1 . Составляется молекулярное уравнение реакции . Формулы веществ записываются в соответствии с правилом валентности. Рассчитываются (если необходимо) коэффициенты в соответствии с законом сохранения массы веществ.

2 . Составляется полное ионно-молекулярное уравнение . В молекулярной форме следует записывать малорастворимые и газообразные вещества, а также слабые электролиты (табл. 4.4, 4.5). Все эти вещества или не образуют в растворах ионов, или образуют их очень мало. В видеионов записывают сильные кислоты и основания, а также растворимые соли. Эти электролиты существуют в растворе в виде ионов, но не молекул.

3 . Составляется сокращённое ионно-молекулярное уравнение . Ионы, которые в ходе реакции не изменяются, сокращаются. Полученное уравнение показывает суть реакции.

Таблица 4.5

Растворимость солей кислот и оснований в воде

Примечание. Р ─ растворимое вещество, М ─ малорастворимое,

Н ─ нерастворимое, «─» ─ разлагается водой

В качестве примера решим вопрос о том, в каком случае произойдет химическое взаимодействие: если к раствору хлорида кальция добавить раствор нитрата натрия или сульфата натрия? Ответ подтвердите, написав ионно-молекулярные реакции.

Запишем молекулярные уравнения предполагаемых реакций, указав растворимость всех участников реакции (Р – растворимое,Н – нерастворимое). Все растворимые соли являются сильными электролитами.

CaCl 2 + 2NaNO 3 → Ca(NO 3) 2 + 2NaCl; CaCl 2 + Na 2 SO 4 → CaSO 4 ↓ + 2NaCl.

Р Р Р Р Р Р Н Р

В соответствии с правилами написания ионно-молекулярных уравнений сильные, растворимые электролиты запишем в виде ионов, аслабые или нерастворимые – в виде молекул.

Ca 2+ + 2Cl ‾ + 2Na + + 2NO 3 ‾ → Ca 2+ + 2NO 3 ‾ + 2Na + + 2Cl‾;

Ca 2+ + 2Cl ‾ + 2Na + + SO 4 2‾ → CaSO 4 ↓ + 2Na + + 2Cl ‾ .

В первом случае все ионы сокращаются, а во втором – сокращенное ионно-молекулярное уравнение имеет вид: Ca 2+ + SO 4 2‾ → CaSO 4 ↓, т.е. в данном случае имеет место химическое взаимодействие с образованием малорастворимого вещества. Данная реакция является практически необратимой , т.к. в обратном направлении, т.е. в сторону растворения осадка, она протекает в очень незначительной степени (рис. 4.6).

Рассмотрим реакции, приводящие к образованию слабого электролита и газа (рис. 4.7).

NH 4 Cl + KOH → NH 4 OH + KCl,

NH 4 + + Cl¯ + K + + OH¯ → NH 4 OH + K + + Cl¯,

NH 4 + + OH¯ → NH 4 OH.

Na 2 CO 3 + 2 HCl → 2 NaCl + H 2 CO 3 (H 2 O + CO 2 ),

2 Na + + CO 3 2 ¯ + 2 H + + 2 Cl → 2 Na + + 2 Cl¯ + H 2 O + CO 2 ,

2 H + + CO 3 2 ¯ → H 2 O + CO 2 .

Рис. 4.6 – Практически необратимая реакция двойного обмена с образованием осадка

Рис. 4.7 – Практически необратимые реакции двойного обмена

с образованием слабого электролита и газа

Если малорастворимые или малодиссоциирующие вещества есть и среди исходных веществ и среди продуктов реакции, то ионно-молекулярное равновесие смещается в сторону менее диссоциирующего или менее растворимого электролита.

СН 3 СООН + NaOH ↔ CH 3 COONa + H 2 O,

СН 3 СООН + Na + + OH¯ ↔ СН 3 СОО¯ +Na + + H 2 O,

СН 3 СООН + OH¯ ↔ СН 3 СОО¯ + H 2 O.

