§ 34. Химические свойства солей

Определения и обозначения

Реакция замещения между металлом и солью — превращение, при котором более активный металл вытесняет из раствора менее активный металл, входящий в соль. Например, железо может вытеснить медь из раствора её соли. Это определение помогает понять, почему не любой металл способен заменить другой.

Реакция обмена между солью и кислотой — превращение, при котором частицы реагентов обмениваются составными частями. Такая реакция идёт, если среди продуктов появляется осадок, газ или слабый электролит — вещество, которое почти не распадается на ионы в растворе. Эти условия позволяют предсказать, произойдёт ли заметное превращение.

Реакция обмена между солью и щёлочью — взаимодействие с обменом составных частей, в результате которого образуются новая соль и новое основание. В растворе реакция обычно возможна, если основание нерастворимо и выпадает в осадок. Это помогает отличить протекающую реакцию от простого смешивания растворов.

Реакция обмена между солями — превращение, при котором две растворимые соли обмениваются составными частями. Оно протекает, если один из продуктов нерастворим и отделяется от раствора в виде осадка. По этому условию можно проверить, будет ли обмен между выбранными солями.

Как это устроено

При реакции металла с раствором соли сравнивают положение свободного металла и металла, который входит в соль, в ряду активности. Металл, стоящий выше, активнее и способен вытеснить менее активный, поэтому в растворе появляется новая соль, а свободный металл выделяется. Так железо вытесняет медь из CuSO₄: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu. Однако щелочные металлы и некоторые другие металлы легко реагируют с водой, поэтому их нельзя без оговорок помещать в водный раствор соли и ожидать обычного замещения.

Кислота обменивается составными частями с солью, но само появление новых формул ещё не доказывает, что реакция пройдёт. Если все продукты остаются растворёнными сильными электролитами, обмену обычно некуда сместиться. Осадок покидает раствор, газ выделяется наружу, а слабый электролит почти не образует ионов — поэтому такие продукты служат условием реакции. Например, при действии кислоты на карбонат образуется угольная кислота, которая распадается на воду и углекислый газ.

В растворе соль и щёлочь могут обменяться составными частями, образуя новую соль и основание. Если основание нерастворимо, оно отделяется от раствора в виде осадка, и это показывает, что реакция состоялась. Например, при смешивании CuSO₄ и NaOH образуется голубой осадок Cu(OH)₂. Если предполагаемое основание растворимо и все частицы остаются в растворе, обычного видимого признака обмена может не быть.

Две соли обмениваются составными частями, когда они находятся в растворе, то есть растворимы в воде. После обмена проверяют растворимость каждой новой соли: если одна нерастворима, она выпадает в осадок, и реакция протекает. Так из растворов BaCl₂ и Na₂SO₄ образуется нерастворимый BaSO₄. Если оба продукта растворимы, оснований считать, что обмен в растворе произошёл, обычно нет.

Чтобы записать уравнение, сначала определяют возможные продукты по составу реагентов, затем проверяют условия реакции. Для замещения используют ряд активности металлов, а для реакций обмена — таблицу растворимости; она показывает, какие вещества останутся в растворе, а какие выпадут в осадок. После записи формул уравнивают число атомов коэффициентами, не меняя индексы. Стрелка вниз обозначает осадок, а вверх — выделяющийся газ.

Химические свойства солей

Сначала найдите в таблице подходящий тип взаимодействия и условие его протекания. Затем проверьте, подтверждает ли пример это условие: например, по стрелке вниз видно образование осадка. Таблица помогает предсказать продукты, но для каждой задачи всё равно нужно проверить растворимость или активность металла.

Разбор задач

Задача 1. Определите, пойдёт ли реакция железа с раствором сульфата меди(II), и запишите уравнение. Здесь взаимодействуют металл и раствор соли, поэтому нужно проверить возможность замещения. Затем составим продукты и убедимся, что число атомов совпадает.

1. По ряду активности сравниваем железо и медь. Железо активнее меди, значит, оно может вытеснить её из соли.
2. Вместо меди в соли записываем железо, а выделившийся металл обозначаем как Cu. Получаем уравнение Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu.
3. Проверяем число атомов: по одному атому Fe и Cu и одна группа SO₄ есть с обеих сторон. Коэффициенты не нужны.

