Химическая реакция в молекулярном и ионном виде. Составление уравнений реакций ионного обмена

Сбалансируйте полное молекулярное уравнение. Прежде чем приступить к записи ионного уравнения, следует сбалансировать исходное молекулярное уравнение. Для этого необходимо расставить соответствующие коэффициенты перед соединениями, так чтобы число атомов каждого элемента в левой части равнялось их количеству в правой части уравнения.

• Запишите число атомов каждого элемента по обе стороны уравнения.
• Добавьте перед элементами (кроме кислорода и водорода) коэффициенты, так чтобы количество атомов каждого элемента в левой и правой части уравнения было одинаковым.
• Сбалансируйте атомы водорода.
• Сбалансируйте атомы кислорода.
• Пересчитайте количество атомов каждого элемента по обе стороны уравнения и убедитесь, что оно одинаково.
• Например, после балансировки уравнения Cr + NiCl 2 --> CrCl 3 + Ni получаем 2Cr + 3NiCl 2 --> 2CrCl 3 + 3Ni.

Определите, в каком состоянии находится каждое вещество, которое участвует в реакции. Часто об этом можно судить по условию задачи. Есть определенные правила, которые помогают определить, в каком состоянии находится элемент или соединение.

Определите, какие соединения диссоциируют (разделяются на катионы и анионы) в растворе. При диссоциации соединение распадается на положительный (катион) и отрицательный (анион) компоненты. Эти компоненты затем войдут в ионное уравнение химической реакции.

Посчитайте заряд каждого диссоциировавшего иона. При этом помните, что металлы образуют положительно заряженные катионы, а атомы неметаллов превращаются в отрицательные анионы. Определите заряды элементов по таблице Менделеева. Необходимо также сбалансировать все заряды в нейтральных соединениях.

SO 4 2- + Ba 2+ → BaSO 4 ↓

Алгоритм:

Подбираем к каждому иону противоион, пользуясь таблицей растворимости, чтобы получилась нейтральная молекула – сильный электролит.

1. Na 2 SO 4 + BaCl 2 → 2 NaCl + BaSO 4

2. BaI 2 + K 2 SO 4 → 2KI + BaSO 4

3. Ba(NO 33) 2 + (NH 4) 2 SO 4 → 2 NH 4 NO 3 + BaSO 4

Ионные полные уравнения:

1. 2 Na + + SO 4 2- + Ba 2- + 2 Cl‾ → 2 Na + + 2 Cl‾ + BaSO 4

2. Ba 2+ + 2 I‾ + 2 K + + SO 4 2- → 2 K + + 2 I‾ + BaSO 4

3. Ba 2+ + 2 NO 3 ‾ + 2 NH 4 + + SO 4 2- → 2 NH 4 + + 2 NO 3 ‾ + BaSO 4

Вывод: к одному краткому уравнению можно составить множество молекулярных уравнений.

ТЕМА 9. ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ

Гидролиз солей – ионообменная реакция соли с водой, приводя-

от греч. «гидро» щая к образованию слабого электролита (либо

Вода, «лизис» - слабого основания, либо слабой кислоты) и изме-

разложение нению среды раствора.

Любую соль можно представить как продукт взаимодействия основания с

кислотой.

Сильное Слабое Сильная Слабая может быть образована

1. LiOH NH 4 OH или 1. Н 2 SO 4 все осталь- 1. Сильным основанием и

2. NaOH NH 3 · H 2 O 2. HNO 3 ные слабой кислотой.

3. KOH все осталь - 3. HCl 2. Слабым основанием и

4. RbOH ные 4. HBr сильной кислотой.

5. CsOH 5. HI 3. Слабым основанием и

6. FrOH 6. HClO 4 слабой кислотой.

7. Ca(OH) 2 4. Сильным основанием и

8. Sr(OH) 2 сильной кислотой.

9. Ва(ОН) 2

СОСТАВЛЕНИЕ ИОННО-МОЛЕКУЛЯРНЫХ УРАВНЕНИЙ ГИДРОЛИЗА.

РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ: «ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ»

Задача № 1.