слабая кислота слабый электролит

Константа диссоциации уксусной кислоты равна около 10 –5 , а воды около 10 –16 , т.е. вода является более слабым электролитом и равновесие смещено в сторону образования продуктов реакции.

На смещении ионно-молекулярного равновесия основано растворение малорастворимого гидроксида магния при добавлении порциями раствора хлорида аммония:

Mg(OH) 2 + 2 NH 4 Cl ↔ MgCl 2 + 2 NH 4 OH,

Mg(OH) 2 + 2 NH 4 + + 2 Cl¯ ↔ Mg 2+ + 2 Cl¯ + 2 NH 4 OH,

Mg(OH) 2 + 2 NH 4 + ↔ Mg 2+ + 2 NH 4 OH.

Введение дополнительных порций иона NH 4 + смещает равновесие в сторону продуктов реакции.

SO 4 2- + Ba 2+ → BaSO 4 ↓

Алгоритм:

Подбираем к каждому иону противоион, пользуясь таблицей растворимости, чтобы получилась нейтральная молекула – сильный электролит.

1. Na 2 SO 4 + BaCl 2 → 2 NaCl + BaSO 4

2. BaI 2 + K 2 SO 4 → 2KI + BaSO 4

3. Ba(NO 33) 2 + (NH 4) 2 SO 4 → 2 NH 4 NO 3 + BaSO 4

Ионные полные уравнения:

1. 2 Na + + SO 4 2- + Ba 2- + 2 Cl‾ → 2 Na + + 2 Cl‾ + BaSO 4

2. Ba 2+ + 2 I‾ + 2 K + + SO 4 2- → 2 K + + 2 I‾ + BaSO 4

3. Ba 2+ + 2 NO 3 ‾ + 2 NH 4 + + SO 4 2- → 2 NH 4 + + 2 NO 3 ‾ + BaSO 4

Вывод: к одному краткому уравнению можно составить множество молекулярных уравнений.

ТЕМА 9. ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ

Гидролиз солей – ионообменная реакция соли с водой, приводя-

от греч. «гидро» щая к образованию слабого электролита (либо

Вода, «лизис» - слабого основания, либо слабой кислоты) и изме-

разложение нению среды раствора.

Любую соль можно представить как продукт взаимодействия основания с

кислотой.

Сильное Слабое Сильная Слабая может быть образована

1. LiOH NH 4 OH или 1. Н 2 SO 4 все осталь- 1. Сильным основанием и

2. NaOH NH 3 · H 2 O 2. HNO 3 ные слабой кислотой.

3. KOH все осталь - 3. HCl 2. Слабым основанием и

4. RbOH ные 4. HBr сильной кислотой.

5. CsOH 5. HI 3. Слабым основанием и

6. FrOH 6. HClO 4 слабой кислотой.

7. Ca(OH) 2 4. Сильным основанием и

8. Sr(OH) 2 сильной кислотой.

9. Ва(ОН) 2

СОСТАВЛЕНИЕ ИОННО-МОЛЕКУЛЯРНЫХ УРАВНЕНИЙ ГИДРОЛИЗА.

РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ: «ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ»

Задача № 1.

Составить ионно-молекулярные уравнения гидролиза соли Na 2 CO 3 .

Алгоритм Пример

1. Составить уравнение диссо-

циации соли на ионы. Na 2 CO 3 → 2Na + + CO 3 2- Na + →NaOН - сильное

2. Проанализировать, каким CO 3 2- →H 2 CO 3 - слабая

Основанием и какой кисло-

той образована соль. продукт

3. Сделать вывод, какой сла- гидролиза

бый электролит – продукт

гидролиза.

4. Написать уравнения гидроли-

I ступень.

А) составить краткое ионное I. а) CO 3 2- + H + │OH ‾ HCO 3 ‾ + OH ‾

уравнение, определить среду

раствора. pH>7, щелочная среда

Б) составить полное ионное б) 2Na + +CO 3 2- +HOH Na + +HCO 3 ‾ +Na + +OH ‾

уравнение, зная, что молеку-

ла – электронейтральная ча-

стица, подобрать к каждому

иону противоион.

В) составить молекулярное в) Na 2 CO 3 + HOH NaHCO 3 + NaOH

уравнение гидролиза.

Гидролиз протекает ступенчато, если слабое основание – многокислотное, а слабая кислота – многоосновная.

II ступень (см. алгоритм выше NaHCO 3 Na + + HCO 3 ‾

1, 2, 3, 4а, 4б, 4в). II. а) HCO 3 ‾ + HOH H 2 CO 3 + OH ‾

Б) Na + + HCO 3 ‾ H 2 CO 3 + Na + + OH ‾

В) NaHCO 3 + HOH H 2 CO 3 + NaOH

Вывод: соли, образованные сильными основаниями и слабыми кислотами подвергаются частичному гидролизу (по аниону), среда раствора щелочная (рН>7).

Задача № 2.

Составить ионно-молекулярные уравнения гидролиза соли ZnCl 2 .

ZnCl 2 → Zn 2+ + 2 Cl ‾ Zn 2+ → Zn(OH) 2 – слабое основание

Cl ‾ → HCl – сильная кислота

I. а) Zn 2+ + H + /OH ‾ ZnOH + + H + среда кислая, рН<7

Б) Zn 2+ + 2 Cl ‾ + HOH ZnOH + + Cl ‾ + H + + Cl ‾

В) ZnCl 2 + HOH ZnOHCl + HCl

II. а) ZnOH + + HOH Zn(OH) 2 + H +

Б) ZnOH + + Cl ‾ + HOH Zn(OH) 2 + H + + Cl ‾

В) ZnOHCl + HOH Zn(OH) 2 + HCl

Вывод: соли, образованные слабыми основаниями и сильными кислотами подвергаются частичному гидролизу (по катиону), среда раствора кислая.

Задача № 3.

Составить ионно-молекулярные уравнения гидролиза соли Al 2 S 3 .

Al 2 S 3 → 2 Al 3+ + 3 S 2- Al 3+ → Al(OH) 3 – слабое основание

S 2- → H 2 S – слабая кислота

а), б) 2 Al 3+ + 3 S 2- + 6 HOH → 2 Al(OH) 3 ↓ + 3 H 2 S

в) Al 2 S 3 + 6 H 2 O → 2 Al(OH) 3 + 3 H 2S S

Вывод: соли, образованные слабыми основаниями и слабыми кислотами подвергаются полному (необратимому) гидролизу, среда раствора близка к нейтральной.

При нейтрализации любой сильной кислоты любым сильным основанием на каждый моль образующейся воды выделяется около теплоты:

Это говорит о том, что подобные реакции сводятся к одному процессу. Уравнение этого процесса мы получим, если рассмотрим подробнее одну из приведенных реакций, например, первую. Перепишем ее уравнение, записывая сильные электролиты в ионной форме, поскольку они существуют в растворе в виде ионов, а слабые - в молекулярной, поскольку они находятся в растворе преимущественно в виде молекул (вода - очень слабый электролит, см. § 90):

Рассматривая получившееся уравнение, видим, что в ходе реакции ионы и не претерпели изменений. Поэтому перепишем уравнение еще раз, исключив эти ионы из обеих частей уравнения. Получим:

Таким образом, реакции нейтрализации любой сильной кислоты любым сильным основанием сводятся к одному и тому же процессу - к образованию молекул воды из ионов водорода и гидроксид-ионов. Ясно, что тепловые эффекты этих реакций тоже должны быть одинаковы.

Строго говоря, реакция образования воды из ионов обратима, что можно выразить уравнением

Однако, как мы увидим ниже, вода - очень слабый электролит и диссоциирует лишь в ничтожно малой степени. Иначе говоря, равновесие между молекулами воды и ионами сильно смещено в сторону образования молекул. Поэтому практически реакция нейтрализации сильной кислоты сильным основанием протекает до конца.