Ответ: реакция идёт; Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu.

Задача 2. Запишите уравнение реакции карбоната натрия с соляной кислотой и укажите признак реакции. Это обмен соли с кислотой, поэтому нужно найти продукт, который удаляется из раствора или слабо распадается на ионы. Карбонат при действии кислоты даёт угольную кислоту, которая неустойчива.

1. При обмене составными частями образуются NaCl и H₂CO₃. Угольная кислота распадается на H₂O и CO₂.
2. Записываем суммарное уравнение: Na₂CO₃ + HCl → NaCl + H₂O + CO₂. В Na₂CO₃ два атома натрия, поэтому ставим коэффициент 2 перед NaCl, а затем 2 перед HCl.
3. Проверяем атомы: слева и справа по 2 Na, 2 H, 1 C, 3 O и 2 Cl. Углекислый газ покидает раствор, поэтому у его формулы ставят стрелку вверх.

Ответ: Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑; признак реакции — выделение газа.

Задача 3. Смешали растворы нитрата серебра и хлорида натрия. Определите, произойдёт ли реакция, запишите полное и сокращённое ионные уравнения. Сначала проверяем растворимость веществ, возникающих после обмена. Осадок AgCl указывает на то, что реакция протекает.

1. Составляем продукты: AgCl и NaNO₃. По таблице растворимости AgCl нерастворим, а нитрат натрия растворим.
2. Молекулярное уравнение: AgNO₃ + NaCl → AgCl↓ + NaNO₃. В полном ионном уравнении растворимые соли расписываем на ионы: Ag⁺ + NO₃⁻ + Na⁺ + Cl⁻ → AgCl↓ + Na⁺ + NO₃⁻.
3. Ионы Na⁺ и NO₃⁻ не меняются, поэтому сокращаем их в обеих частях. Остаются частицы, непосредственно образующие осадок: Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓.

Ответ: реакция идёт, выпадает осадок AgCl; сокращённое ионное уравнение: Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что любой металл вытеснит другой из соли. Такое предположение возникает, если забыть, что металлы различаются по активности; кроме того, некоторые металлы реагируют с водой. Сверьте металлы по ряду активности и учитывайте, что опыт проводят с водным раствором.

Ошибка: записывать обмен только потому, что растворы смешали. Часто новые формулы принимают за доказательство реакции, хотя все продукты могут остаться растворёнными. Проверьте, образуется ли осадок, газ или слабый электролит; если нет, обмен обычно не происходит.

Ошибка: путать растворимость исходных веществ и продуктов. Вещество, которое растворилось до реакции, не обязательно останется растворимым после обмена. Составьте формулы продуктов и проверьте каждую по таблице растворимости — так станет ясно, появится ли осадок.

Ошибка: менять индексы в формулах, чтобы уравнять реакцию. Индексы задают состав вещества, а их изменение подменяет его другим веществом. Для проверки сравните число атомов каждого элемента слева и справа и подберите коэффициенты перед формулами, не затрагивая индексы.

Связь с другими темами

Для предсказания реакций нужны знания о составе и названиях солей, составлении формул и типах химических реакций. Ряд активности помогает решать задачи на замещение, а таблица растворимости — проверять реакции обмена. Поэтому эти справочные материалы следует использовать вместе, а не заменять один другим.

Умение находить продукты реакции пригодится при записи молекулярных и ионных уравнений и при распознавании веществ по характерным признакам. Те же условия объясняют некоторые способы получения солей: реакцию подбирают так, чтобы образовался нужный продукт и превращение можно было подтвердить.

Что запомнить

• Более активный металл может вытеснить менее активный из раствора его соли.
• Обмен между солью и кислотой протекает, если образуется осадок, газ или слабый электролит.
• Соль реагирует со щёлочью, если среди продуктов появляется нерастворимое основание.
• Обмен между растворами солей обычно сопровождается образованием осадка.
• Возможность реакции обмена проверяют по таблице растворимости.
• При уравнивании реакции формулы веществ не изменяют — подбирают коэффициенты.