Составить ионно-молекулярные уравнения гидролиза соли Na 2 CO 3 .

Алгоритм Пример

1. Составить уравнение диссо-

циации соли на ионы. Na 2 CO 3 → 2Na + + CO 3 2- Na + →NaOН - сильное

2. Проанализировать, каким CO 3 2- →H 2 CO 3 - слабая

Основанием и какой кисло-

той образована соль. продукт

3. Сделать вывод, какой сла- гидролиза

бый электролит – продукт

гидролиза.

4. Написать уравнения гидроли-

I ступень.

А) составить краткое ионное I. а) CO 3 2- + H + │OH ‾ HCO 3 ‾ + OH ‾

уравнение, определить среду

раствора. pH>7, щелочная среда

Б) составить полное ионное б) 2Na + +CO 3 2- +HOH Na + +HCO 3 ‾ +Na + +OH ‾

уравнение, зная, что молеку-

ла – электронейтральная ча-

стица, подобрать к каждому

иону противоион.

В) составить молекулярное в) Na 2 CO 3 + HOH NaHCO 3 + NaOH

уравнение гидролиза.

Гидролиз протекает ступенчато, если слабое основание – многокислотное, а слабая кислота – многоосновная.

II ступень (см. алгоритм выше NaHCO 3 Na + + HCO 3 ‾

1, 2, 3, 4а, 4б, 4в). II. а) HCO 3 ‾ + HOH H 2 CO 3 + OH ‾

Б) Na + + HCO 3 ‾ H 2 CO 3 + Na + + OH ‾

В) NaHCO 3 + HOH H 2 CO 3 + NaOH

Вывод: соли, образованные сильными основаниями и слабыми кислотами подвергаются частичному гидролизу (по аниону), среда раствора щелочная (рН>7).

Задача № 2.

Составить ионно-молекулярные уравнения гидролиза соли ZnCl 2 .

ZnCl 2 → Zn 2+ + 2 Cl ‾ Zn 2+ → Zn(OH) 2 – слабое основание

Cl ‾ → HCl – сильная кислота

I. а) Zn 2+ + H + /OH ‾ ZnOH + + H + среда кислая, рН<7

Б) Zn 2+ + 2 Cl ‾ + HOH ZnOH + + Cl ‾ + H + + Cl ‾

В) ZnCl 2 + HOH ZnOHCl + HCl

II. а) ZnOH + + HOH Zn(OH) 2 + H +

Б) ZnOH + + Cl ‾ + HOH Zn(OH) 2 + H + + Cl ‾

В) ZnOHCl + HOH Zn(OH) 2 + HCl

Вывод: соли, образованные слабыми основаниями и сильными кислотами подвергаются частичному гидролизу (по катиону), среда раствора кислая.

Задача № 3.

Составить ионно-молекулярные уравнения гидролиза соли Al 2 S 3 .

Al 2 S 3 → 2 Al 3+ + 3 S 2- Al 3+ → Al(OH) 3 – слабое основание

S 2- → H 2 S – слабая кислота

а), б) 2 Al 3+ + 3 S 2- + 6 HOH → 2 Al(OH) 3 ↓ + 3 H 2 S

в) Al 2 S 3 + 6 H 2 O → 2 Al(OH) 3 + 3 H 2S S

Вывод: соли, образованные слабыми основаниями и слабыми кислотами подвергаются полному (необратимому) гидролизу, среда раствора близка к нейтральной.

2.6 Ионно-молекулярные уравнения

При нейтрализации любой сильной кислоты любым сильным основанием на каждый моль образующейся воды выделяется около 57,6 кДж теплоты:

НСl + NaOH = NaCl + H 2 O + 57,53 кДж

НNO 3 + КОН = КNO 3 + H 2 O +57,61 кДж

Это говорит о том, что подобные реакции сводятся к одному процессу. Уравнение этого процесса мы получим, если рассмотрим подробнее одну из приведенных реакций, например, первую. Перепишем ее уравнение, записывая сильные электролиты в ионной форме, поскольку они существуют в растворе в виде ионов, а слабые- в молекулярной, поскольку они находятся в растворе преимущественно в виде молекул (вода - очень слабый электролит):

