3. Реакции ионного обмена.

(Задачи №№ 41 – 80)

Реакции ионного обмена - это реакции связывания ионов, завершающиеся образованимем летучего, труднорастворимого или любого слабодиссоциирующего соединения. Поэтому , записывая уравнение реакции ионного обмена, необходимо рассматривать состояние каждого электролита в растворе, а именно: сильные электролиты должны быть представлены в виде ионов (как они есть), а слабые электролиты в молекуклярной форме.

.Пример 3.1. Взаимодействие уксусной кислоты с гидроксидом натрия: CH₃COOH+NaOH=CH₃COONa+H₂O

Уксусная кислота СН₃СООН - слабая кислота (практически все органические кислоты - слабые). Поэтому ионы, из которых она состоит, в основном , находятся в связанном состоянии. В связи с этим, в уравнении реакции уксусную кислоту нужно записать в том виде, в каком она есть, т. е. в молекулярной форме. Второй участник реакции – NaOH - сильный электролит (гидроксид щелочного металла). Следовательно, в уравнении его нужно записать в виде ионов. Продукты реакции: CH₃COONa-растворимая соль, диссоциирует полностью, следовательно в уравнении реакции должна быть записана в виде ионов.

Результатом проведенного анализа состояния каждого из электролитов является правильная форма записи уравнения реакции: CH₃COOH+Na⁺ +OH^- =CH₃COO^- +Na⁺ +H₂O.

Данное уравнение, отражающее состояние электролитов в растворе, называется ионно- молекулярным уравнением. После исключения ионов Na⁺, не изменяющихся в ходе реакции, ионно-молекулярное уравнение записывается в окончательном (сокращённом) виде:CH₃COOH+OH^- =CH₃COO^- +H₂O.

Итак, при оформлении любой реакции ионного обмена, протекающей в растворе, необходимо записать 3 уравнения: молекулярное уравнение, развёрнутое ионно-молекулярное уравнение и сокращённое ионно- молекулярное уравнение.

Если изначально реакция ионного обмена выражена сокращённым ионно-молекулярным уравнением и задача заключается в составлении молекулярного уравнения, необходимо помнить, что источниками свободных ионов являются сильные электролиты. Поэтому ионы, представленные в сокращённом ионно-молекулярном уравнении, в молекулярном уравнении записываются в составе соответствующих сильных электролитов; слабые электролиты записываются так, как они есть.

Для проверки правильности решения, (после составления молекулярного уравнения) записывается развёрнутое ионно-молекулярное уравнение и затем сокращённое. Если конечный результат совпадает с заданным сокращённым ионно-молекулярным уравнением, решение верно, если нет, то в молекулярном уравнении нужно вновь проанализировать силу каждого электролита и правильность отражения их силы в развёрнутом ионно- молекулярном уравнении. Рассмотрим это на примерах:

Пример 3.2. Записать 2 молекулярных уравнения, соответствующих ионно-молекулярному уравнению реакции ионного обмена: Ва²⁺ + СО₃^2- = ВаСО₃.

Рассматриваем первое из возможных молекулярных уравнений:

BaCl₂ + H₂CO₃ = BaCO₃ + 2HCl.

Из электролитов, фигурирующих в молекулярном уравнении реакции, BaCl₂ - сильный как хорошо растворимая соль, Н₂СО₃ - слабый, т.к. в этой кислоте степень окисления кислотообразующего элемента-углерода-равна +4 (меньше +6), ВаСО₃ - слабый как труднорастворимая соль и НСl - одна из трёх сильных бескислородных кислот. В соответствии с этим развёрнутое ионно- молекулярное уравнение реакции записывается следующим образом:

Ва²⁺ + 2C l^- + Н₂СО₃ = ВаСО₃ + 2Н ⁺+2Cl ^-.

После исключения из уравнения не изменяющихся в ходе реакции хлорид-ионов получаем итоговое ионно-молекулярное уравнение:

Ва²⁺ + Н₂СО₃ = ВаСО₃ +2Н ⁺.

Как видно, полученный результат не соответствует заданному уравнению: Ва²⁺ + СО₃^2- = ВаСО₃. Следовательно, выбор электролитов для молекулярного уравнения ошибочен и решение неверно.

Второе возможное молекулярное уравнение:

Ва(ОН)₂ + К₂СО₃= ВаСО₃+ 2КОН.

В этом уравнении Ва(ОН)₂ - сильное основание как гидроксид щелочноземельного металла, К₂СО₃ -сильный электролит как хорошо растворимая соль, ВаСО₃ - труднорастворимая соль и потому является слабым электролитом и КОН - сильное основание как гидроксид щелочного металла. В связи с этим развёрнутое ионно-молекулярное уравнение записывается:

Ва²⁺ + 2ОН^- +2К⁺ + СО₃^2- =ВаСО₃+ 2К⁺ + 2ОН^-.

После исключения не участвующих в реакции ионов К⁺ и ОН^- получаем сокращённое ионно-молекулярное уравнение реакции:

Ва²⁺ + СО₃^2- = ВаСО₃.

Поскольку полученное итоговое ионно-молекулярное уравнение идентично заданному, выбор электролитов для молекулярного уравнения сделан правильно.

Ещё одно возможное молекулярное уравнение:

Ba(NO₃)₂+ Na₂CO₃=BaCO₃+ 2NaNO₃.

В выбранном молекулярном уравнении 3 соли: Ba(NO₃)₂, Na₂CO₃, NaNO₃ - сильные электролиты ввиду их растворимости в воде; BaCO₃-слабый электролит как труднорастворимая соль. Поэтому ионно-молекулярное уравнение должно быть записано в виде:

Ва²⁺+ 2NO₃^- + 2Na⁺ + CO₃^2- =BaCO₃+ 2Na⁺ + 2NO₃^-.

Исключая из уравнения не участвующие в реакции ионы Na⁺ и NО₃^-, получаем сокращённое ионно-молекулярное уравнение реакции:

Ва²⁺+ СО₃^2- = ВаСО₃.

Получили результат, аналогичный заданному. Следовательно, выбор электролитов для молекулярного уравнения произведён правильно.

Итак, правильными решениями поставленной задачи являются второе и третье молекулярные уравнения.

Пример 3.3. Составить молекулярное уравнение реакции ионного обмена, соответствующее ионно-молекулярному уравнению: HCN+ OH^- =CN^- +H₂O.

В молекулярном уравнении слабый электролит HCN записывается как он есть-в молекулярном виде, а источником свободных ионов ОН^- должно быть сильное основание, например, КОН. Соответственно этому, молекулярное уравнение записывается:

HCN + КOH = КCN + H₂O.

Для проверки правильности решения составляется ионно- молекулярное уравнение:

HCN + К⁺ +OH ^- =К⁺ + CN^- + H₂O.

После исключения из уравнения ионов К⁺, не участвующих в реакции, получается итоговое сокращённое ионно-молекулярное уравнение:

HCN + OH ^- = CN ^- +H₂O.

Как видно, результат аналогичен заданному условием, следовательно решение верно.