Рио с водой химия

Реакции ионного обмена

В разбавленных растворах электролитов (кислот, оснований, солей) химические реакции протекают обычно при участии ионов. При этом все элементы реагентов могут сохранять свои степени окисления (обменные реакции) или изменять их (окислительно – восстановительных реакции).
В соответствии с правилом Бертолле, ионные реакции протекают практически необратимо, если образуются твердые малорастворимые вещества (они выпадают в осадок), легколетучие вещества (они выделяются в воде газов) или растворимые вещества — слабые электролиты (в том числе и вода). Ионные реакции изображаются системой уравнений – молекулярным, полным и кратким ионным. Ниже полные ионные уравнения опущены.
При написании уравнений ионных реакций надо обязательно руководствоваться таблицей растворимости.
Примеры реакций с выпадением осадков:
a) Ba(OH)₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2H₂O
Ba 2+ + SO₄ 2- = BaSO₄↓
б) AgNO₃ + KI = AgI↓ + KNO₃
Ag + + I — = AgI↓
в) MgCl₂ + 2KOH = Mg(OH)₂↓ + 2KCl
Mg 2+ + 2OH — = Mg(OH)₂↓
г) 3Zn(CH₃COO)₂ + 2Na₃PO₄ = Zn₃(PO₄)₂↓ + 6Na(CH₃COO)
3Zn 2+ + 2PO₄ 3- = Zn₃(PO₄)₂↓
Обратите внимание, AgCO₃, BaCO₃ и CaCO₃ ПРАКТИЧЕСКИ НЕРАСТВОРИМЫЕ В ВОДЕ И ВЫПАДАЮТ В ОСАДОК КАК ТАКОВЫЕ, НАПРИМЕР:
Ba(NO₃)₂ + K₂CO₃ = BaCO₃↓ + 2KNO₃
Ba 2+ + CO₃ 2- = BaCO₃↓
Соли остальных катионов, такие как MgCO₃, CuCO₃, FeCO₃, ZnCO₃ и другие, хотя и нерастворимые в воде, но не осаждаются из водного раствора при проведении ионных реакций (т.е. их нельзя получить этим способом).
Например карбонат железа (II) FeCO₃, полученный «сухим путем» или взятый в виде минерала сидерит, при внесении в воду осаждается без видимого взаимодействия. Однако при попытке его получения по обменной реакции в растворе между FeSO₄ и K₂CO₃ выпадает осадок основной соли (приведен условный состав, на практике состав более сложный) и выделяется углекислый газ:
2FeSO₄ + H₂O + 2Na₂CO₃ = 2Na₂SO₄ + Fe₂CO₃(OH)₂↓ + CO₂↑
2Fe 2+ + H₂O + 2CO₃ 2- = Fe₂CO₃(OH)₂↓ + CO₂↑
Аналогично FeCO_3, сульфид хрома (3) Cr₂S₃ (нерастворимый в воде) не осаждается из раствора:

Примеры реакций с выделением газа:
а) BaS + 2HCl = BaCl₂ + H₂S↑
S 2- + 2H + = H₂S↑
б) Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + CO₂↑ + H₂O
CO₃ 2- + 2H + = CO₂↑+ H₂O
в) CaCO_3(T) + 2HNO₃ = Ca(NO₃)₂ + CO₂↑ + H₂O
CaCO_3(T) + 2H + = Ca 2+ + CO₂↑ + H₂O
Примеры реакций с образованием слабых электролитов:
а) 3NaOH + H₃PO₄ = Na₃PO₄ + 3H₂O
3OH — + H₃PO₄ = PO₄ 3- + 3H₂O
б) Mg(CH₃COO)₂ + H₂SO₄ = MgSO₄ + 2CH₃COOH
CH₃COO — + H + = CH₃COOH
в) NH₄F + HBr = NH₄Br + HF
F — + H + = HF
Если реагенты и продукты обменной реакции не являются сильными электролитам, ионный вид уравнения отсутствует, например:
Mg(OH)_2(T) + 2HF = MgF₂↓ + 2H₂O

Источник

Реакции ионного обмена

Реакции ионного обмена – это реакции между сложными веществами в растворах, в результате которых реагирующие вещества обмениваются своими составными частями. Так как в этих реакциях происходит обмен ионами – они называются ионными.

Правило Бертолле: Реакции обмена в растворах электролитов протекают до конца (возможны) только тогда, когда в результате реакции образуется либо твердое малорастворимое вещество (осадок), либо газ, либо вода или любой другой слабый электролит.

Например, нитрат серебра взаимодействует с бромидом калия

AgNО₃ + КВr = АgВr↓ + КNО₃

Правила составления уравнений реакций ионного обмена

1. Записываем молекулярное уравнение реакции, не забывая расставить коэффициенты:

3KOH +FeCl₃ = Fe(OH)₃ + 3KCl

2. С помощью таблицы растворимости определяем растворимость каждого вещества. Подчеркнем вещества, которые мы не будем представлять в виде ионов.

р р н р

3KOH + FeCl₃ = Fe(OH)₃ + 3KCl

3. Составляем полное ионное уравнение. Сильные электролиты записываем в виде ионов, а слабые электролиты, малорастворимые вещества и газообразные вещества записываем в виде молекул.

3K + + 3OH — + Fe 3+ + 3Cl — = Fe(OH)₃ + 3K + + 3Cl —

4. Находим одинаковые ионы (они не приняли участия в реакции в левой и правой частях уравнения реакции) и сокращаем их слева и справа.

3K + + 3OH — + Fe 3+ + 3Cl — = Fe(OH)₃ + 3K + + 3Cl —

5. Составляем итоговое сокращенное ионное уравнение (выписываем формулы ионов или веществ, которые приняли участие в реакции).

Fe 3+ + 3OH — = Fe(OH)₃

На ионы мы не разбиваем:

• Оксиды; осадки; газы; воду; слабые электролиты (кислоты и основания)
• Анионы кислотных остатков кислых солей слабых кислот (НСО₃ — , Н₂РО₄ — и т.п.) и катионы основных солей слабых оснований Al(OH) 2+
• Комплексные катионы и анионы: [Al(OH)₄] —

Например, взаимодействие сульфида цинка и серной кислоты

Составляем уравнение реакции и проверяем растворимость всех веществ. Сульфид цинка нерастворим.

ZnS + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂S

Реакция протекает до конца, т.к. выделяется газ сероводород, который является слабым электролитом. Полное ионно-молекулярное уравнение:

ZnS + 2H + + SO₄ 2 — = Zn 2+ + SO₄ 2 — + H₂S

Сокращаем ионы, которые не изменились в процессе реакции – в данном случае это только сульфат-ионы, получаем сокращенное ионное уравнение:

ZnS + 2H + = Zn 2+ + H₂S

Например, взаимодействие гидрокарбоната натрия и гидроксида натрия

Составляем уравнение реакции и проверяем растворимость всех веществ:

NaHCO₃ + NaOH = Na₂CO₃ + H₂O

Кислые анионы слабых кислот являются слабыми электролитами и на ионы не разбиваются:

Na + + НСО₃ — + Na + + ОН — = 2Na + + CO₃ 2- + H₂O

Сокращаем одинаковые ионы, получаем сокращенное ионное уравнение:

НСО₃ — + ОН — = CO₃ 2- + H₂O

Например, взаимодействие тетрагидроксоалюмината натрия и соляной кислоты

Составляем уравнение реакции и проверяем растворимость всех веществ:

Na[Al(OH)₄] + 4HCl = NaCl + AlCl₃ + H₂O

Комплексные ионы являются слабыми электролитами и на ионы не разбиваются:

Na + + [Al(OH)₄] — + 4H + + 4Cl — = Na + + Cl — + Al 3+ + 3Cl — + H₂O

Сокращаем одинаковые ионы, получаем сокращенное ионное уравнение:

[Al(OH)₄] — + 4H + = Al 3+ + 4H₂O

Источник

Реакции ионного обмена

Содержание:

Что есть реакция ионного обмена? Определение

Химическое взаимодействие ионов в электролитах называется реакцией ионного обмена (РИО).

Сущность РИО заключается в связывании ионов.

Напоминание. Электролиты – это водные растворы кислот, солей или оснований, в которых эти вещества распадаются (диссоциируют) на свободные заряженные ионы.

Необходимое условие РИО. Правило Бертолле

Главное условие необратимого протекания ионнообменной реакции между электролитами – образование осадка, газообразного вещества или малодиссоциирующего соединения (слабого электролита, в т.ч. воды).

Данное утверждение носит название правила Бертолле. Этот французский химик сформулировал его в 1803 г.

Следует помнить, что это правило справедливо при взаимодействии ненасыщенных растворов.

Особенности РИО. Суть необратимого процесса

1. В ходе ионообменной реакции не происходит перехода электронов и соответственно изменения степени окисления реагирующих частиц.
2. Ионообменный процесс может быть и обратимым, то есть реакция будет протекать в двух направлениях. Это происходит в случае, когда одно из исходных веществ — слабый электролит.
3. В соответствии с правилом Бертолле, например, азотная кислота реагирует с гидроокисью натрия. В результате образуются сильный электролит азотнокислого натрия и малодиссоциирующий электролит – вода.

HNO_3, NaOH, NaNO₃ — будучи сильными электролитами в растворе находятся в виде ионов. А вода, H₂O как слабый электролит фактически не распадается на ионы.

Более реально состояние реагентов в растворе демонстрирует запись в виде заряженных ионов:

H + + NO₃ — + Na + + OH — = Na + + NO₃ — + H₂O (2)

В уравнении (2) видно, что ионы NO₃ — и Na + находятся в растворе и до и после реакции, т.е. в ней не участвуют. После сокращения в обеих частях уравнения одинаковых ионов получается короткая запись:

Эти уравнения получили названия:

(3) — сокращенное ионное уравнение,

(2) – полное ионное уравнение,

(1) – молекулярное уравнение реакции.

Вывод: уравнение в ионной форме отражает сущность процесса, показывает за счёт чего возможно его протекание.

