§ 47. Химические свойства солей

Определения и обозначения

Реакция замещения металла солью — взаимодействие металла с раствором соли, при котором металл вытесняет другой металл и занимает его место в соединении. Это возможно, если добавленный металл активнее того, который входит в состав соли. Такое правило помогает предсказать результат опыта, не смешивая вещества наугад.

Реакция обмена между солью и кислотой — обмен ионами, при котором образуются новые соль и кислота. Реакция протекает до конца, если среди продуктов появляется осадок, газ или вода — вещество, которое не остаётся в растворе в виде свободных ионов. Проверка продуктов позволяет понять, будет ли заметное изменение.

Реакция обмена между солью и щёлочью — обмен ионами между растворимой солью и щёлочью. Часто одним из продуктов становится нерастворимое основание, то есть гидроксид металла, который отделяется от раствора и выглядит как осадок. Это свойство используют, чтобы распознавать некоторые ионы и получать основания.

Реакция обмена между солями — обмен ионами между двумя солями, обычно растворёнными в воде. Она возможна, если в результате образуется осадок или другое вещество, которое слабо распадается на ионы, например вода или газ. Если все продукты остаются растворимыми, обмен обычно не имеет видимого результата и не идёт до конца.

Как это устроено

Чтобы решить, вытеснит ли один металл другой из раствора соли, сравнивают их положение в ряду активности металлов. Металлы в этом ряду расположены по способности вступать в реакции: более активный металл может заменить менее активный в его соединении. Например, железо активнее меди, поэтому способно вытеснить медь из раствора её соли. Но щелочные металлы и кальций в водной среде реагируют прежде всего с водой, поэтому их нельзя безоговорочно применять в таких опытах: ожидаемое замещение может не наблюдаться.

Кислота и соль обмениваются ионами, но само перемещение ионов ещё не означает, что реакция будет идти до конца. Её поддерживает образование продукта, который покидает раствор как газ или осадок, либо образуется вода — слабый электролит, почти не распадающийся на ионы. Например, карбонат натрия с соляной кислотой даёт хлорид натрия и угольную кислоту; угольная кислота неустойчива и распадается на воду и углекислый газ. Пузырьки газа служат признаком реакции.

Растворимая соль может обменяться ионами со щёлочью. Для протекания реакции обычно важно, чтобы среди продуктов получился нерастворимый гидроксид: он отделяется от раствора, и концентрация его ионов там уменьшается. Поэтому, предсказывая реакцию, сначала составляют формулу гидроксида по зарядам ионов, а затем сверяются с таблицей растворимости. Если гидроксид растворим, привычного осадка не будет и реакция обмена обычно не идёт до конца.

Растворы двух солей реагируют не просто потому, что их смешали. При обмене возникают два новых соединения, и таблица растворимости показывает, останется ли каждое из них в растворе. Если оба продукта растворимы, ионы продолжают находиться в растворе, поэтому нет причины считать обмен завершившимся. Если один продукт нерастворим или малорастворим, он выпадает в осадок и реакция может пройти до конца.

Продукты реакции обмена предсказывают по частям исходных формул: катионы и кислотные остатки меняются партнёрами. Формулы новых веществ нельзя составлять простым переносом индексов: нужно подобрать индексы так, чтобы суммарный заряд каждого соединения был равен нулю. Затем проверяют растворимость продуктов и ищут газ или воду среди возможных веществ. В конце уравнивают число атомов каждого элемента слева и справа коэффициентами, не изменяя индексы в формулах.

Химические свойства солей

Пользуйтесь таблицей как краткой проверкой: определите тип реагентов, найдите условие реакции и только потом записывайте продукты. Растворимость продуктов удобно проверять по таблице растворимости; стрелка ↓ обозначает осадок, а ↑ — выделяющийся газ. Приведённые уравнения показывают типичные случаи, но не заменяют проверку условий для других веществ.

Разбор задач

Задача 1. Определите, вытеснит ли железо медь из раствора сульфата меди(II), и запишите уравнение реакции. Здесь нужно проверить не только возможный состав продуктов, но и сравнительную активность двух металлов. Затем составить формулы и убедиться, что число атомов с обеих сторон одинаково.

1. Сравниваем металлы: железо в ряду активности расположено выше меди. Значит, оно может заменить медь в её соли.
2. Ион SO₄²⁻ остаётся с железом. Заряды Fe²⁺ и SO₄²⁻ взаимно уравновешиваются, поэтому новая соль имеет формулу FeSO₄.
3. Записываем схему Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu и проверяем атомы. Один атом железа, меди и группа SO₄ есть с каждой стороны, коэффициенты равны единице.

