони. Отже, реакції між електролітами у розчині відбуваються за участю йонів. Взаємодію йонів у розчині називають йонною реакцією.

З'ясуємо за допомогою демонстраційних дослідів, за яких умов електроліти взаємодіють між собою.

У демонстраційну колбу наливаємо розчин купрум(ІІ) нітрату і добавляємо розчин натрій гідроксиду. Випадає синій осад нерозчинної основи — купрум(ІІ) гідроксиду (мал. 23):

Cu(NO₃)₂ + 2NaOH = Cu(OH)₂↓ + 2NaNO₃

Мал. 23. Утворення осаду

Це хімічне рівняння можна написати у так званій йонній формі. Для цього треба формули розчинних сильних електролітів записати у вигляді тих йонів, на які вони дисоціюють у водному розчині, а формули слабких електролітів, у цьому разі нерозчинної речовини Cu(OH)₂, залишити незмінними:

Cu²⁺+ 2NO^-₃ + 2Na⁺+ 2ОН^- = Cu(OH)₂↓ + 2Na⁺+ 2NO^-₃

Такий запис називають повним йонним рівнянням. Якщо в ньому скоротити однакові йони у правій і лівій частинах рівняння (подібні члени), то дістанемо скорочене йонне рівняння:

Cu²⁺ + 2OH^- = Сu(ОН)₂↓

Це рівняння показує, що реакція між купрум(ІІ) нітратом і натрій гідроксидом зводиться до взаємодії йонів Купрум(ІІ) і гідроксид-іонів. Це супроводжується утворенням нерозчинної речовини купрум(ІІ) гідроксиду, яка випадає в осад синього кольору. Очевидно, що йони Na⁺ та NO^-₃ участі в реакції не беруть.

Виконайте лабораторні досліди.

Лабораторний дослід 2

Реакція обміну між електролітами у водних розчинах, що відбувається з утворенням осаду

Налийте у пробірку приблизно 2 мл розчину натрій сульфату і добавте стільки само розчину барій хлориду. Що спостерігається? Чому? Користуючись таблицею розчинності (див. додаток), складіть рівняння реакції та запишіть його у повній і скороченій йонних формах. Порівняйте записане вами з наведеним прикладом.

Na₂SO₄ + ВаСl₂ = 2NaCl + BaSO₄↓

2Na⁺ + SO^2-₄ + Ba²⁺ + 2Cl^- = 2Na⁺ + 2Cl^- + BaSO₄↓

Ba²⁺ + SO^2-₄ = BaSO₄↓

Зробіть висновок, яка умова забезпечила необоротність цієї реакції. Зрозуміло, що це — утворення осаду.

Лабораторний дослід 3

Реакція обміну між електролітами, що відбувається з виділенням газу

Покладіть у пробірку невеликі шматочки мармуру або крейди (обережно, аби не розбити дно) і долийте трохи хлоридної кислоти. Що спостерігається? Чому? Складіть рівняння реакції, запишіть його у повній і скороченій йонних формах. Перевірте правильність своїх записів:

CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O

CaCO₃ + 2H⁺ + 2Cl^- = Ca²⁺ + 2Cl^- + CO₂↑ + H₂O

CaCO₃ + 2H⁺ = Ca²⁺ + CO₂↑ + H₂O

Зробіть висновок, яка умова в цьому разі сприяла необоротності реакції. Зрозуміло, що це — виділення вуглекислого газу СО₂ й утворення слабкого електроліту Н₂О.

Лабораторний дослід 4

Реакція обміну між електролітами, що відбувається з утворенням води

Налийте у пробірку 2—3 мл розчину натрій гідроксиду і добавте 1—2 краплини розчину фенолфталеїну. Що спостерігається? Чому? Що засвідчує поява малинового забарвлення розчину? Добавляйте по краплинах хлоридну кислоту до зникнення забарвлення. Складіть рівняння реакції, запишіть його у повній і скороченій йонних формах. Перевірте правильність своїх записів.

NaOH + HCl = NaCl + H₂O

Na⁺ + OH^- + H⁺ + Cl^- = Na⁺ + Cl^- + H₂O

H⁺ + OH^- = H₂O

Зробіть висновок, за якої умови ця реакція відбулася до кінця, стала необоротною. Зрозуміло, що за умови утворення води — слабкого електроліту.

Зверніть увагу, що в йонних рівняннях прийнято записувати у недисоційованій формі формули малорозчинних, нерозчинних речовин і тих, що є газами або слабкими електролітами. Саме з цієї причини йонні рівняння інколи називають йонно-молекулярними. Чи правильно це? Адже в осад випадають нерозчинні солі або основи, що молекул не містять, оскільки вони є йонними сполуками.

Висновки

• Реакції у розчинах електролітів відбуваються до кінця, тобто стають практично необоротними в тому разі, якщо йони, що беруть участь у реакції, повністю або частково видаляються зі сфери взаємодії. Таке трапляється, якщо серед утворених речовин є малорозчинні, нерозчинні сполуки, що випадають в осад, гази, вода або інші слабкі електроліти.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Напишіть три рівняння реакції нейтралізації та виведіть для них спільне скорочене йонне рівняння.

2. Укажіть, які реактиви треба взяти, щоб реакція відбулася згідно зі скороченою йонною формою рівняння реакції:

Cr³⁺ + 3ОН^- = Сr(ОН)₃↓

А Cr₂(SO₄)₃і Н₂О →
Б Сr₂О₃ і НСl →
В СrСl₃ і NaOH →
Г Сr₂О₃ і КОН →

3. Користуючись таблицею розчинності (див. додаток), напишіть повні й скорочені йонні рівняння реакцій (якщо вони відбуваються) для таких пар речовин:

NaCl + AgNO₃
K₂SO₄ + BaCl₂→
FeSO₄+ KOH →
K₂CO₃+ СаСl₂ →
NaCl + K₂SO₄→
Ba(NO₃)₂ + MgCl₂→

4. Напишіть рівняння реакцій, що відповідають таким скороченим йонним формам рівнянь реакцій:

Ba²⁺ + СО^2-₃ = BaCO₃↓
3Mg²⁺ + 2PO^3-₄ = Mg₃(ΡΟ₄)₂↓
Fe²⁺ + 2OH^- = Fe(OH)₂_↓
Ba²⁺ + SO^2-₄ = BaSO₄↓

5. Укажіть пару йонів, що беруть участь у хімічній реакції між розчинами аргентум(І) нітрату і калій хлориду:

А K⁺і Ag⁺
Б K⁺і NO^-₃
В K⁺ і Cl^-
Г Ag⁺ і Cl^-

Додаткові завдання

6. Необоротною реакцією (чи реакціями) є така, що відбувається до кінця внаслідок зливання розчинів. Укажіть її:

А між калій хлоридом і натрій нітратом
Б між калій гідроксидом і хлоридною кислотою
В між сульфатною кислотою й натрій карбонатом
Г між ферум(ІІІ) сульфатом і натрій гідроксидом

7. Доведіть за допомогою рівнянь реакцій, які йони можуть, а які не можуть перебувати в розчині водночас: Ag⁺, Ca²⁺, Fe²⁺, Na⁺, NO^-₃, Cl^-, OH^-. Чому?

8. Укажіть, якій взаємодії відповідає скорочене йонне рівняння

2Н⁺ + СО^2-₃ = Н₂О + СО₂↑: