Реакції обміну між розчинами електролітів. Йонні рівняння

Якщо до розчину одного електроліту додати розчин іншого електроліту, відбувається процес обміну йонами, або реакціі йонного обміну. Наприклад, при змішуванні розчинів натрій хлориду та арґентум нітрату відбувається такий процес обміну йонами:

Молекулярне рівняння реакції:

NaCl + AgNO₃ → NaNO₃ + AgCl ↓

Утворений арґентум хлорид AgCl є нерозчинною у воді речовиною, і випадає в осад (↓).

Враховуючи, що електроліти перебувають у розчині у вигляді йонів, складаємо йонне рівняння реакції:

Na⁺ + Cl⁻ + Ag⁺ + NO₃ ⁻ → Na⁺ + NO₃ ⁻ + AgCl ↓

Хімічну формулу арґентум хлориду AgCl зберігаємо у молекулярній формі, адже дана речовина нерозчинна у воді.

Вилучивши з йонного рівняння однойменні йони, що присутні і у лівій, і у правій частинах (а це йони Na⁺ та Cl⁻) отримуємо скороченне йонне рівняння реакції:

Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl ↓

Таким чином, процес йонного обміну виражається молекулярним рівнянням, повним йонним рівнянням та скороченим йонним рівнянням.

При складанні йонних рівнянь хімічні формули сильних електролітів записуємо у йонній формі. Також враховуємо, що практично не дисоціюють, а тому не записуються у йонному вигляді хімічні формули таких речовин:

1) нерозчинні та малорозчинні сполуки;

2) слабкі електроліти (H₂O, H₂S, H₂CO₃, H₂SO₃, NH₄OH та ін.)

Отже, для складання йонних рівнянь спочатку записують молекулярне рівняння реакції, наприклад:

NaOH + HCl = NaCl + H₂O.

У другому рядку записуємо йонне рівняння. Для цього формули сильних електролітів потрібно записати в йонній формі. Для визначення сили електролітів можна користуватися таблицею розчинності, пам’ятаючи, що до сильних електролітів належать розчинні сполуки. Їхні формули записуємо в йонній формі. Вода є неелектролітом, тому її записуємо в молекулярній формі:

Na⁺ + OH^- + H⁺ + Cl^- = Na⁺ + Cl^- + H₂O.

Таке рівняння називається повним йонним рівнянням.

У лівій і правій частинах йонного рівняння є однакові йони Na⁺ (натрій-плюс) і Cl^– (хлор-мінус). Ці йони можна видалити з лівої та правої частин йонного рівняння, оскільки вони не беруть участі в реакції. Скорочуємо в лівій і правій частинах рівняння катіони Натрію та аніони Хлору — й одержуємо скорочене йонне рівняння. У ньому записані тільки ті частинки, які реально взаємодіють у розчині:

Н⁺ + ОН^- = Н₂О.

Також при складанні йонних рівнянь враховуємо розкладання деяких слабких електролітів з утворенням води та газуватої сполуки. Карбонатна кислота H₂CO₃ розкладається на СО₂ та Н₂О, сульфітна кислота H₂SO₃ – на SO₂ та Н₂О, амоній гідроксид NH₄OH – на NH₃ та Н₂О. Наприклад:

Na₂CO₃ + 2 HNO₃ → 2 NaNO₃ + H₂CO₃

↓ ↓

H₂O CO₂

2 Na⁺ + CO₃^2- + 2 H⁺ + 2 NO₃^- → 2 Na⁺ + 2 NO₃^- + H₂O + CO₂ ↑

2 H⁺ + CO₃^2- → H₂O + CO₂ ↑

Реакції обміну в розчинах електролітів відбуватимуться до кінця, якщо один із продуктів реакції є неелектролітом. У цьому разі відбувається сполучення йонів, що утворюють неелектроліт, і вони виходять із сфери реакції. Це можливо, якщо в результаті реакції:

1) утворюється нерозчинна речовина (випадає осад),

2) виділяється газ,

3) утворюється вода або інший слабкий електроліт (Н₂S, Н₂СО₃, Н₂SО₃).

Якщо виконується хоча б одна з цих умов, реакція відбувається до кінця і є незворотною. Якщо ж ці умови не виконуються, то при змішуванні розчинів утворюється суміш йонів і реакція є зворотною.

Для прогнозування можливості перебігу реакцій йонного обміну в розчинах електролітів слід використовувати таблицю розчинності.

Вправа. Складіть молекулярні, повні та скорочені йонні рівняння реакцій обміну між розчинами речовин:

1) натрій сульфатом і барій хлоридом.

2) натрій хлоридом і аргентум(І) нітратом.

3) калій карбонатом і хлоридною кислотою.

4) кальцій карбонатом і нітратною кислотою.

5) барій гідроксидом і хлоридною кислотою.

6) калій гідроксидом і сульфатною кислотою.

7) магній гідроксидом і бромідною кислотою.

8) купрум (ІІ) хлоридом і натрій ортофосфатом.

9) барій гідроксидом і сульфатною кислотою.

10) натрій сульфідом і хлоридною кислотою.

11) ферум (ІІІ) сульфатом і калій гідроксидом

12) натрій сульфітом і бромідою кислотою.

13) цинк нітратом і калій карбонатом.

14) калій сульфатом і натрій нітратом.

15) арґентум нітратом і калій ортофосфатом.

16) калій сульфідом і купрум (ІІ) хлоридом.

17) натрій гідроксидом і ортофосфатною кислотою.

18) ферум (ІІ) сульфатом і хлоридною кислотою.

19) калій сульфітом і сульфатною кислотою.

20) натрій карбонатом і нітратною кислотою.

Вправа. Складіть повне молекулярне рівняння реакції, протікання якої виражається таким скороченим йонним рівнянням:

1) Н⁺ + ОН^- → H₂O

2) Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄ ↓

3) Fe ³⁺ + 3 OH^- → Fe(OH) ₃ ↓

4) 3Ca²⁺ + 2PO₄^3- → Ca₃(PO₄)₂ ↓

5) 2H⁺ + CO₃^2- → H₂O + CO₂ ↑

6) 2H⁺ + S^2- → H₂S ↑

Вправа. Серед запропонованих рівнянь виберіть ті, що відбуваються. Написати повні і скорочені йонні рівняння реакцій.