Н + + Cl - + Na + + ОН - = Na + + Cl - + H 2 O

Рассматривая получившееся уравнение, видим, что в ходе реакции ионы Na + и Cl - не претерпели изменений. Поэтому перепишем уравнение еще раз, исключив эти ионы из обеих частей уравнения. Получим:

Н + + ОН - = H 2 O

Таким образом, реакции нейтрализации любой сильной кислоты любым сильным основанием сводятся к одному и тому же процессу - к образованию молекул воды из ионов водорода и гидроксид-ионов. Ясно, что тепловые эффекты этих реакций тоже должны быть одинаковы.

Строго говоря, реакция образования воды из ионов обратима, что можно выразить уравнением

Н + + ОН - ↔ H 2 O

Однако, как мы увидим ниже, вода - очень слабый электролит, и диссоциирует лишь в ничтожно малой степени. Иначе говоря, равновесие между молекулами воды и ионами сильно смещено в сторону образования молекул. Поэтому практически реакция нейтрализации сильной кислоты сильным основанием протекает до конца.

При смешивании раствора какой-либо соли серебра с соляной кислотой или с раствором любой ее соли всегда образуется характерный белый творожистый осадок хлорида серебра:

AgNO 3 + НС1 = AgCl↓ + HNO 3

Ag 2 SO 4 + CuCl 2 = 2AgCl↓ + CuSO 4

Подобные реакции также сводятся к одному процессу. Для того чтобы получить его ионно-молекулярное уравнение, перепишем, например, уравнение первой реакции, записывая сильные электролиты, как и в предыдущем примере, в ионной форме, а вещество, находящееся в осадке, в молекулярной:

Ag + + NO 3 - + Н + + С1 - = AgCl↓+ Н + + NO 3 -

Как видно, ионы Н + и NO 3 - не претерпевают изменений в ходе реакции. Поэтому исключим их и перепишем уравнение еще раз:

Ag + + С1 - = AgCl↓

Это и есть ионно-молекулярное уравнение рассматриваемого процесса.

Здесь также надо иметь в виду, что осадок хлорида серебра находится в равновесии с ионами Ag + и С1 - в растворе, так что процесс, выраженный последним уравнением, обратим:

Ag + + С1 - ↔ AgCl↓

Однако, вследствие малой растворимости хлорида серебра, это равновесие очень сильно смещено вправо. Поэтому можно считать, что реакция образования AgCl из ионов практически доходит до конца.

Образование осадка AgCl будет наблюдаться всегда, когда в одном растворе окажутся в значительной концентрации ионы Ag + и С1 - .Поэтому с помощью ионов серебра можно обнаружить присутствие в растворе ионов С1 - и, обратно, с помощью хлорид-ионов - присутствие ионов серебра; ион С1 - может служить реактивом на ион Ag + , а ион Ag + - реактивом на ион С1 .

В дальнейшем мы будем широко пользоваться ионно-молекулярной формой записи уравнений реакций с участием электролитов.

Для составления ионно-молекулярных уравнений надо знать, какие соли растворимы в воде и какие практически нерастворимы. Общая характеристика растворимости в воде важнейших солей приведена в табл.2.

Ионно-молекулярные уравнения помогают понять особенности протекания реакций между электролитами. Рассмотрим в качестве примера несколько реакций, протекающих с участием слабых кислот и оснований.

Таблица 2. Растворимость важнейших солей в воде

Как уже говорилось, нейтрализация любой сильной кислоты любым сильным основанием сопровождается одним и тем же тепловым эффектом, так как она сводится к одному и тому же процессу - образованию молекул воды из ионов водорода и гидроксид-иона. Однако при нейтрализации сильной кислоты слабым основанием, слабой кислоты сильным или слабым основанием тепловые эффекты различны. Напишем ионно-молекулярные уравнения подобных реакций.

