Хімія. Повторне видання. 9 клас. Попель

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 11. Реакції обміну між електролітами в розчині

Матеріал параграфа допоможе вам:

поповнити свої знання про реакції обміну за участю електролітів;
передбачати можливість перебігу реакції обміну.

Розглянуті в § 10 реакції належать до реакцій обміну. Вам відомо, що реакція такого типу можлива, якщо її продукт є малорозчинною або нерозчинною речовиною, газом чи слабкою кислотою. Тепер додамо, що реакція відбувається і тоді, коли утворюється слабкий електроліт, у тому числі й вода.

Цікаво знати

Деякі солі можуть взаємодіяти одна з одною в розплавленому стані.

Отже, для з’ясування можливості перебігу реакції обміну потрібно використати відомості про розчинність і силу електролітів. Нагадуємо, що ряд кислот, розміщених за їхньою здатністю до дисоціації, наведено на форзаці II. Необхідно також знати, що галогеноводневі кислоти HF, НСl, НВr, НІ, сульфідна H₂S, нітратна ΗΝΟ₃— леткі кислоти, карбонатна Н₂СО₃ і сульфітна H₂SO₃ — нестійкі, а силікатна кислота H₂SiO₃ — нерозчинна у воді.

Пропонуємо вам здійснити реакції обміну за участю розчинів сполук різних класів.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 4

Реакції обміну між електролітами у водних розчинах, що супроводжуються утворенням осаду

Налийте в пробірку 1-2 мл розчину ферум(ІІІ) хлориду і додайте такий самий об’єм розчину натрій гідроксиду. Що спостерігаєте?

Здійсніть також реакцію між розчинами кальцій хлориду і натрій карбонату. Який зовнішній ефект взаємодії двох солей?

Складіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій.

Експеримент із осадження різнобарвних сульфідів під час реакцій обміну подивіться за покликанням у QR-коді.

http://academia-pc.com.ua/video/h9/1.mp4

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 5

Реакції обміну між електролітами у водних розчинах, що супроводжуються виділенням газу

Налийте в пробірку 1-2 мл розчину натрій карбонату і додавайте до нього невеликими порціями розбавлену нітратну кислоту. Що відбувається?

Здійсніть також реакцію між дуже розбавленими розчинами натрій сульфіту та сульфатної кислоти. Зафіксуйте появу запаху газу, який утворюється.

Складіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 6

Реакції обміну між електролітами у водних розчинах, що супроводжуються утворенням води

Налийте в пробірку 1 мл розчину натрій гідроксиду, додайте одну краплю розчину фенолфталеїну і невеликими порціями за допомогою піпетки додавайте розбавлену нітратну кислоту, поки не зникне забарвлення індикатора. Вміст пробірки періодично перемішуйте скляною паличкою або струшуванням.

Здійсніть також реакцію між розчинами калій гідроксиду і сульфатної кислоти (за наявності фенолфталеїну або іншого індикатора).

Поясніть результати спостережень. Складіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій.

Зверніть увагу на йонно-молекулярні рівняння, записані вами після виконання дослідів. Кожне з них указує на те, що під час реакції обміну кількість йонів у розчині зменшується.

Розглянемо випадок, коли реакція обміну між електролітами не відбувається. Якщо злити, наприклад, розчини натрій гідроксиду (луг) і калій хлориду (сіль), то жодних змін або зовнішніх ефектів не помітимо. Розчин залишиться безбарвним; із нього не виділятимуться ні осад, ні газ. Складаючи йонно-молекулярне рівняння, з’ясовуємо, що його ліва і права частини однакові:

NaOH + КСl = KOH + NaCl;

Na⁺ + ОН^- + К⁺ + Сl^- = К⁺ + ОН^- + Na⁺ + Сl^-.

Утворений розчин містить усі йони, які були в розчинах натрій гідроксиду і калій хлориду. Отже, ці сполуки не взаємодіють одна з одною.

Викладений у параграфі матеріал стосується реакцій обміну, у яких обидва реагенти — розчинні й сильні електроліти. Якщо вихідна сполука не розчиняється у воді або є слабкою кислотою, то висновок про можливість перебігу реакції роблять після здійснення відповідного експерименту.

ВИСНОВКИ

Реакція обміну між електролітами в розчині відбувається, якщо серед її можливих продуктів є нерозчинна або малорозчинна сполука, газ чи слабкий електроліт.

Під час реакції обміну кількість йонів у розчині зменшується.

