Теоретическое введение. В реакциях, протекающих в растворах электролитов, наряду с недиссоциированными молекулами слабых электролитов

В реакциях, протекающих в растворах электролитов, наряду с недиссоциированными молекулами слабых электролитов, твердыми веществами и газами участвуют также находящиеся в растворе ионы.

Поскольку все сильные электролиты присутствуют в растворе в виде ионов, то и реакции между ними сводятся к взаимодействию ионов и называются ионными или реакциями ионного обмена. Как правило, подобные реакции протекают без разрушения реагирующих ионов и без изменения степени окисленности входящих в них атомов.

Большинство таких реакций являются реакциями двойного обмена, сущность которых сводится к соединению пар ионов в молекулы новых веществ.

Обязательным условием протекания реакций между электролитами является удаление из раствора тех или иных ионов. Реакции ионного обмена в растворах электролитов протекают в направлении связывания ионов, приводящего к образованию малорастворимых веществ (осадка или газов) или молекул слабых электролитов, то есть менее диссоциированных или наименее растворимых веществ.

В уравнениях ионного обмена слабые электролиты, малорастворимые соединения и газы записываются в молекулярной форме, а находящиеся в растворе сильные электролиты – в виде ионов.

Так, нейтрализация сильной кислоты сильным основанием описывается следующей реакцией (в молекулярном и ионно-молекулярном виде):

HNO₃ + NaOH → NaNO₃ + H₂O

H⁺ + NO₃‾ + Na⁺ + OH‾ → Na⁺ + NO₃‾ + H₂O

H⁺ + OH‾ → H₂O

Если образующиеся новые вещества являются сильными электролитами, то образуется равновесная система, в которой концентрации всех ионов будут постоянными при постоянных условиях. Например:

NaCl + KNO₃ KCl + NaNO₃ или в ионном виде:

Na⁺ + Сl^– + K⁺ + NO K⁺ + Сl^–+ Na⁺ + NO

В этом случае будут протекать как прямая, так и обратная реакция, продуктов взаимодействия не образуется, то есть реакция не идет.

В тех случаях, когда малорастворимые вещества или слабые электролиты имеются как среди исходных, так и среди продуктов реакции, равновесие смещается в сторону образования наименее растворимых или наименее диссоциированных веществ. Например, при нейтрализации слабой кислоты сильным основанием

CH₃COOH + KOH → CH₃COOK + H₂O

CH₃COOH + OH‾ → CH₃COOˉ + H₂O

равновесие смещено в сторону образования более слабого электролита – воды, константа диссоциации которой (1, 8∙ 10‾ ¹⁶) значительно меньше константы диссоциации угольной кислоты (1, 8∙ 10‾ ⁵). До конца такая реакция протекать не будет, так как в растворе остается небольшое количество недиссоциированных молекул СН₃СООН.

При нейтрализации слабого основания сильной кислотой будет наблюдаться аналогичный процесс:

Zn(OH)₂ + 2HCl → ZnCl₂ + 2H₂O

Zn(OH)₂ + 2H⁺ → Zn²⁺ + 2H₂O

При этом равновесие будет сильно смещено вправо – в сторону образования более слабого электролита Н₂О, но в растворе останется небольшое количество недиссоциированных молекул Zn(OH)₂.