Ионные реакции в растворе

Реакции ионного обмена - это реакции между ионами, образовавшимися в результате диссоциации электролитов.

Согласно теории электролитической диссоциации все реакции в водных растворах электролитов являются реакциями между ионами. Они называются ионными реакциями, а уравнения этих реакций - ионными уравнениями. Они проще уравнений реакций, записанных в молекулярной форме, и имеют более общий характер.

При составлении ионных уравнений реакций следует руководствоваться тем, что вещества малодиссоциированные, малорастворимые (выпадающие в осадок) и газообразные записываются в молекулярной форме. Знак ↓, стоящий при формуле вещества, обозначает, что это вещество уходит из сферы реакции в виде осадка, знак ↑ обозначает, что вещество удаляется из сферы реакции в виде газа. Сильные электролиты, как полностью диссоциированные, записывают в виде ионов. Сумма электрических зарядов левой части уравнения должна быть равна сумме электрических зарядов правой части.

Ионными уравнениями могут быть изображены любые реакции, протекающие в растворах между электролитами. Если при таких реакциях не происходит изменения зарядов ионов (не изменяется степень окисления), то они называются ионообменными.

Правила составления ионных уравнений реакций:

1. Нерастворимые в воде соединения (простые вещества, оксиды, некоторые кислоты, основания и соли) не диссоциируют.

2. В реакциях используют растворы веществ, поэтому даже малорастворимые вещества находятся в растворах в виде ионов.

3. Если малорастворимое вещество образуется в результате реакции, то при записи ионного уравнения его считают нерастворимым.

4. Сумма электрических зарядов ионов в левой и правой части уравнения должна быть одинаковой.

Порядок составления ионных уравнений реакции:

1. Записывают молекулярное уравнение реакции

MgCl₂ + 2AgNO₃ = 2AgCl + Mg(NO₃)₂

2. Определяют растворимость каждого из веществ в воде с помощью таблицы растворимости

pастворим MgCl₂

pастворимо AgNO₃

нерастворим AgCl

pастворим Mg(NO₃)₂

3. Записывают уравнения диссоциации растворимых в воде исходных веществ и продуктов реакции:

MgCl₂ = Mg²⁺ + 2Cl^-

AgNO₃ = Ag⁺ + NO₃^-

Mg(NO₃)₂ = Mg²⁺ + 2NO₃^-

4. Записывают полное ионное уравнение реакции

Mg²⁺ + 2Cl^- + 2Ag⁺ + 2NO₃^- = 2AgCl↓ + Mg²⁺ + 2NO₃^-

5. Составляют сокращенное ионное уравнение, сокращая одинаковые ионы с обеих сторон:

Mg²⁺ + 2Cl^- + 2Ag⁺ + 2NO₃^- = 2AgCl↓ + Mg²⁺ + 2NO₃^-

Ag⁺ + Cl^- = AgCl↓

Условия необратимости реакций ионного обмена:

1. Если образуется осадок (↓) (смотри таблицу растворимости 2.6)

Pb(NO₃)₂ + 2KI = PbI₂↓ + 2KNO₃

Pb²⁺ + 2I^- = PbI₂↓

2. Если выделяется газ (↑)

Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂O + CO₂↑

CO₃^2- + 2H⁺ = H₂O + CO₂↑

3. Если образуется малодиссоциированное вещество (H₂O)

Ca(OH)₂ + 2HNO₃ = Ca(NO₃)₂ + 2H₂O

H⁺ + OH^- = H₂O

3а. Если образуются комплексные соединения (малодиссоциированные комплексные ионы)

CuSO₄ • 5H₂O + 4NH₃ = [Cu(NH₃)₄]SO₄ + 5H₂O

Cu²⁺ + 4NH₃ = [Cu(NH₃)₄]²⁺

Таблица 2.6. Таблица растворимости солей, кислот и оснований в воде

анион	OH^-	NO₃^-	Cl^-	S^2-	SO₃^2-	SO₄^2-	CO₃^2-	SiO₃^2-	PO₄^3-	CH₃COO^-
катион
H⁺	P	P	P	P	P	P	P	H	P	P
NH₄⁺	P	P	P	P	P	P	P	–	P	P
K⁺	P	P	P	P	P	P	P	P	P	P
Na⁺	Р	P	P	P	P	P	P	P	P	P
Ag⁺	-	P	H	H	M	M	H	H	H	P
Ba²⁺	M	P	P	P	M	H	H	H	H	P
Ca²⁺	M	P	P	–	M	M	H	H	H	P
Mg²⁺	H	P	P	–	P	P	H	H	H	P
Zn²⁺	H	P	P	H	M	P	H	H	H	P
Cu²⁺	–	P	P	H	–	P	–	–	H	P
Hg²⁺	H	P	P	H	–	–	H	–	H	P
Pb²⁺	H	P	M	H	H	M	H	H	H	P
Fe²⁺	H	P	P	H	M	P	H	H	H	P
Fe³⁺	H	P	P	H	–	P	–	–	H	P
Al³⁺	H	P	P	–	–	P	–	–	H	P

P - растворимое ( >1 г в 100 г воды);

M - малорастворимое (0,001 г - 1г в 100 г воды);

H - нерастворимое (< 0,001 г в 100 г воды);

– - разлагается водой или не существует.

Пример 1. Напишите уравнения реакций между растворами хлорида железа (III) и гидроксида натрия в молекулярной и ионной формах.

Разобьем решение задачи на четыре этапа.

1. Запишем уравнение реакции в молекулярной форме:

FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃ + 3NaCl

2. Перепишем это уравнение, изобразив хорошо диссоциирующие вещества в виде ионов:

Fe^З+ + 3Cl^- + 3Nа⁺ + 3ОН^- = Fе(ОН)₃↓ + 3Nа⁺ + 3Cl^-

Это ионное уравнение реакции.

3. Исключим из обеих частей ионного уравнения одинаковые ионы, т.е. ионы, не участвующие в реакции (они подчеркнуты):

Fe³⁺ + 3Cl^- + 3Na⁺ + 3ОН^- = Fе(ОН)₃↓ + 3Na⁺+ 3Cl^-.

4. Запишем уравнение реакции в окончательном виде:

Fe³⁺ + 3ОН^- = Fe(OH)₃↓

Это сокращенное ионное уравнение реакции. Как видно из этого уравнения, сущность реакции сводится к взаимодействию ионов Fe³⁺ и ОН^-, в результате чего образуется осадок Fе(ОН)₃. При этом вовсе не имеет значения, в состав каких электролитов входили эти ионы до их взаимодействия.