1.7. Растворы электролитов
Пример 1. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций, протекающих между веществами:
1. AgNO3 + FeCl3
2. Na2S + HCl
3. HCN + KOH
4. Zn(OH)2 + NaOH
Решение. Реакции в растворах электролитов протекают между ионами, их записывают с помощью ионных уравнений. Большинство этих реакций относят к типу обменных, и сущность их сводится к соединению ионов в молекулы новых веществ. Обязательным условием протекания реакций обмена между электролитами в растворах является присутствие малорастворимых веществ, слабых электролитов, газообразных веществ, комплексных ионов.
При составлении ионного уравнения все перечисленные выше вещества пишутся в виде молекул, а сильные электролиты в виде ионов, независимо от того, в левой или правой частях уравнения они находятся.
Распишем реакции, приведенные в условии задачи в молекулярном и ионном виде.
Молекулярное уравнение:
3AgNO3 + FeCl3 = 3AgCl + Fe(NO3)3.
Полное ионное уравнение:
3Ag+
+ 3NO
+ Fe3+
+ 3Cl
= 3AgCl
+ 3Fe3+
+ 3NO
.
Если из правой и левой частей уравнения исключить одинаковые ионы, то получим краткое ионное уравнение, выражающее суть данной реакции.
Краткое ионное уравнение:
3Ag+ + 3Cl = 3AgCl.
Подобным образом расписываем остальные реакции.
2. Na2S + 2HCl =2NaCl + H2S.
2Na+ + S2– + 2H+ + 2Cl– =2Na+ + 2Cl– + H2S.
2H+ + S2– = H2S.
3. HCN + KOH = KCN + H2O.
HCN + K+ + OH = K+ + CN + H2O.
HCN + OH = CN + H2O.
4. Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4].
Zn(OH)2 + 2Na+ + 2OH = 2Na+ + [Zn(OH)4]2.
Zn(OH)2 + 2OH = [Zn(OH)4]2.
Пример 2. К растворам NaCl, HNO3, CuSO4, KNO3 прибавили раствор гидроксида натрия. В каком случае произошла реакция? Напишите молекулярные и ионные уравнения этих реакций.
Решение. Чтобы определить, произошла или нет реакция, распишем молекулярные и ионные уравнения:
1. NaCl + NaOH = NaOH + NaCl,
Na+ + Cl + Na+ + OH = Na+ + OH + Na+ + Cl.
В левой и правой частях уравнения одни и те же ионы, нет никакого изменения, реакция не идет.
2. HNO3 + NaOH = NaNO3 + H2O,
H+ + NO + Na+ + OH = Na+ + NO + H2O,
H+ + OH = H2O.
Реакция протекает с образованием слабого электролита воды.
3. CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4,
Cu2+
+ SO
+ 2Na+
+ 2OH
= Cu(OH)2
+ 2Na+
+ SO
.
Cu2+ + 2OH– = Cu(OH)2
Реакция протекает с образованием осадка гидроксида меди.
4. KNO3 +NaOH = KOH + NaNO3,
K+ + NO + Na+ + OH = K+ + OH + Na+ + NO .
Реакция не идет, левая и правая части уравнения идентичны.
Пример 3. Какое значение pH (больше или меньше 7) имеют растворы следующих солей: Na2SO4, Na2S, NaCl, CuSO4? Ответ мотивируйте, составив молекулярные и ионные уравнения гидролиза соответствующих солей.
Решение. Гидролиз солей это реакция обменного разложения между водой и ионами соли, ведущая к образованию слабого электролита, нарушающая диссоциацию воды и, как правило, изменяющая pH раствора. Поэтому гидролизу не подвергаются соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, так как они не могут дать слабых электролитов.
Если гидролизу подвергаются многозарядные ионы, гидролиз всегда протекает ступенчато с преобладанием первой стадии и образованием основных и кислых солей. