Реакции обмена в растворах электролитов
Электролиты – это вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток. Распад молекул вещества на ионы называется электролитической диссоциацией. К электролитам относятся кислоты, основания, соли. Кислоты – это электролиты, диссоциирующие в растворах с образованием катионов водорода: HCN ↔ H+ + CN‾; H2SO4 = 2H+ + SO42-. Основания – электролиты, диссоциирующие в растворах с образованием гидроксид-ионов: NH4OH ↔ NH4+ + OH‾; Ba(OH)2 = Ba2+ + 2OH‾. Существуют электролиты, которые могут диссоциировать по типу кислоты и по типу основания, такие электролиты называются амфотерными. К ним относятся гидроксиды амфотерных элементов, а также гидроксиды металлов, находящихся в промежуточной степени окисления, например: Be(OH)2, Al(OH)3, Zn(OH)2, Cr(OH)3 и многие другие. Диссоциацию растворенной части амфотерного гидроксила по обоим типам можно представить следующей схемой: H+ + RO‾ ↔ ROH ↔ R+ + OH‾. В насыщенном водном растворе амфотерного гидроксида ионы H+, RO‾ и R+, OH‾ находятся в состоянии равновесия, поэтому амфотерные гидроксиды взаимодействуют и с кислотами и с основаниями. При добавлении кислоты равновесие смещается в сторону диссоциации по типу основания, при добавлении основания – в сторону диссоциации по типу кислоты. Соли – электролиты, которые при растворении в воде диссоциируют, отщепляя положительные ионы, отличные от ионов водорода и отрицательные, отличные от гидроксид-ионов. Соли средние, кислые и основные диссоциируют: Al2(SO4)3 = 2Al3+ + 3SO42-; CuOHCl ↔ CuOH+ + Cl‾; KHCO3 = K+ + HCO3‾. По способности к диссоциации электролиты делятся на сильные и слабые. У сильных электролитов в растворе диссоциируют на ионы практически все молекулы, у слабых - лишь часть молекул. К сильным электролитам относятся почти все соли, основания щелочных и щелочноземельных металлов, а из важнейших кислот: HClO4, H2SO4, HNO3, HCl, HBr, HJ, HMnO4. К слабым электролитам относятся почти все органические кислоты, например, CH3COOH, неорганические соединения: H2CO3, H2SO3, H2SiO3, HCN, HNO2, H3PO4, HF, NH4OH, H2O и т. д. Реакции в растворах электролитов протекают между ионами и идут необратимо, если в результате реакции образуются осадки, газы и слабые электролиты. Обычно такие реакции изображаются при помощи ионно-молекулярных уравнений. Осадки, газы и слабые электролиты пишутся в виде молекул, хорошо растворимые сильные электролиты – в виде ионов. Рассмотрим типичные варианты реакций в растворах электролитов: а) 3АgNO3 + FeCl3 = Fe(NO3)3 + 3AgCl↓ – молекулярное уравнение 3Ag+ + 3NO3- + Fe3+ + 3NO3- + 3AgCl↓ – полное ионное уравнение Ag+ + Cl-= AgCl↓ - сокращенное ионное уравнение б).Na2CO3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2O + CO2↑ 2Na+ + CO32- + 2H+ + SO4- = 2Na+ + SO42- + H2O + CO2↑ 2H+ + CO32- = H2O + CO2↑. в) HCI + NaOH = NaCI + H2O H+ + CI- + Na+ + OH‾ = N a+ + CI‾ + H2O H+ + ОH‾ = H2O При составлении ионно-молекулярных уравнений следует помнить, что сумма электрических зарядов в левой части должна быть равна сумме электрических зарядов в правой части уравнения. Одинаковые ионы из обеих частей уравнения исключаются. Примеры решения задач Пример 10.1. Составьте молекулярные уравнения реакций, которым соответствуют следующие ионно-молекулярные уравнения: а) Fe(OH)3 + 3H+ = Fe3+ + 3H2O б) H3PO4 + 3OH- = PO43- + PO43- + 3H2O в) HCO3‾ + OH- = CO32- + H2O Решение. В левой части данных ионно-молекулярных уравнений указаны ионы, которые образуются при диссоциации сильных электролитов, следовательно, при составлении молекулярных уравнений следует исходить из соответствующих растворимых сильных электролитов. Например: а) Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O б) H3PO4 + 3NaOH = Na3PO4 + 3H2O в) KHCO3 + KOH = K2CO3 + H2O При решении подобных заданий следует пользоваться таблицей №2 (приложение). Пример 10.2. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций, подтверждающие амфотерный характер гидроксида свинца. Решение. Амфотерные электролиты могут диссоциировать по типу кислоты и основания, поэтому Pb(OH)2 может растворяться как в кислоте, проявляя свойство основания, так и в щелочи, проявляя свойства кислоты: а) как основание: Pb(OH)2 + 2HNO3 = Pb(NO3)2 + 2H2O Pb(OH)2 + 2H+ = Pb2+ + 2H2O б) как кислота: Pb(OH)2 + 2NaOH = Na2[Pb(OH)4] Pb(OH)2 + 2OH‾ = [Pb(OH)4]2- Схема диссоциации Pb(OH)2 выглядит так: 2H+ + [Pb(OH)4]2-- ↔ Pb(OH)2 + 2H2O ↔ [Pb(H2O)2]2+ +2OH‾ Задачи 181. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) K2S и CuSO4; б) AgNO3 и NH4Cl; в) Na2SiO3 и H2SO4; г) CaCO3 и HNO3. 182. Составьте по два молекулярных уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями: а) Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3; б) H+ + OH- = H2O; в) Cu2+ + S2- = CuS. 183. Можно ли приготовить раствор, содержащий одновременно следующие пары веществ: а) KOH и Ba(NO3)2; б) Cr(OH)3 и NaOH; в) Pb(NO3)2 и KCl; г) CuCl2 и Na2S? Представьте возможные реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде. 184. Смешивают попарно растворы: а) KOH и Mg (NO3)2; б) Li2СO3 и HCI; в) Fe(NO3)3 и KOH; г) NH4CI и NaOH. В каких случаях реакции практически пойдут до конца? Представьте их в молекулярном и ионно-молекулярном виде. 185. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) BaCO3 и HNO3; б) Fe2(SO4)3 и KOH; в) HCl и K2S; г) CH3COOK и HCl. 186. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) Mg(OH)2 и CH3COOH; б) NH4Cl и NaOH; в) Ca(OH)2 и K2CrO4; г) AlCl3 и Ba(OH)2. 187. Смешивают попарно растворы: а) K2SO3 и HCl; б) Na2SO4 и KCl; в) CH3COONa и HNO3; г) Al2(SO4)3 и избыток KOH. В каких из приведенных случаев реакции практически пойдут до конца? Составьте для этих уравнений молекулярные и ионно-молекулярные реакции. 188. Какие из веществ будут взаимодействовать с гидроксидом калия: а) Ba(OH)2; б) Zn(OH)2; в) FeCl3; г) H3PO4? Выразите эти реакции молекулярными и ионно-молекулярными уравнениями. 189. Составьте по два молекулярных уравнения, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями: а) OH‾ + HS‾ = H2O + S2-; б) CO32- + 2H+ = H2O + CO2; в) OH‾ + NH4+ = NH4OH. 190. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) K2SO3 и HCl; б) CH3COOH и KOH; в) Na2HPO4 и NaOH; г) Al(OH)3 и KOH. 191. Смешивают попарно растворы: а) Cu(NO3)2 и Na2SO4; б) BaCl2 и K2SO4; в) NaHCO3 и NaOH; г) Cu(OH)2 и HCl. В каких из приведенных случаев реакции практически пойдут до конца? Составьте для этих реакций молекулярные и ионно-молекулярные уравнения. 192. Составьте молекулярные и ионно- молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) CuS и HCI; б) Cr(OH)3 и KOH; в) MgSO4 и BaCI 2; г) Cu(OH)2 и H2SO4. 193. Напишите уравнения реакций, соответствующие следующим превращениям: а) CO32- → CaCO3 → Ca2+- → CaSO4 ; б) S2- → PbS → Pb2+. 194. Напишите молекулярно-ионные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) Hg(NO3)2 и NaOH; б) K2S и HCI; в) Ca(H2PO4)2 и Ca(OH)2. 195. Составьте по два молекулярных уравнения, которые соответствуют следующим сокращенным ионно-молекулярным уравнениям: а) NH4+ + OH-- = NH4OH; б) Cu2+ + S2- = CuS; в) Ag+ + I- = AgI. 196. Составьте ионно-молекулярные уравнения реакций, протекающих в растворах между: а) диоксидом углерода и гидроксидом бария; б) силикатом натрия и хлороводородной кислотой; в) сульфидом железа (II) и серной кислотой; г) иодидом калия и нитратом свинца. 197. Составьте ионно-молекулярные уравнения следующих реакций: а) Fe2(SO4)3 + K3PO4; б) Ba(NO3)2 + К2CO3; в) Ni(NO3)2 + K2S. 198. Составьте ионно-молекулярные уравнения следующих реакций: а) CuCI2 + H2SO4; б) CaCI2 + AgNO3; в) Cu(NO3)2 + NaOH; г) KOH + HNO3. 199. Исходя из сокращенной ионно-молекулярной формы уравнения, составьте по два молекулярных уравнения: а) CaCO3 + 2H+ = Ca2- + H2O + CO2; б) H+ + OH- = H2O; в) CuOH+ + H+ = Cu2+ + H2O 200. Напишите ионно-молеулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) Hg(NO3)2 и NaI; б) K2S и HCI; в) Ca(H2PO4)2 и Ca(OH)2. 11. Гидролиз солей Гидролизом солей – называется обменное взаимодействие ионов соли с водой, которое приводит к образованию слабого электролита и сопровождается изменением pH среды. Изменение pH среды происходит вследствие нарушения ионного равновесия диссоциации воды H2O ↔ H+ + OH‾. Катионы сильных оснований и анионы сильных кислот не образуют слабых электролитов, поэтому гидролизу не подвергаются. Если же соли содержат в своем составе ионы слабых кислот и оснований, либо те и другие одновременно, то в водных растворах они гидролизуются. В этих случаях в растворе могут устанавливаться следующие равновесия: а) при гидролизе аниона (A‾) слабой кислоты: А‾+ HOH ↔ HA + OH- (образуются ионы OH-, среда щелочная, pH >7); б) при гидролизе катиона (B+) слабого основания: B+ + HOH ↔ BOH + H+ (образуются ионы Н+, среда кислая, pH <7); в) при гидролизе катиона слабого основания и аниона слабой кислоты: А‾ + НОН ↔ НА + ОН-, В+ + НОН ↔ ВОН + Н+ Гидролиз солей, образованных многоосновными кислотами или многокислотными основаниями, протекает ступенчато (преимущественно по первой ступени) с образованием кислых или основных солей, Введение дополнительного количества ионов H+ или OH+ в равновесную систему может усилить или подавить процесс гидролиза в соответствии с принципом Ле Шателье.
|