Знать: в обратимых РИО не бывает сокращенной ионной формы уравнения.

Правила (алгоритм) составления уравнений ионно-обменных реакций

В обычных химических уравнениях разложение молекул на ионы не учитывается. Чтобы отразить сущность взаимодействия электролитических растворов, пользуются ионными уравнениями, которые составляются по определённым правилам.

Для составления уравнения РИО следует проверить растворимость реагентов по таблице растворимости веществ.

Записать затем уравнение реакции в молекулярной форме и расставить коэффициенты. Не забывать, что в молекулах продуктов реакции сумма зарядов равняется нулю.

После этого оформить РИО в виде полного ионного уравнения с учётом результатов распада на ионы, как исходных, так и полученных веществ. Формулы растворимых соединений записать в виде ионов (в таблице растворимости они обозначены буквой «Р»). Молекулярные формулы применить для написания нерастворимых веществ. Иметь в виду: малорастворимые соединения («М») в левой части следует записывать в ионной форме, в правой – в молекулярной (считать их нерастворимыми). Для подсчёта суммарного коэффициента реакции произвести сложение всех коэффициентов в обеих частях уравнения.

Записать краткую форму ионного уравнения, сократив одинаковые ионы в левой и правой части. Коэффициенты сделать минимальными, суммы зарядов и слева, и справа должны быть одинаковыми. Аналогично п.3 сделать подсчёт суммарного коэффициента реакции.

Примеры РИО с выделением газа и выпадением осадка

1. Пример ионнообменной реакции с выделением углекислого газа и воды (реагенты соль и кислота):
   • Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + CO₂↑ + H₂O — уравнение в молекулярной форме;
   • 2Na + + CO₃ 2- + 2H + + SO₄ 2- = 2Na + + SO₄ 2- + CO₂↑ + H₂O – уравнение в полной ионно-молекулярной форме;
   • CO₃ 2- + 2H + = CO₂↑ + H₂O – уравнение в сокращённой ионно-молекулярной форме.

2. Пример ионообменной реакции с образованием нерастворимого сернокислого свинца:
   • Pb(NO₃)₂ + K₂SO₄ = PbSO₄ + 2KNO₃ – уравнение в молекулярной форме;
   • Pb 2+ + 2NO₃ — + 2K + + SO₄ 2- = PbSO₄↓ + 2K + + 2NO₃ — — уравнение в полной ионно-молекулярной форме;
   • Pb 2+ + SO₄ 2- = PbSO₄↓ – уравнение в сокращённой ионно-молекулярной форме.

Применение РИО

Во многих отраслях индустрии, сельском хозяйстве, в решении проблем экологии используются реакции ионного обмена. Несколько примеров применения РИО.

• Для обессоливания (деминерализации) воды с помощью катионитных и анионитных колонок. Катиониты поглощают ионы Ca 2+ , Mg 2+ , заменяя их на ионы H + . На анионите группа OH — заменяется анионами Cl — . В итоге получается почти дистиллированная вода.
• Для опреснения воды в космических кораблях и морских судах.
• Для обеспечения ионного обмена в почвах, что помогает улучшению их агротехнических свойств.
• Для извлечения ценных примесей (уран, золото, серебро).
• Для удаления ионов тяжелых металлов при очистке промышленных сточных вод.

В заключении интересный факт: домашние хозяйки, сами того не зная, используют правило Бертолле, когда применяют реакцию ионного обмена между столовым уксусом и пищевой содой. Выделяющийся при этом газ способствует «поднятию» теста.

Примечание важное для сдачи ЕГЭ по химии

Чтобы реакции ионного обмена протекали, необходимо, чтобы выполнялись не только условия: образование осадка, газа или воды, но и вещества –реагенты должны быть растворимыми.

1. CuS + Fe(NO₃)₂ ≠ FeS + Cu(NO₃)₂
   • реакция не идет, потому что FeS – нерастворим, а так же нерастворимой солью является соль – реагент сульфид меди — (CuS).

2. Na₂CO₃ + CaCl₂ = CaCO₃↓+ 2NaCl
   • реакция протекает, так как карбонат кальция нерастворим и соли – реагенты являются растворимыми.

3. Cu(OH)₂ + Na₂S – не протекает,
   • Чтобы соль с основанием реагировали, необходима растворимость их обоих.
   • Cu(OH)₂ — нерастворим, хотя потенциальный продукт CuS был бы осадком. В одной системе 2-х осадков не бывает.

4. 2NaOH + Cu(NO₃)₂ = Cu(OH)₂ ↓+ 2NaNO₃
   • реакция протекает, так оба исходных вещества растворимы и дают осадок Cu(OH)₂:
   • Это требование не распространяется на растворимость исходных веществ дальше реакций соль1+ соль2 и соль + основание.
   • Все растворимые кислоты реагируют со всеми карбонатами, в том числе нерастворимыми.

Вывод:

• Соль1+ соль2 — реакция идет если исходные соли растворимы, а в продуктах есть осадок
• Соль + гидроксид металла – реакция идет, если в исходные вещества растворимы и в продуктах есть садок или гидроксид аммония.

Источник