"Химия (углублённый уровень)", Пузаков С.А., Машнина Н.В., Попков В.А.
Реакции обмена с участием солей происходят в растворах электролитов, когда ионы исходных веществ перераспределяются и образуют новые соединения. Сам обмен ионами ещё не означает, что реакция действительно идёт до конца. Направление реакции подтверждает появление осадка, газа или слабого электролита, например воды. Для описания процесса используют молекулярные, полные и сокращённые ионные уравнения.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Реакция обмена с участием солей — взаимодействие электролитов в растворе, при котором их ионы перераспределяются между частицами. Ионы как бы меняют партнёров, но реакция получает направление только при образовании нового устойчивого вещества. Это понятие помогает отличить настоящее химическое превращение от простого смешивания растворов.
Молекулярное уравнение — запись реакции формулами веществ с учётом их состава и коэффициентов. Оно показывает, какие вещества взяли и какие продукты получили. По нему удобно составлять общий материальный баланс реакции.
Полное ионное уравнение — запись реакции в растворе, где сильные растворимые электролиты представлены ионами, а осадки, газы и слабые электролиты — формулами. Такая запись показывает реальные частицы, присутствующие в растворе. Она нужна, чтобы увидеть всех участников процесса.
Сокращённое ионное уравнение получают после удаления ионов-наблюдателей, которые не изменяются в ходе реакции. В нём остаются только частицы, непосредственно образующие осадок, газ или слабый электролит. Это наиболее наглядная запись сущности реакции.
Чтобы определить продукты обмена, мысленно меняют местами анионы и катионы исходных солей. Например, из AgNO3 и NaCl получаются AgCl и NaNO3: катион серебра соединяется с хлорид-ионом, а натрий — с нитрат-ионом. Формулу каждой соли составляют по зарядам ионов, чтобы суммарный заряд частицы был равен нулю. Затем проверяют коэффициенты и растворимость обоих продуктов.
Ионы в растворе не обязаны реагировать только потому, что могут образовать новые пары. Если все предполагаемые продукты остаются растворимыми сильными электролитами, состав раствора по существу не меняется. Осадок удаляет ионы из раствора, газ покидает его, а слабый электролит образуется в недиссоциированном виде. Поэтому появление хотя бы одного из этих продуктов смещает процесс в сторону продуктов и делает реакцию практически необратимой.
Таблица растворимости нужна для проверки каждого предполагаемого продукта, а не исходных веществ. Сначала находят в таблице сочетание катиона и аниона, затем учитывают пометки растворимости. Если соединение нерастворимо или малорастворимо, рядом с его формулой ставят стрелку вниз: AgCl↓. Растворимые вещества обозначают как частицы раствора и не считают осадком.
При переходе к полному ионному уравнению растворимые сильные электролиты расписывают на катионы и анионы с индексами и зарядами. Так, Na2CO3 превращается в 2Na⁺ и CO3²⁻, а HCl — в H⁺ и Cl⁻. Осадок, газ, воду и слабый электролит не расписывают, потому что в растворе они существуют преимущественно как молекулы или отдельные частицы данного вещества. Коэффициенты перед ионами должны соответствовать коэффициентам в молекулярном уравнении.
Чтобы получить сокращённое ионное уравнение, сравнивают левую и правую части полного уравнения. Одинаковые ионы с одинаковыми коэффициентами сокращают, поскольку они не изменились: например, Na⁺ и NO3⁻. Ионы с разным составом или зарядом сокращать нельзя. В конце проверяют сохранение атомов и суммарного электрического заряда.
Таблица показывает, какой признак подтверждает протекание реакции и как его отражают в разных видах уравнений. При решении сначала устанавливают состав продуктов, затем проверяют наличие одного из признаков и только после этого переходят к ионной записи.
| Условие или этап | Что происходит | Как отразить в уравнении | Пример |
|---|---|---|---|
| Образование осадка | Возникает нерастворимое или малорастворимое вещество | Формула продукта и стрелка вниз: ↓ | Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓ |
| Выделение газа | Газообразный продукт покидает раствор | Формула газа и стрелка вверх: ↑ | CO₂↑ |
| Образование слабого электролита, например воды | Появляется малодиссоциирующее вещество | Оставляют молекулярную формулу продукта | H⁺ + OH⁻ → H₂O |
| Запись растворимых сильных электролитов в полном ионном уравнении | Растворимые вещества существуют главным образом в виде ионов | Формулу заменяют ионами с индексами и зарядами | NaCl → Na⁺ + Cl⁻ |
| Сокращение ионов-наблюдателей | Неизменившиеся ионы убирают из обеих частей | Оставляют только частицы, участвующие в превращении | Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓ |
Стрелка вниз обозначает осадок, а стрелка вверх — выделение газа. В полном ионном уравнении нужно отдельно решить, какие вещества диссоциируют, а в сокращённом — проверить, что удалены только одинаковые ионы. Последняя проверка всегда включает атомный баланс и баланс зарядов.
Условие: составьте молекулярное уравнение реакции растворов AgNO3 и NaCl и укажите признак её протекания.
Ответ: реакция протекает с образованием белого осадка хлорида серебра. Его появление является признаком протекания обмена до конца.
Условие: составьте молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции Na2CO3 с HCl.
Ответ: сокращённое ионное уравнение: CO3²⁻ + 2H⁺ → CO2↑ + H2O. Признаки реакции — выделение газа и образование воды.
Условие: определите, протекает ли обмен при смешивании растворов Na2SO4 и KNO3.
Ответ: реакция не протекает до конца, так как все возможные продукты остаются растворимыми сильными электролитами.
Любая пара растворов солей обязательно реагирует. Ошибка возникает из-за представления, что сам обмен ионами уже является реакцией. Проверьте, появился ли осадок, газ или слабый электролит.
Растворимость продукта определяют по исходным веществам. Растворимость одного соединения ничего не говорит о другом, даже если в них есть общий ион. Каждую новую соль проверяйте отдельно по таблице.
Все вещества расписывают на ионы. Так теряются реальные частицы осадка, газа и воды. В полном ионном уравнении на ионы переводят только растворимые сильные электролиты.
Сокращают любые похожие ионы. Ионы можно убрать лишь при полном совпадении состава, заряда и коэффициента по обе стороны. После сокращения сравните число атомов и суммарный заряд.
Для понимания темы нужны электролитическая диссоциация, различия между сильными и слабыми электролитами, понятия катиона и аниона, а также таблица растворимости. При составлении уравнений используются правила формирования формул солей и расстановки коэффициентов.
Ионные уравнения понадобятся при изучении кислотно-основных реакций, гидролиза солей и качественных реакций на ионы. Они позволяют записывать не только вещества, но и частицы, которые реально взаимодействуют в растворе.
Почему не всякая реакция обмена между растворами солей протекает?
В растворе ионы постоянно движутся, поэтому сам факт их возможного обмена не является признаком реакции. Процесс идёт до конца, если образуется осадок, газ или слабый электролит, удаляющий частицы из ионного равновесия.
Как понять по таблице растворимости, образуется ли осадок?
Сначала составляют формулу предполагаемого продукта, затем находят сочетание его ионов в таблице растворимости. Если вещество нерастворимо или малорастворимо, оно выпадает в осадок и обозначается стрелкой вниз.
Какие вещества в полном ионном уравнении нужно записывать в виде ионов?
На ионы расписывают растворимые сильные электролиты: растворимые соли, сильные кислоты и щёлочи. Осадки, газы, воду и слабые электролиты оставляют в виде формул.
Почему воду не расписывают на ионы в сокращённом уравнении?
Вода — слабый электролит и диссоциирует лишь в небольшой степени. В ионном уравнении её записывают молекулой H₂O, показывая образование слабого электролита.
Как проверить, правильно ли сокращены ионы-наблюдатели?
Нужно убедиться, что сокращены только одинаковые ионы, стоящие по обе стороны уравнения с одинаковыми коэффициентами. После сокращения проверьте число атомов каждого элемента и суммарный заряд слева и справа.
§ 9. Реакции обмена с участием солей