Нейтрализация слабой кислоты (уксусной) сильным основанием (гидроксидом натрия):

СН 3 СООН + NaOH = CH 3 COONa + Н 2 О

Здесь сильные электролиты- гидроксид натрия и образующаяся соль, а слабые - кислота и вода:

СН 3 СООН + Na + + ОН - = СН 3 СОО - + Na + + Н 2 О

Как видно, не претерпевают изменений в ходе реакции только ионы натрия. Поэтому ионно-молекулярное уравнение имеет вид:

СН 3 СООН + ОН - = СН 3 СОО - + Н 2 О

Нейтрализация сильной кислоты (азотной) слабым основанием (гидроксидом аммония):

HNO 3 + NH 4 OH = NH 4 NO 3 + Н 2 О

Здесь в виде ионов мы должны записать кислоту и образующуюся соль, а в виде молекул - гидроксид аммония и воду:

Н + + NO 3 - + NH 4 OH = NH 4 - + NH 3 - + Н 2 О

Не претерпевают изменений ионы NO 3 - . Опуская их, получаем ионно-молекулярное уравнение:

Н + + NH 4 OH= NH 4 + + Н 2 О

Нейтрализация слабой кислоты (уксусной) слабым основанием (гидроксидом аммония):

СН 3 СООН + NH 4 OH = CH 3 COONH 4 + Н 2 О

В этой реакции все вещества, кроме образующейся соли,- слабые электролиты. Поэтому ионно-молекулярная форма уравнения имеет вид:

СН 3 СООН + NH 4 OH =СН 3 СОО - + NH 4 + + Н 2 О

Сравнивая между собой полученные ионно-молекулярные уравнения, видим, что все они различны. Поэтому понятно, что неодинаковы и теплоты рассмотренных реакций.

Реакции нейтрализации сильных кислот сильными основаниями, в ходе которых ионы водорода и гидроксид-ионы соединяются в молекулу воды, протекают практически до конца. Реакции же нейтрализации, в которых хотя бы одно из исходных веществ - слабый электролит и при которых молекулы малодиссоциирующих веществ имеются не только в правой, но и в левой части ионно-молекулярного уравнения, протекают не до конца. Они доходят до состояния равновесия, при котором соль сосуществует с кислотой и основанием, от которых она образована. Поэтому уравнения подобных реакций правильнее записывать как обратимые реакции:

СН 3 СООН + ОН - ↔ СН 3 СОО - + Н 2 О

Н + + NH 4 OH↔ NH 4 + + Н 2 О

СН 3 СООН + NH 4 OH ↔ СН 3 СОО - + NH 4 + + Н 2 О

С другими растворителями рассмот­ренные закономерности сохраняются, но имеются и отступления от них, например на кривых λ-с часто наблюдается минимум (аномальная электропроводность). 2. Подвижность ионов Свяжем электропроводность электролита со скоростью движе­ния его ионов в электрическом поле. Для вычисления электропро­водности достаточно подсчитать число ионов, ...

При изучении синтеза новых материалов и процессов ионного транспорта в них. В чистом виде такие закономерности наиболее четко прослеживаются при исследовании монокристаллических твердых электролитов. В то же время при использовании твердых электролитов в качестве рабочих сред функциональных элементов необходимо учитывать, что нужны материалы заданного вида и формы, например в виде плотной керамики...

17-25 кг/т алюми­ния, что на ~ 10-15 кг/т выше по сравнению с результатами для пес­чаного глинозёма. В глинозёме, используемом для производства алюминия, должно содержаться минимальное количество соединений железа, кремния, тяжелых металлов с меньшим потенциалом выделения на катоде, чем алюминий, т.к. они легко восстанавливаются и перехо­дят в катодный алюминий. Нежелательно также присутствие в...

Инструкция

В левой части уравнения запишите вещества, вступающие в химическую реакцию. Их называют «исходными веществами». В правой части, соответственно, образовавшиеся вещества («продукты реакции»).

Количество атомов всех элементов в левой и правой части реакции должно быть . При необходимости, «уравновешивание» количества произведите путем подбора коэффициентов.

