§ 8. Химические свойства солей как электролитов

Определения и обозначения

Электролитическая диссоциация — распад соли в водном растворе на положительно и отрицательно заряженные ионы. Положительные частицы называют катионами, отрицательные — анионами. Это понятие нужно, чтобы объяснить проводимость раствора и записывать состав соли в ионном виде.

Реакция ионного обмена — реакция между электролитами, в которой ионы обмениваются составными частями. Например, катион одного вещества может соединиться с анионом другого. Такое определение помогает увидеть сущность реакции, не ограничиваясь записью молекулярных формул.

Полное ионное уравнение — запись реакции с указанием всех реально присутствующих в растворе ионов. Растворимые сильные электролиты в нём показывают распавшимися на частицы. Полная запись нужна как промежуточный шаг для проверки состава и поиска ионов-спутников.

Сокращённое ионное уравнение — запись только тех ионов, которые непосредственно участвуют в образовании осадка, газа или слабого электролита. Ионы, не изменившиеся во время реакции, удаляют из обеих частей. Такое уравнение показывает настоящую химическую сущность процесса.

Как это устроено

Раствор соли проводит ток, потому что вода разделяет частицы соли на подвижные ионы. В электрическом поле катионы движутся к отрицательному электроду, а анионы — к положительному. Именно поэтому свойства раствора определяются не неподвижной кристаллической решёткой соли, а столкновениями и превращениями ионов в воде.

Сначала по формулам растворимых веществ составляют молекулярное уравнение и расставляют коэффициенты. Затем растворимые сильные электролиты заменяют на ионы, учитывая индексы и заряды: BaCl₂ превращается в Ba²⁺ + 2Cl⁻. Осадок, газ и воду на ионы не расписывают, потому что они не существуют в растворе как набор свободных частиц. После этого одинаковые неизменившиеся ионы сокращают и получают сокращённое уравнение.

Обмен в растворе идёт до конца не из-за самого факта встречи ионов, а потому, что один из продуктов выводится из сферы реакции. Осадок отделяется от раствора, газ улетает, а вода образуется как слабый электролит и почти не распадается на ионы. Если ни одно из этих веществ не появляется, все ионы остаются в растворе и заметного обмена обычно не происходит.

Соль реагирует с кислотой, основанием или другой солью, когда среди продуктов возникает осадок, газ или слабый электролит. Например, кислота с карбонатом даёт углекислый газ, а растворимая соль с щёлочью может образовать нерастворимый гидроксид. Взаимодействие соли с металлом устроено иначе: это реакция замещения, где более активный металл вытесняет менее активный из соли. Для неё проверяют ряд активности, растворимость исходной соли и условия, например отсутствие мешающей воды или защитной плёнки.

Химические свойства солей в водных растворах

Сначала определите тип взаимодействия и проверьте таблицу растворимости. Затем найдите продукт, который удаляется из раствора, и только после этого переходите к ионной записи.

Если признак реакции не найден, обменное уравнение, скорее всего, описывает лишь смешивание растворов. Для реакции с металлом вместо таблицы растворимости продуктов дополнительно используют ряд активности.

Разбор задач

1. Хлорид бария и сульфат натрия

Условие: составьте три вида уравнений для реакции растворов BaCl₂ и Na₂SO₄. Идея решения — проверить, нерастворим ли сульфат бария, и убрать ионы-спутники.

1. По обмену получаем BaSO₄ и NaCl. Сульфат бария нерастворим, значит, появляется осадок.
2. Молекулярное уравнение: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl.
3. Полное ионное уравнение: Ba²⁺ + 2Cl⁻ + 2Na⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ + 2Na⁺ + 2Cl⁻.
4. Сокращаем Na⁺ и Cl⁻. Получаем: Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓.

Ответ: реакция идёт до конца из-за образования белого осадка BaSO₄; сокращённое уравнение показывает соединение ионов бария и сульфат-ионов.

2. Карбонат натрия и соляная кислота

Условие: составьте уравнения реакции Na₂CO₃ с HCl и объясните её завершение. Нужно распознать карбонат и помнить, что при действии кислоты на карбонат выделяется CO₂.

1. Продукты обмена — NaCl, H₂CO₃. Угольная кислота неустойчива и распадается на воду и углекислый газ.
2. Молекулярное уравнение: Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑.
3. Полное ионное уравнение: 2Na⁺ + CO₃²⁻ + 2H⁺ + 2Cl⁻ → 2Na⁺ + 2Cl⁻ + H₂O + CO₂↑.
4. После сокращения Na⁺ и Cl⁻ остаётся: CO₃²⁻ + 2H⁺ → H₂O + CO₂↑.

Ответ: реакция протекает до конца, потому что углекислый газ покидает раствор, а вода является слабым электролитом.

3. Сульфат меди(II) и гидроксид натрия

Условие: выясните, возможна ли реакция CuSO₄ и NaOH. По таблице растворимости гидроксид меди(II) нерастворим, поэтому ответ положительный.

1. Составляем продукты обмена: Cu(OH)₂ и Na₂SO₄. Для двух OH⁻ нужен один Cu²⁺, поэтому перед NaOH ставим коэффициент 2.
2. Молекулярное уравнение: CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄.
3. Полное ионное уравнение: Cu²⁺ + SO₄²⁻ + 2Na⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂↓ + 2Na⁺ + SO₄²⁻.
4. Сокращаем Na⁺ и SO₄²⁻: Cu²⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂↓.

Ответ: реакция возможна; её признак — появление голубого осадка гидроксида меди(II).

Типичные ошибки

Свободные ионы в осадке, газе или воде. Так происходит при механическом расписывании всех формул. Проверьте агрегатное состояние и растворимость продукта: нерастворимое вещество и слабый электролит записывают целиком.

Любой обмен считают реакцией. Смешивание растворов ещё не означает превращение веществ. Найдите среди продуктов осадок, газ или слабый электролит; если их нет, обмен обычно не идёт до конца.

Не сокращают ионы-спутники. Их оставляют, потому что забывают сравнить обе части полного уравнения. Выпишите одинаковые частицы слева и справа и удалите их с одинаковыми коэффициентами.

Путают обмен и замещение. При реакции соли с металлом участвует не обмен ионами между двумя электролитами, а вытеснение металла. Проверьте ряд активности, растворимость соли и затем уравняйте атомы и заряды.

Связь с другими темами

Перед изучением темы нужно знать электролиты, ионную диссоциацию, катионы и анионы, а также уметь пользоваться таблицей растворимости. Знания пригодятся для качественных реакций на ионы, составления ионных уравнений и решения задач по растворам. Связь с предыдущими темами видна в применении уравнений диссоциации кислот, оснований и солей.

Что запомнить

• Соли в водных растворах диссоциируют на катионы металлов или аммония и анионы кислотных остатков.
• Основные реакции солей в растворах — взаимодействие с кислотами, основаниями и другими солями.
• Реакция обмена протекает до конца при образовании осадка, газа или слабого электролита.
• В полном ионном уравнении сильные растворимые электролиты записывают в виде ионов.
• В сокращённом ионном уравнении оставляют только частицы, непосредственно участвующие в превращении.
• При взаимодействии соли с металлом необходимо учитывать ряд активности металлов.
• Правильность ионного уравнения проверяют по числу атомов и суммарному электрическому заряду.