При смешивании раствора какой-либо соли серебра с соляной кислотой или с раствором любой ее соли всегда образуется характерный белый творожистый осадок хлорида серебра:

Подобные реакции также сводятся к одному процессу. Для того чтобы получить его ионно-молекулярное уравнение, перепишем, например, уравнение первой реакции, записывая сильные электролиты, как и в предыдущем примере, в ионной форме, а вещество, находящееся в осадке, в молекулярной:

Как видно, ионы и не претерпевают изменений в ходе реакции. Поэтому исключим их и перепишем уравнение еще раз:

Это и есть ионно-молекулярное уравнение рассматриваемого процесса.

Здесь также надо иметь в виду, что осадок хлорида серебра находится в равновесии с ионами и в растворе, так что процесс, выраженный последним уравнением, обратим:

Однако, вследствие малой растворимости хлорида серебра, это равновесие очень сильно смещено вправо. Поэтому можно считать, что реакция образования из ионов практически доходит до конца.

Образование осадка будет наблюдаться всегда, когда в одном растворе окажутся в значительной концентрации ионы и . Поэтому с помощью ионов серебра можно обнаружить присутствие в растворе ионов и, наоборот, с помощью хлорид-ионов - присутствие ионов серебра; ион может служить реактивом на ион , а ион - реактивом на ион .

В дальнейшем мы будем широко пользоваться ионно-молекулярной формой записи уравнений реакций с участием электролитов.

Для составления ионно-молекулярных уравнений надо знать, какие соли растворимы в воде и какие практически нерастворимы. Общая характеристика растворимости в воде важнейших солей приведена в табл. 15.

Таблица 15. Растворимость важнейших солей в воде

Ионно-молекулярные уравнения помогают понять особенности протекания реакций между электролитами. Рассмотрим в качеству примера несколько реакций, протекающих с участием слабых кислот и оснований.

Как уже говорилось, нейтрализация любой сильной кислоты любым сильным основанием сопровождается одним и тем же тепловым эффектом, так как она сводится к одному и тому же процессу - образованию молекул воды из ионов водорода и гидроксид-иона.

Однако при нейтрализации сильной кислоты слабым основанием, слабой кислоты сильным или слабым основанием тепловые эффекты различны. Напишем ионно-молекулярные уравнения подобных реакций.

Нейтрализация слабой кислоты (уксусной) сильным основанием (гидроксидом натрия):

Здесь сильные электролиты - гидроксид натрия и образующаяся соль, а слабые - кислота и вода:

Как видно, не претерпевают изменении в ходе реакции только ионы натрия. Поэтому ионно-молекулярное уравнение имеет вид:

Нейтрализация сильной кислоты (азотной) слабым основанием (гидроксидом аммония):

Здесь в виде ионов мы должны записать кислоту и образующуюся соль, а в виде молекул - гидроксид аммония и воду:

Не претерпевают изменений ионы . Опуская их, получаем ионно-молекулярное уравнение:

Нейтрализация слабой кислоты (уксусной) слабым основанием (гидроксидом аммония):

В этой реакции все вещества, кроме образующейся слабые электролиты. Поэтому ионно-молекулярная форма уравнения имеет вид:

Сравнивая между собой полученные ионно-молекулярные уравнения, видим, что все они различны. Поэтому понятно, что неодинаковы и теплоты рассмотренных реакций.

Как уже указывалось, реакции нейтрализации сильных кислот сильными основаниями, в ходе которых ионы водорода и гидроксид-ионы соединяются в молекулу воды, протекают практически до конца. Реакции же нейтрализации, в которых хотя бы одно из исходных веществ - слабый электролит и при которых молекулы малоднссоциирующих веществ имеются не только в правой, но и в левой части ионно-молекулярного уравнения, протекают не до конца.

Они доходят до состояния равновесия, при котором соль сосуществует с кислотой и основанием, от которых она образована. Поэтому уравнения подобных реакций правильнее записывать как обратимые реакции.