При написании уравнения химической реакции, сначала убедитесь, что она вообще возможна. То есть, что ее протекание не противоречит известным физико-химическим правилам и свойствам веществ. Например, реакция:

NaI + AgNO3 = NaNO3 + AgI

Она протекает быстро и до конца, в ходе реакции образуется нерастворимый светло-желтый осадок йодистого серебра. А обратная реакция:

AgI + NaNO3 = AgNO3 + NaI - невозможна, хоть и записана правильными символами, и количество атомов всех элементов в левой и правой части одинаково.

Запишите уравнение в «полной» форме, то есть, используя их молекулярные формулы. Например, реакцию образования осадка сульфата :

BaCl2 + Na2SO4 = 2NaCl + BaSO4

А можете ту же реакцию записать в ионной форме:

Ba 2+ + 2Cl- + 2Na+ + SO4 2- = 2Na+ + 2Cl- + BaSO4

Точно так же можно записать в ионной форме уравнение другой реакции. Запомните, что каждая молекула растворимого (диссоциирующего) вещества записывается в ионном виде, одинаковые ионы в левой и правой части уравнения исключаются.

Касательная к кривой - прямая, которая прилегает к этой кривой в заданной точке, то есть проходит через нее так, что на небольшом участке вокруг этой точки можно без особой потери точности заменить кривую на отрезок касательной. Если эта кривая является графиком функции, то касательную к ней можно построить по специальному уравнению.

Инструкция

Предположим, что у вас есть график некоторой функции. Через две точки, лежащие на этом , можно провести прямую. Такая прямая, пересекающая график заданной функции в двух точках, называется секущей.

Если, оставляя первую точку на месте, постепенно двигать в ее направлении вторую точку, то секущая постепенно станет поворачиваться, стремясь к какому-то определенному положению. В конце концов, когда две точки сольются в одну, секущая будет плотно прилегать к вашему в этой единственной точке. Иными , секущая превратится в касательную.

Любая наклонная (то есть не вертикальная) прямая на координатной плоскости является графиком уравнения y = kx + b. Секущая, проходящая через точки (x1, y1) и (x2, y2), должна, таким образом, соответствовать условиям:
kx1 + b = y1, kx2 + b = y2.
Решая эту систему двух линейных уравнений, получаем: kx2 - kx1 = y2 - y1. Таким образом, k = (y2 - y1)/(x2 - x1).

Когда расстояние между x1 и x2 стремится к нулю, разности превращаются в дифференциалы. Таким образом, в уравнении касательной, проходящей через точку (x0, y0) коэффициент k будет равен ∂y0/∂x0 = f′(x0), то есть значению производной от функции f(x) в точке x0.

Чтобы узнать коэффициент b, подставим уже вычисленное значение k в уравнение f′(x0)*x0 + b = f(x0). Решая это уравнение относительно b, мы получим, что b = f(x0) - f′(x0)*x0.

В качестве примера рассмотрим уравнение касательной к функции f(x) = x^2 в точке x0 = 3. Производная от x^2 равна 2x. Следовательно, уравнение касательной приобретает вид:
y = 6*(x - 3) + 9 = 6x - 9.
Правильность этого уравнения легко

При растворении в воде не все вещества имеют способность проводить электрический ток. Те соединения, водные растворы которых способны проводить электрический ток называются электролитами . Электролиты проводят ток за счет так называемой ионной проводимости, которой обладают многие соединения с ионным строением (соли, кислоты, основания). Существуют вещества, имеющие сильнополярные связи, но в растворе при этом подвергаются неполной ионизации (например, хлорид ртути II) – это слабые электролиты. Многие органические соединения (углеводы, спирты), растворенные воде, не распадаются на ионы, а сохраняют свое молекулярное строение. Такие вещества электрический ток не проводят и называются неэлектролитами .

Приведем некоторые закономерности, руководствуясь которыми можно определить к сильным или слабым электролитам относится то или иное соединение:

1. Кислоты . К сильным кислотам из наиболее распространенных относятся HCl, HBr, HI, HNO 3 , H 2 SO 4 , HClO 4 . Почти все остальные кислоты – слабые электролиты.
2. Основания . Наиболее распространенные сильные основания – гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов (исключая Be). Слабый электролит – NH 3 .
3. Соли. Большинство распространенных солей – ионных соединений, — электролиты сильные. Исключения составляют, в основном, соли тяжелых металлов.

