Хімія. Повторне видання. 9 клас. Ярошенко

§ 15. Практичне використання знань про реакції йонного обміну. Практична робота 1. Реакції йонного обміну між електролітами у водних розчинах

Уміння користуватися таблицею розчинності для складання рівнянь реакції йонного обміну, прогнозування можливостей перебігу хімічних реакцій між двома попарно взятими розчинами електролітів є важливою предметною компетентністю тих, хто вивчає хімію. Виконання завдань практичної роботи 1 з рубрики «Учнівський експеримент» сприятиме її формуванню в кожного з вас.

Учнівський експеримент

Практична робота 1

Реакції йонного обміну між електролітами у водних розчинах

Завдання 1. Користуючись таблицею розчинності, передбачте, як з магній хлориду можна добути реакцією йонного обміну аргентум(І) хлорид. Своє передбачення перевірте експериментально. Складіть молекулярне та йонні рівняння реакції.

Завдання 2. Вам видано розчини сульфатної кислоти, натрій нітрату, барій нітрату, натрій карбонату. Користуючись таблицею розчинності, встановіть, між якими попарно взятими речовинами відбудуться хімічні реакції. Виконайте відповідні досліди і складіть молекулярні та йонні рівняння реакцій.

Завдання 3. Дослідним шляхом перевірте, чи можна добути вуглекислий газ реакцією обміну між натрій карбонатом і калій хлоридом.

Завдання 4. Запропонуйте свій варіант добування натрій карбонату реакцією йонного обміну.

Завдання 5. Користуючись таблицею розчинності, доберіть електроліти та проведіть реакції обміну, перебіг яких описується поданими скороченими йонними рівняннями.

Н+ + ОН- = Н2О

Mg2+ + SiO32- = МgSiО3

Аl3+ + 3ОН- = Аl(ОН)3

Результати спостережень, молекулярні та йонні рівняння проведених реакцій запишіть у зошиті для практичних робіт.

На підставі проведених дослідів та одержаних результатів сформулюйте висновки про перебіг реакцій йонного обміну.

Сторінка ерудита

Хоча вода й дуже слабкий електроліт, проте в окремих випадках вона вступає в реакцію йонного обміну із солями. Розглянемо два приклади.

Виготовимо два розчини — алюміній хлориду АІСІ3 у дистильованій воді та калій карбонату К2СО3 у дистильованій воді. Випробуємо їх індикатором метиловим оранжевим. У розчині алюміній хлориду індикатор виявить кислотне середовище. Це є свідченням наявності в розчині солі катіонів Гідрогену Н+.

У розчині калій карбонату індикатор виявить лужне середовище. Це є свідченням наявності в розчині солі гідроксид-аніонів ОН-.

Складемо рівняння електролітичної дисоціації цих солей:

АlСl3 = Аl3+ + 3Cl-

К2СО3 = 2К+ + СО32-.

Вони свідчать, що алюміній хлорид дисоціює без утворення катіонів Гідрогену, а калій карбонат — без утворення гідроксид-аніонів ОН-.

Тоді чому в обох випадках індикатори змінювали колір? Пояснюється це перебігом реакцій йонного обміну між розглянутими солями та водою.

Гідроліз солей — це реакція йонного обміну між сіллю та водою, що супроводжується асоціацією одного з йонів солі з протилежним йому за знаком йоном (Н+ чи ОН-), на які дисоціює вода.

Не всі солі піддаються гідролізу. Гідроліз характерний лише для солей, що утворені із сильного електроліту (основи) і слабкого електроліту (кислоти), або навпаки — сильного електроліту (кислоти) і слабкого електроліту (основи). Зв’язуванню підлягатимуть йони слабкого електроліту.

Звернемося до таблиці розчинності й переконаємося, що алюміній гідроксид Аl(ОН)3 — слабкий електроліт, тоді як хлоридна кислота НСl — сильна кислота. Отже, утворена ними сіль алюміній хлорид АlСl3 вступатиме в хімічну взаємодію з водою. Відбудеться зв’язування йонів Алюмінію, якому відповідає слабкий електроліт алюміній гідроксид Аl(ОН)3. Катіон Алюмінію Аl3+ сполучиться з протилежним йому за знаком гідроксид-іоном ОН-, утвореним унаслідок дисоціації води.

Зверніть увагу! Як і електролітична дисоціація, гідроліз відбувається ступінчасто й найповніше — за першим ступенем.

Напишемо повне йонне рівняння реакції гідролізу алюміній хлориду за першим ступенем.

Аl3+ + 3Сl- + Н2О ⇄ АlОН2+ + Н+ + 3Сl-

Скоротивши однакові йони, дістанемо скорочене йонне рівняння реакції гідролізу алюміній хлориду за першим ступенем.

Аl3+ + Н2О ⇄ АlОН2+ + Н+

Тепер стає зрозумілим, чому розчин солі алюміній хлориду має не нейтральне середовище, а кислотне.

Калій карбонат К2СО3 можна розглядати як продукт взаємодії сильного електроліту калій гідроксиду КОН і слабкого електроліту карбонатної кислоти Н2СО3. Гідроліз відбуватиметься в напрямку асоціації (з’єднання) йонів слабкого електроліту, тобто аніонів СО32- з катіоном Н+, утвореним унаслідок дисоціації води.

+ + СО32- + Н2О ⇄ 2К+ + НСО3- + ОН-

Як бачимо, унаслідок утворення аніона НСО3- в розчині накопичуються гідроксид-аніони ОН-. Тому індикатор і виявив лужне середовище.

Реакції гідролізу солей — це ще один доказ того, що розчинення речовин у воді є складним фізико-хімічним процесом.

В організмі людини відбувається гідроліз ди- та полісахаридів, білків, жирів та інших речовин. Обов’язковою умовою взаємодії цих речовин з водою є наявність біокаталізаторів — ферментів.

Поміркуйте й зробіть висновок про те, чи відбудеться реакція йонного обміну між водою та сіллю, утвореною сильним електролітом (лугом) і сильним електролітом (кислотою). При нагоді перевірте своє передбачення експериментальним шляхом.

Застосовуємо

63. Складіть формули електролітів, скориставшись таким переліком йонів:

Ag+, S2-, Вr-, РО43-, Fe2+, ОН-, Na+.

64. За скороченим йонним рівнянням 3Zn2+ + 2РО43- → Zn3(PO4)2 складіть два молекулярні рівняння реакцій.

65*. Чи можна стверджувати, що кожній з поданих схем відповідає лише по одному молекулярному рівнянню реакції?

Цинк нітрат + ? → цинк сульфід + ?

? + натрій гідроксид → плюмбум(ІІ) гідроксид + ?

Підтвердіть свою думку записами молекулярних, повних і скорочених йонних рівнянь реакцій.