Ответ: железо вытеснит медь; Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu. Медь выделяется, а раствор сульфата меди меняет состав.

Задача 2. Запишите уравнение реакции карбоната натрия с соляной кислотой и укажите признак реакции. Карбонат-ион при взаимодействии с кислотой приводит к появлению угольной кислоты, которая распадается на воду и углекислый газ. Выделение газа помогает понять, почему реакция обмена продолжается.

1. Составляем продукты обмена: хлорид натрия и угольная кислота. Угольную кислоту заменяем продуктами её распада — H₂O и CO₂.
2. Записываем схему Na₂CO₃ + HCl → NaCl + H₂O + CO₂. Слева два атома натрия, поэтому ставим 2 перед NaCl; тогда справа нужны два атома хлора, значит, ставим 2 перед HCl.
3. Проверяем атомы: натрия — 2, хлора — 2, водорода — 2, углерода — 1, кислорода — 3 с каждой стороны. Уравнение сбалансировано.

Ответ: Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑. Признак реакции — выделение пузырьков углекислого газа.

Задача 3. Смешали растворы хлорида бария и сульфата натрия. Определите, идёт ли реакция, запишите молекулярное и сокращённое ионное уравнения. Чтобы ответить, нужно проверить растворимость продуктов, а не только поменять части местами в формулах.

1. При обмене получаются сульфат бария и хлорид натрия. По таблице растворимости BaSO₄ нерастворим, поэтому образуется осадок и реакция идёт.
2. Записываем молекулярное уравнение: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl. Коэффициент 2 нужен, чтобы уравнять натрий и хлор.
3. В полном ионном уравнении растворимые соли представляем ионами: Ba²⁺ + 2Cl⁻ + 2Na⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ + 2Na⁺ + 2Cl⁻. Ионы Na⁺ и Cl⁻ одинаковы по обе стороны, поэтому сокращаем их.

Ответ: реакция идёт, выпадает белый осадок BaSO₄. Сокращённое ионное уравнение: Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что любой металл вытесняет любой другой из раствора соли. Это неверно: менее активный металл не заменит более активный, поэтому возможность проверяют по ряду активности. Такую ошибку допускают, когда ориентируются только на то, что реагенты — металл и соль. Для самопроверки сравните металлы и отдельно учтите, что щелочные металлы и кальций в воде реагируют с самой водой.

Ошибка — записывать реакцию между двумя растворами солей, не проверив продукты. Если все продукты растворимы, обмен обычно не приводит к реакции до конца, хотя формально можно написать перестановку ионов. Причина ошибки — внимание только к исходным формулам, а не к тому, что получится. Составьте оба продукта и найдите их в таблице растворимости: наличие осадка указывает на возможную реакцию.

Ошибка — переносить индексы из формул исходных веществ в продукты. Индексы показывают соотношение атомов в конкретном веществе, поэтому при обмене они могут измениться. Так делают, когда меняют части формул механически, не учитывая заряды. Проверьте, чтобы суммарный заряд каждого нового соединения был равен нулю, и лишь затем уравнивайте реакцию коэффициентами.

Ошибка — считать, что всякая реакция соли с кислотой сопровождается газом. Газ выделяется не всегда: например, карбонат с кислотой даёт CO₂, но для других сочетаний характерны осадок или вода. Ошибка возникает из-за запоминания одного знакомого опыта как общего правила. Перед записью уравнения определите продукты и проверьте, появляется ли газ; без подходящего реагента, например карбоната, такой признак ожидать нельзя.

Связь с другими темами

Чтобы разбирать реакции солей, нужно знать, из каких ионов состоят соли, кислоты и основания, и уметь составлять формулы по зарядам. Ряд активности помогает предсказывать реакции замещения, а таблица растворимости — проверять, выпадет ли осадок. Эти знания понадобятся при составлении ионных уравнений, получении веществ и изучении качественных реакций на ионы. Так свойства солей связывают состав вещества с тем, что можно наблюдать в опыте.

Что запомнить

• Более активный металл может вытеснить менее активный из раствора его соли.
• Реакции обмена между солью и другим веществом протекают до конца, если образуется осадок, газ или вода.
• Возможность образования осадка проверяют по таблице растворимости.
• При реакции соли с кислотой продукты определяют по составу реагентов и условиям протекания реакции.
• Формулы продуктов реакции обмена составляют с учётом зарядов ионов.
• После составления уравнения необходимо проверить и расставить коэффициенты.