76. У яких випадках реакція обміну є можливою?

77. Запишіть формули продуктів реакцій і складіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння:

а) Nі(NO₃)₂ + КОН → ... ;
б) ZnCl₂+ Na₂S → ...;
в) МnСO₃ + H₂SO₄→ ... .

78. Допишіть схеми реакцій, складіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння:

a) Ba(NО₃)₂+ ... → HNО₃ + ...;
б) К₂СО₃ + ... → K₂SO₄ + ...;
в) Na[Al(OH)₄] + ... → ... + АlСl₃ + Н₂O.

79. Чи можлива реакція у водному розчині між сполуками з такими формулами:

a) Ba(NO₃)₂і H₂S;
б) LiOH і НВr;
в) НСl і KNO₃;
г) К₂СO₃ і Ва(ОН)₂?

Відповіді аргументуйте. Напишіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій, які відбуваються.

80. Які йони не можуть одночасно перебувати у водному розчині:

a) SO₄^2-і Сl^-;
б) Са²⁺ і РO₄^3-;
в) Аl³⁺iОН^-;
г) Na⁺ і Ва²⁺;
д) Рb²⁺ і NO₃^-;
e) Cu²⁺i S^2-?

81. Укажіть сполуки, з якими взаємодіє у водному розчині ферум(ІІ) сульфат:

а) хлоридна кислота;
б) калій гідроксид;
в) натрій сульфід;
г) барій нітрат;
д) вуглекислий газ.

82. Доберіть по дві пари різних електролітів, які реагують у розчині з утворенням:

а) алюміній гідроксиду;
б) силікатної кислоти;
в) ферум(ІІ) карбонату.

Напишіть відповідні молекулярні та йонно-молекулярні рівняння. Зважте на те, що серед силікатів розчинні у воді солі Натрію і Калію.

ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ

Гідроліз солей

Якщо в розчин кальцинованої соди, або натрій карбонату, Na₂CO₃додати краплю розчину фенолфталеїну, то індикатор набуде малинового забарвлення. Це вказує на наявність у розчині йонів ОН^-. Оскільки в солі таких йонів немає, робимо висновок: натрій карбонат взаємодіє з водою, і одним із продуктів цієї реакції є натрій гідроксид:

Na₂CO₃ + Н₂О = NaOH + ...

Можна припустити, що другий продукт — карбонатна кислота. Ви знаєте, що вона нестійка і розкладається з утворенням вуглекислого газу. Однак виділення газу з розчину соди не спостерігаємо. Отже, другим продуктом реакції є інша речовина.

Зіставлення кількості атомів кожного елемента у формулах двох реагентів і натрій гідроксиду вказує на утворення водночас із лугом кислої солі¹ — натрій гідрогенкарбонату NaHCO₃:

Na₂CO₃ + Н₂О = NaOH + NaHCO₃.

¹ Кисла сіль — продукт неповного заміщення атомів Гідрогену в молекулі кислоти на атоми (точніше — йони) металічного елемента.

Відомо, що з водою реагує лише незначна частина соди. Водночас відбувається зворотна реакція — між сполуками NaOH і NaHCO₃(її продукти — Na₂CO₃ і вода). Тому в хімічному рівнянні записуємо знак оборотності:

Na₂CO₃ + Н₂О ⇄ NaOH + NaHCO₃.

Розглянута реакція є реакцією обміну. Щоправда, обмін речовин своїми складниками неповний: лише половина йонів Натрію у вихідній солі обмінюється на атоми Гідрогену.

Реакцію обміну між сіллю і водою називають реакцією гідролізу².

² Термін походить від грецьких слів hydör — вода і lysis — розпад.

Установлено, що з водою здатні взаємодіяти солі, утворені слабкими основами або слабкими кислотами (сода — сіль слабкої карбонатної кислоти). Середовище розчину солі зумовлює сильний електроліт, від якого походить сіль (у нашому випадку — натрій гідроксид); він утворюється під час її гідролізу. Наприклад, розчини солей K₂S, Na₂SiO₃ мають лужне середовище, а розчини солей ZnCl₂, CuSO₄ — кисле.

Тепер ми можемо пояснити, чому в клітинках таблиці розчинності, які відповідають деяким солям, є позначка #. Кожна із цих солей походить від слабкої основи й слабкої кислоти і тому зазнає повного гідролізу:

Al₂S₃ + 6Н₂О = 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑.