"Химия (изд. "ДРОФА")", Габриелян О.С, Сивоглазов В.И. и др.
Ионное уравнение показывает, какие частицы вступают в реакцию в водном растворе. Оно помогает увидеть, почему обмен между растворами действительно происходит: например, потому что образуется осадок, газ или вода. Растворимые сильные электролиты в полном уравнении записывают в виде ионов, а осадки и другие слаборастворимые вещества оставляют молекулами. Сокращая одинаковые ионы по обе стороны записи, получают главное — частицы, которые изменились.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Ионное уравнение — запись реакции в растворе с помощью формул ионов и молекул. Оно показывает, какие частицы на самом деле встречаются и изменяются в воде. Такая запись помогает отличать химическое превращение от простого смешивания растворов.
Полное ионное уравнение — запись, в которой растворимые сильные электролиты представлены ионами, а осадки, газы и слабые электролиты — молекулами. Электролитами называют вещества, растворы которых проводят электрический ток благодаря наличию ионов. Полная запись нужна, чтобы увидеть все частицы, оказавшиеся в растворе.
Сокращённое ионное уравнение — запись только тех ионов и молекул, которые непосредственно участвуют в реакции. Его получают из полного уравнения, убирая неизменившиеся частицы. Так становится ясна сущность реакции, например образование осадка из ионов.
Ионы-наблюдатели — ионы, присутствующие в растворе до и после реакции и не изменяющиеся в её ходе. Они остаются по обе стороны полного уравнения в одинаковом виде. Их распознавание позволяет правильно составить сокращённую запись.
В воде растворимые сильные электролиты распадаются на ионы, потому что молекулы воды притягивают заряженные частицы и отделяют их друг от друга. Поэтому при смешивании растворов реагируют не условные целые формулы солей, а ионы, свободно перемещающиеся в растворе. Если подходящие частицы соединяются и образуют осадок, газ или слабый электролит, состав раствора меняется. Именно такие изменения и отражает ионное уравнение.
Чтобы перейти от молекулярного уравнения к полному ионному, сначала уравнивают реакцию и проверяют, что число атомов каждого элемента слева и справа одинаково. Затем по таблице растворимости определяют, какие вещества остаются в растворе. Формулы растворимых сильных электролитов заменяют формулами составляющих их ионов, не забывая умножать количество каждого иона на коэффициент перед веществом. Такой порядок помогает не потерять атомы и правильно сохранить заряд.
Осадки, газы, воду и слабые электролиты записывают молекулярными формулами, потому что они не существуют в растворе преимущественно как свободные ионы. Осадок почти не растворяется, а газ покидает раствор; значит, их нельзя представить как большое количество подвижных частиц. Вода и слабые электролиты распадаются на ионы лишь в малой степени. Если ошибочно разложить их на ионы, уравнение перестанет описывать действительное состояние вещества.
В полном ионном уравнении сопоставляют частицы слева и справа. Одинаковые ионы с теми же формулами и зарядами можно убрать из обеих частей, поскольку они не изменились и в превращении не участвовали. Оставшиеся частицы записывают в сокращённом ионном уравнении. После сокращения проверяют баланс атомов и суммарный заряд: оба должны совпадать по сторонам записи.
Сокращённое уравнение показывает, почему реакция обмена в растворе идёт: ионы связываются в осадок, образуют газ или превращаются в слабый электролит. Такие частицы перестают оставаться в растворе в прежнем виде, поэтому возникает заметное изменение. Если же все ионы остаются в растворе и не меняются, обмен формулами не означает химической реакции. В этом случае сокращённое уравнение не составляют.
| Форма записи | Что показывает | Как записывают частицы | Пример для реакции AgNO₃ и NaCl |
|---|---|---|---|
| Молекулярное уравнение | Какие вещества вступают в реакцию и образуются | Формулами веществ | AgNO₃ + NaCl → AgCl↓ + NaNO₃ |
| Полное ионное уравнение | Все частицы в растворе до и после превращения | Растворимые сильные электролиты — ионами, осадок — молекулой | Ag⁺ + NO₃⁻ + Na⁺ + Cl⁻ → AgCl↓ + Na⁺ + NO₃⁻ |
| Сокращённое ионное уравнение | Частицы, непосредственно участвующие в реакции | После удаления одинаковых ионов-наблюдателей | Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓ |
Читайте таблицу сверху вниз: каждая следующая запись подробнее показывает, что происходит с частицами в растворе. Для перехода от полного уравнения к сокращённому найдите одинаковые ионы слева и справа. В примере натрий- и нитрат-ионы не изменились, а серебро- и хлорид-ионы образовали осадок.
Задача: запишите полное и сокращённое ионные уравнения реакции растворов BaCl₂ и Na₂SO₄. Сначала выясним, какие частицы могут соединиться и какой продукт образуется. Сульфат бария нерастворим, поэтому именно он станет осадком, а ионы натрия и хлора останутся в растворе.
Запишем формулы реагентов и продуктов: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + NaCl. Чтобы сохранить два атома натрия и два атома хлора, поставим коэффициент 2 перед NaCl. Молекулярное уравнение: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl.
Растворимые BaCl₂, Na₂SO₄ и NaCl заменим ионами, а осадок BaSO₄ оставим молекулой. Полное уравнение: Ba²⁺ + 2Cl⁻ + 2Na⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ + 2Na⁺ + 2Cl⁻. Коэффициенты показывают, что из одной формульной единицы Na₂SO₄ получаются два иона Na⁺.
Найдём неизменившиеся частицы: два иона Na⁺ и два иона Cl⁻ есть в обеих частях. Сокращаем их и получаем Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓. Проверка: число атомов и суммарный заряд равны с обеих сторон, а осадок действительно образуется.
Ответ: полное ионное уравнение — Ba²⁺ + 2Cl⁻ + 2Na⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ + 2Na⁺ + 2Cl⁻; сокращённое — Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓.
Задача: составьте ионные уравнения реакции растворов HCl и NaOH. Это реакция нейтрализации: кислота и основание образуют воду и соль. Вода остаётся молекулой, а растворимые HCl, NaOH и NaCl в полной записи представляются ионами.
Запишем молекулярное уравнение: HCl + NaOH → NaCl + H₂O. Коэффициенты уже расставлены: число атомов каждого элемента слева и справа совпадает. Проверка на этом этапе помогает не переносить ошибку в ионную запись.
Заменим растворимые сильные электролиты ионами, сохранив воду молекулой. Полное ионное уравнение: H⁺ + Cl⁻ + Na⁺ + OH⁻ → Na⁺ + Cl⁻ + H₂O. Теперь видно, что натрий- и хлорид-ионы присутствуют по обе стороны и не меняются.
Сократим Na⁺ и Cl⁻. Останется H⁺ + OH⁻ → H₂O, то есть ионы водорода и гидроксид-ионы соединяются в воду. Суммарный заряд слева равен нулю, как и заряд нейтральной молекулы воды справа.
Ответ: полное ионное уравнение — H⁺ + Cl⁻ + Na⁺ + OH⁻ → Na⁺ + Cl⁻ + H₂O; сокращённое — H⁺ + OH⁻ → H₂O.
Задача: определите, идёт ли реакция при смешивании растворов KNO₃ и NaCl, и обоснуйте ответ ионным уравнением. Возможный обмен дал бы KCl и NaNO₃. Нужно проверить, не образуется ли среди продуктов осадок, газ или слабый электролит.
Запишем возможный обмен: KNO₃ + NaCl → KCl + NaNO₃. По таблице растворимости обе соли-продукта растворимы в воде. Значит, в растворе они также будут находиться в виде ионов, а не выделятся как отдельные вещества.
Запишем полное ионное уравнение: K⁺ + NO₃⁻ + Na⁺ + Cl⁻ → K⁺ + Cl⁻ + Na⁺ + NO₃⁻. Слева и справа присутствует один и тот же набор ионов с теми же зарядами. Они лишь условно записаны в другом порядке.
После сокращения K⁺, NO₃⁻, Na⁺ и Cl⁻ не остаётся частиц для сокращённого ионного уравнения. Это означает, что осадок, газ или слабый электролит не образовались, а химического превращения в растворе нет. Сам факт смешивания двух растворов ещё не доказывает, что реакция произошла.
Ответ: реакция в растворе не идёт; все ионы остаются неизменными, поэтому сокращённое ионное уравнение отсутствует.
Растворимый сильный электролит иногда оставляют молекулой в полном ионном уравнении. Так ошибаются, если переносят запись из молекулярного уравнения, не проверяя растворимость вещества. Определите по таблице, растворимо ли оно и является ли сильным электролитом. Если да, представьте его в виде ионов.
Осадок, газ или воду иногда раскладывают на ионы по тому же правилу, что и растворимую соль. Это происходит, когда правило запоминают без условия о растворимости и силе электролита. Перед заменой формулы спросите, есть ли в растворе заметное количество свободных ионов этого вещества. Осадок, газ, воду и слабый электролит оставляют молекулами.
Сокращают частицы, которые похожи по составу, но отличаются зарядом или формулой. Например, ионы с разными зарядами нельзя считать одной и той же частицей, даже если в их названии есть один элемент. Сверьте формулу и заряд слева и справа посимвольно. Сокращать можно только полностью одинаковые ионы, стоящие в обеих частях.
Уравнение записывают без проверки коэффициентов и зарядов. Причина обычно в том, что внимание сосредоточено на продуктах реакции, а баланс считают необязательным. Пересчитайте атомы каждого элемента и сложите заряды ионов отдельно слева и справа. Если числа не совпадают, исправьте запись до того, как сокращать частицы.
Для составления ионных уравнений нужны формулы веществ, умение расставлять коэффициенты и знание зарядов ионов. Таблица растворимости помогает решить, какие вещества переходят в ионную форму, а знание сильных электролитов — когда это делать. Эти навыки пригодятся при изучении реакций обмена, кислот, оснований и солей. С их помощью также распознают вещества в растворах по образованию осадка, газа или воды.
Чем полное ионное уравнение отличается от сокращённого?
В полном уравнении растворимые сильные электролиты показаны отдельными ионами, поэтому в нём могут присутствовать ионы-наблюдатели. В сокращённом одинаковые ионы слева и справа убраны, и остаются только частицы, непосредственно участвующие в реакции.
Какие вещества в ионном уравнении нужно записывать в виде ионов?
В виде ионов записывают растворимые сильные электролиты: например, растворимые соли, сильные кислоты и щёлочи. Осадки, газы, воду и слабые электролиты оставляют молекулярными формулами.
Почему осадок и воду не раскладывают на ионы?
Осадок почти не растворяется, поэтому в растворе нет заметного количества его свободных ионов. Вода и слабые электролиты также лишь в малой степени распадаются на ионы, поэтому их записывают молекулами.
Как понять, какие ионы можно сократить?
Сравните левую и правую части полного ионного уравнения. Сокращать можно только полностью одинаковые ионы — с одной и той же формулой и зарядом, присутствующие по обе стороны.
Почему иногда при обмене ионами реакция в растворе не происходит?
Обмен формулами сам по себе не означает, что частицы изменились. Если все возможные вещества остаются растворимыми сильными электролитами, осадок, газ или слабый электролит не образуются, а ионы сохраняются в растворе.
36. Ионные уравнения
