"Химия", Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Сладков С.А.
Реакция обмена — взаимодействие двух сложных веществ, при котором их составные части меняются местами и образуются новые вещества. Чтобы записать такую реакцию, нужно правильно составить формулы продуктов с учётом валентностей, а затем уравнять число атомов. Смешивание растворов не всегда приводит к реакции: обычно она идёт до конца, если образуется осадок, газ или вода. Частный и важный случай обмена — нейтрализация кислоты основанием.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Реакция обмена — реакция, в которой два сложных вещества обмениваются составными частями. Сложными называют вещества, образованные атомами разных элементов, например кислоты, основания и соли. Определение помогает отличить обмен от реакций, где участвует простое вещество.
Общая схема реакции обмена — AB + CD → AD + CB. Буквы обозначают составные части веществ: после обмена A соединяется с D, а C — с B. Эта схема показывает порядок составления продуктов, но их формулы нужно проверять по валентностям элементов или зарядам ионов.
Реакция нейтрализации — реакция кислоты с основанием, при которой образуются соль и вода. Например, при взаимодействии соляной кислоты с гидроксидом натрия получается хлорид натрия и вода. Это название помогает распознать частный случай обмена и предсказать его продукты.
Условия протекания реакции обмена — образование осадка, газа или воды среди продуктов реакции. Осадок — твёрдое вещество, которое не растворяется в растворе; газ может выделиться из смеси, а вода образуется, например, при нейтрализации. Эти признаки подсказывают, почему обмен обычно идёт до конца.
В реакции обмена исходными веществами служат два сложных вещества, потому что в каждом из них есть составные части, которые могут соединиться с частями другого вещества. Например, в кислоте есть атомы водорода и кислотный остаток, а в соли — металл и кислотный остаток. При обмене партнёры меняются, поэтому возникают две новые пары. Если же участвует простое вещество, это уже не обмен между двумя сложными веществами.
Чтобы составить продукты по схеме AB + CD → AD + CB, сначала определяют, какие части веществ условно меняются местами, а потом записывают формулы новых соединений. Нельзя просто переносить индексы из исходных формул: индексы показывают соотношение атомов или ионов именно в конкретном веществе. Например, при соединении Ba²⁺ и SO₄²⁻ заряды уравновешиваются в соотношении 1:1, поэтому формула продукта — BaSO₄. Если заряды не равны по величине, подбирают такое соотношение частиц, чтобы суммарный заряд формулы был нулевым.
Одного обмена частями недостаточно, чтобы утверждать, что реакция действительно произошла. В водном растворе многие вещества распадаются на подвижные частицы, которые могут оставаться в растворе и не давать заметного изменения. Если же появляется осадок, выделяется газ или образуется вода, частицы связываются в новое вещество и выходят из общего «обмена» в растворе. Поэтому наличие такого продукта обычно и обеспечивает протекание реакции до конца.
Чтобы проверить образование осадка, составьте формулы продуктов, затем найдите их в таблице растворимости. В ней указано, растворимы ли кислоты, основания и соли в воде; нерастворимое или малорастворимое вещество может выпасть в осадок. Если оба предполагаемых продукта растворимы, проверьте, не образуются ли газ или вода. Если ни одного из трёх признаков нет, смешивание растворов обычно не считают реакцией обмена, и уравнение не записывают.
Нейтрализацию узнают по исходным веществам: одно из них — кислота, другое — основание. В ходе обмена водород кислоты соединяется с гидроксидной группой основания и образует воду, а оставшиеся части дают соль. Например, HCl и NaOH превращаются в NaCl и H₂O. Так образование воды объясняет, почему нейтрализация является реакцией обмена, которая обычно идёт до конца.
Таблица помогает сопоставить исходные вещества с возможными продуктами и найти признак, который подтверждает протекание реакции. Для каждого случая сначала составьте новые формулы, затем проверьте растворимость и возможность образования газа или воды. В примерах стрелка вниз обозначает осадок, а стрелка вверх — выделяющийся газ.
| Вид реакции | Исходные вещества | Общая схема | Признак протекания | Пример |
|---|---|---|---|---|
| Кислота и основание | Кислота + основание | Кислота + основание → соль + вода | Образование воды | HCl + NaOH → NaCl + H₂O |
| Кислота и соль | Кислота + соль | Кислота + соль → новая кислота + новая соль | Осадок, газ или вода | Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑ |
| Основание и соль | Основание + соль | Основание + соль → новое основание + новая соль | Часто образование осадка | CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄ |
| Соль и соль | Соль + соль | Соль + соль → две новые соли | Образование осадка | BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl |
| Образование осадка | Растворы солей или других веществ | Растворимые вещества → малорастворимый продукт | Появление твёрдого осадка | BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl |
| Образование газа | Кислота и карбонат | Кислота + карбонат → соль + вода + газ | Выделение пузырьков газа | Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑ |
| Образование воды | Кислота и основание | Кислота + основание → соль + вода | Образование воды | HCl + NaOH → NaCl + H₂O |
Задача 1. Составьте уравнение реакции между соляной кислотой и гидроксидом натрия и расставьте коэффициенты. Это кислота и основание, значит, перед нами нейтрализация. Требуется определить продукты обмена и проверить число атомов.
Ответ: HCl + NaOH → NaCl + H₂O. Вода среди продуктов — признак нейтрализации.
Задача 2. Составьте уравнение реакции между хлоридом бария и сульфатом натрия, укажите признак реакции. Оба исходных вещества — соли, поэтому можно предположить обмен и проверить растворимость продуктов. Важно сначала составить формулы, а не решать по одному лишь факту смешивания растворов.
Ответ: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl. Признак реакции — образование осадка сульфата бария.
Задача 3. Определите, произойдёт ли реакция между карбонатом натрия и соляной кислотой, составьте и уравняйте её. При обмене сначала можно получить карбонат водорода, то есть угольную кислоту, но она неустойчива и разлагается на воду и углекислый газ. Выделение газа делает реакцию заметной и позволяет ей идти до конца.
Ответ: Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑. Реакция происходит с выделением углекислого газа.
Записывают обмен между простым и сложным веществом. Такую реакцию ошибочно относят к обмену, хотя для него нужны две пары составных частей в двух сложных веществах. Ошибку легко допустить, если ориентироваться только на то, что среди продуктов что-то меняется; проверьте, что оба исходных вещества сложные.
Неправильно составляют формулы продуктов, перенося индексы без учёта валентностей и зарядов ионов. Так происходит, если считать индексы неизменными метками частей исходных веществ, а не учитывать новый состав. После составления формулы проверьте соотношение частиц: суммарный заряд должен быть нулевым, а валентности — соответствовать друг другу.
Считают, что любые два раствора обязательно реагируют. Растворы могут смешаться без образования нового вещества, если все продукты остаются растворёнными и не появляются газ или вода. Чтобы не ошибиться, проверьте продукты по таблице растворимости и найдите хотя бы один из трёх признаков реакции.
Путают индексы с коэффициентами и меняют состав веществ при уравнивании. Индекс входит в формулу и показывает число атомов внутри частицы, а коэффициент ставят перед формулой и умножают на всё вещество. При проверке сохраняйте индексы, меняя только коэффициенты, и пересчитайте атомы каждого элемента по обе стороны уравнения.
Для изучения реакций обмена нужны знания о классах неорганических веществ: кислотах, основаниях и солях. Также понадобятся умение определять валентности, составлять формулы и расставлять коэффициенты, не меняя индексы веществ. Позже обмен будет основой для записи ионных уравнений и разбора свойств кислот, оснований и солей. Такие реакции используют и для распознавания веществ: появление осадка или газа служит признаком качественной реакции.
Почему реакция обмена должна протекать между двумя сложными веществами?
В реакции обмена две группы атомов или ионов в составе сложных веществ меняются партнёрами. У простого вещества такой пары составных частей нет, поэтому обменивать ему нечего. Реакция простого вещества со сложным относится к другому типу.
Как понять, какие продукты образуются в реакции обмена?
Запишите формулы исходных веществ и условно поменяйте местами их составные части: AB + CD → AD + CB. Затем составьте формулы новых веществ, учитывая валентности или заряды ионов. В конце проверьте, возникает ли осадок, газ или вода.
Почему не всякое смешивание растворов приводит к реакции?
В растворе частицы могут оставаться свободными и не образовывать новых веществ. Реакция обычно протекает до конца, если один из продуктов покидает раствор: выпадает в осадок, выделяется как газ или образуется вода. Если такого признака нет, уравнение реакции обычно не записывают.
Как пользоваться таблицей растворимости при составлении уравнения?
Сначала составьте формулы предполагаемых продуктов обмена. Затем найдите каждое вещество в таблице растворимости: пометка о нерастворимости или малой растворимости указывает на возможный осадок. Если осадок не получается, проверьте, не образуются ли газ или вода.
Чем реакция нейтрализации отличается от других реакций обмена?
Нейтрализация — это реакция кислоты с основанием, в результате которой образуются соль и вода. Она является частным случаем реакции обмена. Другие реакции обмена могут идти, например, между солями или между кислотой и солью.
§ 33. Реакция обмена
