Реакции ионного обмена

Реакции ионного обмена – это реакции обмена между ионами в водном растворе.

Связывание ионов происходит в трёх случаях: образование осадка, выделение газа и образование слабого электролита.

Рассмотрим все случаи. Образование осадка:

Ba(NO₃)₂ + K₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2KNO₃.

Полное ионное уравнение получается из молекулярного путём разложения всех сильных электролитов на ионы:

Ba²⁺ 2NO₃^- + 2K⁺ + SO₄^2- = BaSO₄↓ + 2K⁺ + 2NO₃^-.

Сокращённое ионное уравнение получается из полного путём удаления одинаковых ионов из левой и правой частей уравнения:

Ba²⁺ + SO₄^2- = BaSO₄↓.

Рассмотрим пример ионного уравнения, если образуется газ:

NH₄Cl + NaOH = NaCl + NH₃↑ + H₂O.

Составляем полное ионное уравнение, для этого записываем все сильные электролиты в виде ионов.

NH₄⁺ + Cl^- + Na⁺ + OH = Na⁺ + Cl^- + NH₃↑ + H₂O

Сокращаем одинаковые ионы до и после реакции получаем сокращённое ионное уравнение:

NH₄⁺ + OH^- = NH₃↑ + H₂O.

Рассмотрим случай образования слабого электролита – воды:

KOH + HBr = KBr + H₂O.

Составим полное ионное уравнение:

K⁺ + OH^- + H⁺ + Br^- = K⁺ + Br^- + H₂O.

Сокращаем одинаковые ионы и получаем сокращённое ионное уравнение:

OH^- + H⁺ = H₂O.

Образование слабого электролита идёт и в реакциях взаимодействия солей слабых кислот с сильными кислотами. Так, в реакции фторида калия с серной кислотой образуется слабый электролит – фтороводородная кислота:

2KF + H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2HF.

Составим полное ионное уравнение этой реакции:

2K⁺ + 2F^- + 2H⁺ + SO₄^2- = 2K⁺ SO₄^2- + 2HF.

Получаем сокращённое ионное уравнение:

F^- + H⁺ = HF.

В водном растворе реакция между KCl и H₂SO₄ не идёт, ионы не связываются друг с другом:

КСl + H₂SO₄ ≠

Запишем это уравнение в полном ионном виде:

2K⁺ + 2Cl^- + 2H⁺ + SO₄^2- = 2K⁺ + SO₄^2- + 2H⁺ + 2Cl^-.

Из уравнения видно, что все ионы сокращаются, поэтому данная реакция не идёт.

 Есть реакции ионного обмена, в которых признак реакции есть и в правой, и в левой части уравнения. К таким реакциям относятся реакции взаимодействия малорастворимых веществ с сильными кислотами:

CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O.

Составим полное ионное уравнение:

CaCO₃ + 2H⁺ + 2Cl^- = Ca²⁺ + 2Cl^- + CO₂↑ + H₂O.

Сокращаем одинаковые ионы – это хлорид-ионы, записываем сокращённое ионное уравнение:

CaCO₃ + 2H⁺ = Ca²⁺ + CO₂↑ + H₂O.

Слабые кислоты также могут вытеснить сильные, если при этом образуется осадок. По такому принципу идёт реакция взаимодействия нитрата свинца (II) с сероводородной кислотой. При этом образуется осадок – сульфид свинца (II):

Pb(NO₃)₂ + H₂S = PbS↓ + 2HNO₃.

Составим полное ионное уравнение:

Pb²⁺ + 2NO₃^- + H₂S = PbS↓ + 2H⁺ + 2NO₃^-.

Сокращаем одинаковые ионы до и после реакции и получаем:

Pb²⁺ + H₂S = PbS↓ + 2H⁺.

Таким образом, в растворе могут существовать ионы, которые не реагируют между собой с образованием осадка, газа или слабого электролита. Примеры таких ионов: H⁺ и NO₃^-, H⁺ и Cu²⁺, Na⁺ и OH^-, K⁺ и SO₄^2-, [Al(OH)₆]^3- и OH^-. Не могут совместно находится ионы, которые реагируют между собой с образованием осадка, газа или слабого электролита. Примеры таких ионов: H⁺ и H^-, H⁺ и OH^-, H⁺ и S^2-, OH^- и HCO₃^-, Cu²⁺ и OH^-, Ba²⁺ и SO₄^2-, HCO₃^- и H⁺, Ag⁺ и Cl^-, [Al(OH)₆]^3- и H⁺.

Например, по сокращенному ионному уравнению Al³⁺ + 3OH^- = Al(OH)₃↓ нужно составить полное ионное уравнение. Из уравнения видно, что исходными веществами должны быть растворимая соль алюминия и щёлочь. Так, в реакции хлорида алюминия с гидроксидом натрия образуется гидроксид алюминия и хлорид натрия:

AlCl₃ + 3NaOH = Al(OH)₃↓ + 3NaCl.

Составим полное ионное уравнение:

Al³⁺ + 3Cl^- + 3Na⁺ + 3OH^- = Al(OH)₃↓ + 3Na⁺ + 3Cl^-.

Если сократить одинаковые ионы до и после реакции образуется исходное сокращённое ионное уравнение.

Решим задачу. На весах уравновешены два сосуда с растворами гидроксида натрия и разбавленной азотной кислоты. В первый сосуд добавили 52 г цинка, металл полностью растворился. Какую массу меди нужно добавить во второй сосуд для сохранения равновесия (растворимостью газов можно пренебречь)?