Теория
Согласно теории электролитической диссоциации при растворении в воде электролиты диссоциируют (распадаются) на положительные и отрицательные ионы. А если в растворе одновременно присутствуют несколько веществ – электролитов, то образуется несколько катионов и анионов, и тогда между противоположно заряженными ионами возможно взаимодействие с образованием новых веществ.
Реакции между ионами называются ионными реакциями, а уравнения этих реакций – ионными уравнениями.
Реакции, протекающие в растворах электролитов, без изменения степеней окисления, называются ионнообменными.
В соответствии с правилом Бертолле реакции обмена протекают до конца только тогда, когда образуются твердое малорастворимое соединение (осадок), легколетучее вещество (газ) или малодиссоциирующее соединение (очень слабый электролит, в том числе и вода).
Реакции обмена в растворе принято изображать тремя уравнениями:
· молекулярным уравнением
· полным ионным уравнением
· сокращенным ионным уравнением
При написании ионных уравнений следует обязательно руководствоваться таблицей растворимости кислот, оснований и солей в воде, т.е. обязательно проверять растворимость реагентов и продуктов, отмечая это в уравнениях.
В ионных уравнениях формулы веществ записываются в виде ионов или в виде молекул.
В виде ионов записывают формулы сильных кислот, сильных оснований, растворимых в воде солей.
В виде молекул записывают формулы воды, слабых кислот, слабых оснований, малорастворимых солей, амфотерных гидроксидов, оксидов, газообразных веществ.
В уравнениях реакций ставят знак ↓, если среди продуктов реакции есть осадок – нерастворимые или малорастворимые вещества. Знак ↑ показывает газообразные или летучие веества.
Реакции обмена в водных растворах электролитов могут быть:
1) практически необратимыми, т.е. протекать до конца;
2) обратимыми, т.е. протекать одновременно в двух противоположных направлениях.
Примеры реакций ионного обмена.
1. Реакции с образованием малорастворимых веществ, выпадающих в осадок.
AgNO3 + NaCl = AgCl↓ + NaNO3
Ag+ + NO3- + Na+ + Cl- = AgCl↓ + Na+ + NO3-
Ag+ + Cl- = AgCl↓
Эта реакция обмена необратима, потому что один из продуктов уходит из раствора в виде нерастворимого вещества.
2. Реакции, идущие с образованием малодиссоциирующих веществ (слабых электролитов).
NaOH + HNO3 = NaNO3 + H2O
Na+ + OH- + H+ + NO3- = Na+ + NO3- + H2O
OH- + H+ = H2O
В результате реакции нейтрализации ины водорода и гидроксид-ионы образуют малодиссоциирующие молекулы воды. Процесс нейтрализации идет до конца, т.е. эта реакция необратима.
3. Реакции, протекающие с образованием газообразных веществ.
NaOH + NH4Cl = NaCl + NH3↑ + H2O
Na+ +OH- + NH4 + + Cl- = Na+ + Cl- + NH3↑ + H2O
OH- + NH4 + = NH3↑ + H2O
Эта реакция обмена необратима, потому что образуется газ аммиак и малодиссоциирующее вещество вода.
4. Реакции обмена, если среди исходных веществ имеются слабые электролиты или малорастворимые вещества, являются обратимыми, т.е. до конца не протекают.
Cu(OH)2 + 2HCl ↔ CuCl2 + 2H2O
Cu(OH)2 + 2H+ + 2Cl- ↔ Cu2+ + 2Cl- + 2H2O
Cu(OH)2 + 2H+ ↔ Cu2+ + 2H2O
Если исхоными веществами реакций обмена являются сильные электролиты, которые при взаимодействии не образуют малорастворимых или малодиссоциирующих веществ, то такие реакции не протекают. При смешивании их растворов образуется смесь ионов, которые не соединяются друг с другом. Примером может служить реакция между хлоридом натрия и нитратом кальция. Уравнения таких реакций обмена не записывают.
Таким образом, реакции ионного обмена идут в направлении связывания ионов.
Порядок выполнения работы
Оборудование и реактивы:
Штатив с пробирками, растворы сульфата меди (II), хлорида кальция, сульфата алюминия, гидроксида натрия, нитрата бария, сульфита натрия, карбоната натрия, серной кислоты, хлорида железа (III), фенолфталеина.
Реакции, идущие с образованием осадка
Опыт № 1.
Налейте в пробирку 3 – 4 мл раствора сульфата меди (II) и добавьте немного раствора гидроксида натрия.
Запишите наблюдения ______________________________________________________________
Составьте уравнения реакции в молекулярном, полном ионном и сокращенном ионном виде:
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Вывод:
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Опыт № 2.
Налейте в пробирку 3 – 4 мл раствора сульфата алюминия и добавьте немного раствора нитрата бария.
Запишите наблюдения _______________________________________________________________
Составьте уравнения реакции в молекулярном, полном ионном и сокращенном ионном виде:
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Вывод: ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Реакции, идущие с выделение газа
Опыт № 3
Налейте в пробирку 3 – 4 мл раствора сульфита натрия и добавьте столько же раствора серной кислоты.
Запишите наблюдения _______________________________________________________________
Составьте уравнения реакции в молекулярном, полном ионном и сокращенном ионном виде:
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Вывод:
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Опыт № 4
Налейте в пробирку 3 – 4 мл раствора карбоната натрия и добавьте столько же раствора серной кислоты.
Запишите наблюдения _______________________________________________________________
Составьте уравнения реакции в молекулярном, полном ионном и сокращенном ионном виде:
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Вывод: ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Реакции, идущие с образованием малодиссоциирующего вещества
Опыт № 5
Налейте в пробирку 3 – 4 мл раствора гидроксида натрия и добавьте 2 – 3 капли раствора фенолфталеина. Затем прилейте раствор серной кислоты.
Запишите наблюдения _______________________________________________________________
Составьте уравнения реакции в молекулярном, полном ионном и сокращенном ионном виде:
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Вывод:
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Контрольные вопросы
1. Какие реакции называются ионными?
2. В каких случаях реакции ионного обмена протекают до конца?
3. В каком направлении протекают реакции ионного обмена?
4. Объясните, почему в опытах № 1 и № 2 образовались осадки?
5. Объясните, почему в опытах № 3 и № 4 выделились газообразные вещества?
6. Какими еще кислотами можно было подействовать на растворы сульфита натрия и карбоната натрия (в опытах № 3 и № 4), чтобы получить аналогичные результаты?
7. Объясните, почему в опыте № 5 произощло обесцвечивание? Как называется реакция между щелочью и сильной кислотой?
8. Объясните, почему в пятом опыте сущность этой реакции нельзя выразить сокращенным ионным уравнением?
9. В каких случаях реакции ионного обмена в растворах электролитов являются обратимыми?
10. В каких случаях реакции ионного обмена в растворах электролитов являются необратимыми?
11. В каких случаях реакции ионного обмена в растворах электролитов не протекают?
12. Формулы каких веществ в ионных уравнениях записывают в виде ионов?
13. Формулы каких веществ в ионных уравнениях записывают в виде молекул?