Ионно-молекулярные (ионные) реакции обмена

При решении задач этого раздела см. табл. 9 и прилож. 2.

Ионно-молекулярные, или ионные, уравнения реакций обмена отражают состояние электролита в растворе. В этих уравнениях сильные растворимые электролиты, поскольку они полностью диссоциированы, записывают в виде ионов, а слабые электролиты, малорастворимые и газообразные вещества, записывают в молекулярной форме.

В ионно-молекулярном уравнении одинаковые ионы из обеих его частей исключаются. При составлении ионно-молекулярных уравнений следует помнить, что сумма электрических зарядов в левой части уравнения должна быть равна сумме электрических зарядов в правой части уравнения.

Пример 1. Напишите ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия между водными растворами следующих веществ:

а) НС1 и NaOH; б) Рb(NO₃)₂ и Na₂S; в) NaCIO и НNО₃; г) К₂СОз и H₂SО₄; д) СНзСООН и NaOH.

Решение. Запишем уравнения взаимодействия указанных веществ в молекулярном виде

а) НС1 + NaOH = NaCI + H₂O;

б) Pb(NО₃)₂ + Na₂S = PbS + 2 NaNО_3;

в) NaCIO + HNО₃ = NaNО₃ +HC1О;

г) К₂СОз + Н₂S0₄ = К₂SО₄ + СО₂ + Н₂О;

д) СН₃СООН + NaOH = CH₃COONa + Н₂О.

Отметим, что взаимодействие этих веществ возможно, ибо в результате происходит связывание ионов с образованием слабых электролитов (Н₂О, HC10), осадка (PbS), газа (СО₂).

В реакции (д) два слабых электролита, но так как реакции идут в сторону большего связывания ионов и вода — более слабый электролит, чем уксусная кислота, то равновесие реакции смещено в сторону образования воды. Исключив одинаковые ионы из обеих частей равенства:
а) Na⁺ и Сl^-; б) Na⁺ и NO ; в) Na⁺ и NO 3; г) К⁺ и SO ; д) Na⁺,
получим ионно-молекулярные уравнения этих реакций:

а) H⁺ + ОН = Н₂О;

в) Pb²⁺ + S = PbS;

б) С1О + H⁺ = HC1О;

г) СО +2 H⁺ = CО₂+H₂О;

д) СНзСООН + ОН = СНзСОО + Н₂О.

Пример 2. Составьте молекулярные уравнения реакций, которым соответствуют следующие ионно-молекулярные уравнения:

а) SO +2 H⁺ = S0₂ + H₂О;

б) Pb²⁺ + CrО = PbCr0₄;

в) НСО + ОН = СО + Н₂О;

г) ZnOH⁺ + H⁺ = Zn²⁺ + H₂O.

Решение. В левой части данных ионно-молекулярных уравнений указаны свободные ионы, которые образуются при диссоциации растворимых сильных электролитов. Cледовательно, при составлении молекулярных уравнений следует исходить из соответствующих растворимых сильных электролитов. Например:

а) Na₂SО₃ + 2 НС1 = 2 NaCl + SO₂ + Н₂О;

б) Pb(NO₃)₂ + K₂CrO₄ = PbCrO₄ + 2 KNO₃;

в) КНСО₃ + КОН = К₂СО₃ + H₂O;

г) ZnOHCl + НС1 = ZnCl₂ + H₂O.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

161. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) NаНСОз и NaOH;
б) K₂SiO₃ и НС1; в) BaCl₂ и Na₂SO₄.

162. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: a) K₂S и НС1;
б) FeSО₄ и (NH₄)₂S; в) Сг(ОН)₃ и КОН.

163. Составьте по три молекулярных уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:

а) Mg²⁺ + CO = MgCО₃; б) H⁺ + ОН = H₂O.

164. Какие из веществ - А1(ОН)₃; H₂SО₄; Ва(ОН)₂ - взаимодействуют с гидроксидом калия? Выразите эти реакции молекулярными и ионно-молекулярными уравнениями.

165. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) КНСО₃ и H₂SО₄;
б) Zn(OH)₂ и NaOH; в) СаСl₂ и AgNО₃.

166. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: a) CuSО₄ и H₂S;
б) ВаСО₃ и HNO₃; в) FеС1₃ и КОН.