Теория электролитической диссоциации

Электролиты, как сильные, так и слабые и даже очень сильно разбавленные не подчиняются закону Рауля и . Имея способность к электропроводности, значения давления пара растворителя и температуры плавления растворов электролитов будут более низкими, а температуры кипения более высокими по сравнению с аналогичными значениями чистого растворителя. В 1887 г С. Аррениус, изучая эти отклонения, пришел к созданию теории электролитической диссоциации.

Электролитическая диссоциация предполагает, что молекулы электролита в растворе распадаются на положительно и отрицательно заряженные ионы, которые названы соответственно катионами и анионами.

Теория выдвигает следующие постулаты:

1. В растворах электролиты распадаются на ионы, т.е. диссоциируют. Чем более разбавлен раствор электролита, тем больше его степень диссоциации.
2. Диссоциация — явление обратимое и равновесное.
3. Молекулы растворителя бесконечно слабо взаимодействуют (т.е. растворы близки к идеальным).

Разные электролиты имеют различную степень диссоциации, которая зависит не только от природы самого электролита, но природы растворителя, а также концентрации электролита и температуры.

Степень диссоциации α , показывает какое число молекул n распалось на ионы, по сравнению с общим числом растворенных молекул N :

α = n/ N

При отсутствии диссоциации α = 0, при полной диссоциации электролита α = 1.

С точки зрения степени диссоциации, по силе электролиты делятся на сильные (α > 0,7), средней силы (0,3 > α > 0,7), слабые (α < 0,3).

Более точно процесс диссоциации электролита характеризует константа диссоциации , не зависящая от концентрации раствора. Если представить процесс диссоциации электролита в общем виде:

A a B b ↔ aA — + bB +

K = a · b /

Для слабых электролитов концентрация каждого иона равна произведению α на общую концентрацию электролита С таким образом, выражение для константы диссоциации можно преобразовать:

K = α 2 C/(1-α)

Для разбавленных растворов (1-α) =1, тогда

K = α 2 C

Отсюда нетрудно найти степень диссоциации

Ионно–молекулярные уравнения

Рассмотрим пример нейтрализации сильной кислоты сильным основанием, например:

HCl + NaOH = NaCl + HOH

Процесс представлен в виде молекулярного уравнения . Известно, что как исходные вещества, так и продукты реакции в растворе полностью ионизированы. Поэтому представим процесс в виде полного ионного уравнения :

H + + Cl — +Na + + OH — = Na + + Cl — + HOH

После «сокращения» одинаковых ионов в левой и правой частях уравнения получаем сокращенное ионное уравнение:

H + + OH — = HOH

Мы видим, что процесс нейтрализации сводится к соединению H + и OH — и образованию воды.

При составлении ионных уравнений следует помнить, что в ионном виде записываются только сильные электролиты. Слабые электролиты, твердые вещества и газы записываются в их молекулярном виде.

Процесс осаждения сводится к взаимодействию только Ag + и I — и образованию нерастворимого в воде AgI.

Чтобы узнать способно ли интересующее нас вещество растворяться в воде, необходимо воспользоваться таблицей нерастворимости.

Рассмотрим третий тип реакций, в результате которой образуется летучее соединение. Это реакции взаимодействия карбонатов, сульфитов или сульфидов с кислотами. Например,

При смешении некоторых растворов ионных соединений, взаимодействия между ними может и не происходить, например

Итак, подводя итог, отметим, что химические превращения наблюдаются в случаях, если соблюдается одно из следующих условий:

• Образование неэлектролита . В качестве неэлектролита может выступать вода.
• Образование осадка.
• Выделение газа.
• Образование слабого электролита, например уксусной кислоты.
• Перенос одного или нескольких электронов. Это реализуется в окислительно – восстановительных реакциях.
• Образование или разрыв одной или нескольких .