Направление ионно-обменной реакции между двумя электролитами в растворе определяется возможностью образования их ионами осадка, газа или слабого электролита

1. Образование малорастворимого соединения, выпадающего в виде осадка: AgNO3 + NaCl = AgCl↓ + NaNO3 (молекулярное уравнение)

Ag⁺ + NO3 – + Na⁺ + Cl ^– = AgCl↓ + Na⁺ + NO3 ^– (полное ионное уравнение)

Ag⁺ + Cl ^– = AgCl↓ (сокращенное ионное уравнение).

2. Образование газообразного вещества, удаляемого из раствора:

Na2CO3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2O + CO2↑

2Na⁺ + CO3^{2 –} + 2H⁺ + SO4^{2 –} = 2Na⁺ + SO4^{2 –} + H2O + CO2↑

CO3^{2 –} + 2H⁺ = H2O + CO2↑

3. Образование растворимого, но мало диссоциированного вещества, например, воды, слабой кислоты или слабого основания:

CH3COONa + H2SO4 = Na2SO4 + CH3COOH

CH3COO ^–+ Na⁺ = 2Na⁺ +SO4^{2 –}+ CH3COOH

CH3COO ^– + H⁺ = CH3COOH;

4. Образование устойчивой комплексной частицы – молекулы или иона:

HgI2 + 2KI = K2[HgI4]

Hg²⁺ + 2I ^– + 2K⁺ + 2I – = 2K⁺ + [HgI4]^{2 –}

Hg²⁺ + 4I ^– = [HgI4]^{2 –}

Реакциями нейтрализации называются обменные реакции взаимодействия кислот и оснований, в результате которых образуются соль и вода, например: NaOH + HCl = NaCl + H2O или OH ^– + H⁺ = H2O.

При нейтрализации сильного основания сильной кислотой равновесие практически полностью смещено в сторону образования воды. Реакции нейтрализации при взаимодействии кислот и оснований, различающихся по силе, не доходят до конца вследствие протекания обратной реакции гидролиза соли, например: СН3СООН + NaOH ⇌CH3COONa + Н2О

СН3СООН + ОН^-⇌СН3СОО^- + Н2О.

Реакции нейтрализации экзотермические и протекают с выделением тепла.

Гидролиз солей - это ионно-обменное взаимодействие соли с водой. Реакция протекает, если в продуктах образуется слабая кислота и/или слабое основание. Она основана на поляризующем действии ионов соли на молекулы воды, в результате которого нарушается равновесие диссоциации воды: Н2О ⇌ Н⁺ + ОН^-. Гидролиз - это реакция обратная нейтрализации, и идёт, следовательно, с поглощением тепла, то есть гидролиз эндотермический процесс.

Соли, образованные сильными основаниями и сильными кислотами (NаСl, КNO3, Rb2SO4), не содержат ионов, способных к взаимодействию с водой, поэтому гидролизу не подвергаются. Реакция среды в растворе таких солей нейтральная (рH=7).

Гидролиз по катиону характеризует соли, образованные сильной кислотой и слабым основанием (NH4Cl, ZnSO4, Al(NO3)3). В результате катион соли связывает ионы ОН^- из воды. В растворе увеличивается концентрация ионов Н⁺ и реакция среды становится кислой (рH<7).Например:

NH4⁺ + HOH⇌ NH4OH + H⁺ (уравнение в краткой ионной форме)

NH4Cl + HOH⇌ NH4OH + HCl (полное молекулярное уравнение)

Количественно гидролиз характеризуется константой гидролиза (Кг) и степенью гидролиза (h). Константа гидролиза соли сильной кислоты и слабого основания рассчитывается по формуле

Кг = [ Кв ∕ Косн], где Кв – ионное произведение воды, Косн – константа диссоциации слабого основания.

Расчет рН в растворе соли слабого основания и сильной кислоты осуществляют по формуле

рН = 7 + ½ lgKосн - ½ lgСсоли, где Ссоли – молярная концентрация соли.

 

Гидролиз по аниону характеризует соли, образованные слабой кислотой и сильным основанием (NаF, Na2CO3, Rb3PO4). Анион соли связывает катион Н⁺ воды и в растворе накапливаются ионы ОН^-, среда щелочная (рH > 7).

F^- + H2O⇌ H⁺ + OH^- (уравнение в краткой ионной форме)

NaF + HOH⇌ HF + NaOH (полное молекулярное уравнение)

Константа гидролиза соли сильного основания и слабой кислоты рассчитывается по формуле Кг=[ Кв ∕ Ккисл], где Ккисл – константа диссоциации слабой кислоты.

Расчет рН в растворе соли сильного основания и слабой кислоты осуществляют по формуле рН = 7 - ½ lgKкисл + ½ lgСсоли.

Гидролиз по катиону и аниону протекает в растворах солей, образованных слабой кислотой и слабым основанием (NH4CN, NH4СH3COO). Реакция среды в растворах таких солей близка к нейтральной. Может быть слабокислой или слабощелочной и определяется способностью к диссоциации продуктов гидролиза: слабой кислоты и слабого основания.

NH4F + HOH⇌ NH4OH + HF (полное молекулярное уравнение)

Константа гидролиза соли слабого однокислотного основания и слабой одноосновной кислоты: Кг = [ Кв /(Ккисл∙Косн)].

Расчет рН в растворе соли слабого основания и слабой кислоты:

рН=7 - ½ lgKкисл + ½ lgКосн.

Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой (Al2S3, Cr2S3, Al2(СО3)3), могут подвергаться необратимому разложению водой, если в продуктах образуются осадки или выделяется газ. Водные растворы таких солей не существуют. Например: Al2S3 + 6 HOH⇌ 2 Al(ОН)3 + 3H2S↑

Степень гидролиза соли (h) - это отношение количества вещества соли, подвергшегося гидролизу, к общему количеству вещества соли. Константа гидролиза (Кг) и степень гидролиза (h) связаны соотношением

Кг=Ссоли.h²/(1-h), где Ссоли - молярная концентрация соли в растворе.

Если h<<1, то Кг = Ссоли.h²; h = ÖKr /C_соли

Степень гидролиза соли определяется следующими факторами:

1. Так как гидролиз - процесс эндотермический, то повышение температуры усиливает гидролиз.

2. Чем слабее кислота и/или основание, образующиеся при гидролизе, тем выше степень гидролиза их солей.

3. Чем меньше молярная концентрация соли, тем степень гидролиза выше, т.е. с разбавлением гидролиз усиливается.

4. По принципу Ле-Шателье, добавление продуктов гидролиза его подавляет.

Буферный раствор - это раствор, содержащий равновесную систему, способную поддерживать практически постоянное значение рН при разбавлении или при добавлении небольших количеств кислоты или щелочи. Буферные растворы обладают амфотерными свойствами, взаимодействуют с сильными кислотами и основаниями. Их характеризуют рабочей областью рH и буферной емкостью.

Реакция ионного обмена — один из видов химических реакций, характеризующаяся выделением в продукты реакции воды, газа или осадка.

Химические реакции в растворах электролитов (кислот, оснований и солей) протекают при участии ионов. Если такие реакции не сопровождаются изменением степеней окисления, они называются реакциями двойного обмена.

В соответствии с правилом Бертолле: реакции обмена протекают только тогда, когда образуется малорастворимое соединение (осадок), легколетучее вещество (газ), малодиссоциирующее соединение (очень слабый электролит, в том числе и вода) или комплексное соединение. В таких случаях реакции будут практически не обратимы.