167. Составьте по три молекулярных уравнения реакций, которые выражаются следующими ионно-молекулярными уравнениями:

а) Си²⁺ + S = CuS;

6) SiO + 2 H⁺ = H₂SiO_3.

168. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: a) Sn(OH)₂ и НС1;
б) BeSО₄ и КОН; в) NH₄Cl и Ва(ОН)₂.

169. Какие из веществ — КНСО₃, СН₃СООН, NiS0₄, Na₂S — взаимодействуют с раствором серной кислоты? Напишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения этих реакций.

170. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) AgNО₃ и К₂СrO₄;
б) Pb(NО₃)₂ и KI; в) CdSО₄ и Na₂S.

171. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:

а) СаСО₃ + 2 Н⁺ = Са²⁺ + H₂O + CO₂;

б) А1(ОН)₃ + ОН = А1O + 2 Н₂О;

в) РЬ²⁺ + 2 I = PbI₂

172. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) Ве(ОН)₂ и NaOH; б) Си(ОН)_2; и HNО₃; в) ZnOHNО₃ и HNО₃.

173. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: a) Na₃PО₄ и CaCl₂;
б) К₂СО₃ и ВаСl₂; в) Zn(OH)₂ и КОН.

174. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:

Fе(ОН)₃ + З H⁺ = Fe³⁺ + З Н₂О;
Cd²⁺ + 2 OН = Cd(OH)₂;
H⁺ + NO = HNO₂.

175. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: a) CdS и НС1;
б) Сг(ОН)₃ и NaOH; в) Ba(OH)₂ и CoCl₂.

176. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:

а) Zn²⁺ + H₂S = ZnS + 2 H⁺;
б) НСО + Н⁺ = H₂O + СО₂;
в) Ag⁺ + С1 = AgCl.

177. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: a) H₂S0₄ и Ва(ОН)₂;
б) FеС1₃ и NH₄0H; в) CH₃COONa и НС1.

178. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) FеС1₃ и КОН;
6) NiSO₄ и (NH₄)₂S; в) MgCO₃ и HNO₃.

179. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:

а) Ве(ОН)₂ + 2 OН = ВеО + 2 Н₂O
б) СНзСОО + Н⁺ = СНзСООН
в)Ba²⁺ + SO = BaSO₄

180. Какие из веществ — NaCl, NiS0₄, Ве(ОН)₂, КНСОз — взаимодействуют с раствором гидроксида натрия. Запишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения этих реакций.

10. ИОННОЕ РАВНОВЕСИЕ ВОДЫ.

ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ рН

Вода является очень слабым электролитом и лишь в незначительной степени диссоциирует на ионы водорода и гидроксила:

Н₂О Н⁺ + ОН .

Этому процессу соответствует константа диссоциации:

. (1)

Константа диссоциации воды очень мала (К _{Д.(Н О)} = 1,86ּ10 ), поэтому равновесная концентрация недиссоциированных молекул воды практически равна общей концентрации воды:

[H₂O] = С_М = моль/л.

В разбавленных водных растворах концентрация воды меняется незначительно, так что ее можно считать постоянной. Тогда из формулы (1) получим

[H⁺]ּ[OH ] = К _Д.ּ[H₂O] = 1,86ּ10 ּ55,56 = 10 .

Таким образом, произведение концентраций ионов водорода и гидроксила представляет собой постоянную величину (при данной температуре) и называется ионным произведением воды К_{Н O}. При стандартной температуре Т = 298К (25⁰С)

К_{Н O} = [H⁺]ּ[OH ] = 10 . (2)

В нейтральных растворах [H⁺] =ּ[OH ] = Ö 10 = 10 моль/л.

Для характеристики кислотности (щелочности) среды используется водородный показатель рН – десятичный логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком:

рН = - lg [H⁺].

В нейтральных растворах рН = 7. В кислых растворах [H⁺] > 10 , следовательно, рН < 7; в щелочных растворах [H⁺] < 10 , поэтому рН > 7.

По аналогии с водородным показателем рН введен показатель рОН.

рОН = - lg [OH ].

Логарифмируя соотношение (2), получим рН + рОН = 14.

Пример 1. Определить концентрацию ионов водорода в растворе, если рН = 4,60.

Решение. По условию задачи рН = 4,60 = -lg [H⁺].

Отсюда [H⁺] = 10^-4,60 = 2,5^.10^-5 моль/л.

Пример 2. Определть концентрацию ионов [OH ] в растворе, если рН = 10,80.

Решение. Из соотношения рН + рОН = 14 находим

ОН = 14 – 10,80 = 3,20.

Отсюда –lg [OH ] = 3,20. Следовательно [OH ] = 10^-3,20 = 6,31^.10^-4.

Пример 3. Вычислить рН 0,01 М раствора гидроксида натрия.

Решение. Гидроксид натрия является сильным основанием, диссоциирует на ионы практически полностью

NaOH = Na⁺ + OH .

Из уравнения диссоциации следует, что из одного моля гидроксида натрия образуется один моль ионов OH ,следовательно в 0,01 М растворе [OH ] = 0,01. Найдем рОН = - lg [OH ] = -lg 0,01 = 2.

Отсюда рН = 14 – рОН = 12.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

181. Определите рН раствора, в 0,5 л которого содержится 0,05 г NaOH.
Ответ: 11;40.

182. Во сколько раз концентрация ионов водорода в крови (рН = 7,36) меньше, чем в желудочном соке (рН = 1,00)?
Ответ: В 2,3∙10 раз.

183. Определите [H⁺] и [OH ] в растворе, рН которого равен 6,2.
Ответ: 6,3∙10 моль/л; 1,6∙10 моль/л.

184. Рассчитайте рН раствора, полученного смешением 25 мл 0,5 М раствора HCl, 10мл 0,5 М раствора NaOH и 15 мл воды.
Ответ: 0,82.

185. Как изменится рН 0,2 М раствора HCl, если его вдвое разбавить водой?

Ответ: Увеличится на 0,3.

186. Вычислите рН 0,5%-ного раствора азотной кислоты.
Ответ: 1,10.

187. К 500 мл воды прибавили 20 мл 0,1 н раствора НС1. Найдите рН полученного раствора.

Ответ: 2,4.

188. Вычислите рН 1,5%-ного раствора КОН.
Ответ: 13,43.

189. 25 мл 10%-ного раствора HCl (плотность 1,05) разбавили водой до 500 мл. Вычислите рН полученного раствора.
Ответ: 0,84.

190. К 250 мл нейтрального раствора прибавили 50 мл 0,5 н раствора КОН. Вычислите рН полученного раствора.
Ответ: 12,9.

191. 10,0 мл 20%-ного раствора КОН (плотность 1,18) разбавили водой до 250 мл. Вычислите рН полученного раствора.
Ответ: 13,23.

192. В мерную колбу на 250 мл налили 10,0 мл 24%-ного раствора HCl (плотность 1,12) и довели раствор водой до метки. Из полученного раствора 5,0 мл перенесли в мерную колбу на 100 мл и разбавили водой до метки. Найдите рН полученного раствора.

Ответ: 1,83.

193. К 25 мл 0,2 н раствора HCl прибавили 25 мл 0,1 н раствора NaOH.Вычислите рН полученного раствора.

Ответ: 1,3.

194. 20,0 мл 12%-ного раствора NaOH (плотность 1,14) разбавили водой до 500 мл. 50,0 мл полученного раствора перенесли в другую колбу и разбавили водой до 1000 мл. Найдите рН последнего раствора.
Ответ: 11,85.

195. К 100 мл 0,1 н раствора HNO₃ прибавили 2 мл 6%-ного раствора NaOH (плотность 1,0). Найдите рН полученного раствора.
Ответ: 1,2

196. Найдите рН раствора, в 100 мл которого содержится 0,12 мг NaOH.
Ответ: 9,48.

197. К 100 мл 0,1 н раствора NaOH прибавили 5 мл 4%-ного раствора HCl (плотность 1,0). Найдите рН исходного и полученного раствора.
Ответ: 13; 12,6.

198. К 100 мл 0,2 н раствора HCl прибавили 5 мл 3%-ного раствора КОН. Найдите рН исходного и полученного раствора.
Ответ: 0,7; 0,78.

199. Какую массу NaOH следует растворить в 400 мл воды, чтобы получить раствор, рН которого равен 12?

200. Вычислите молярную концентрацию раствора гидроксида бария, если известно, что рН данного раствора равен 11.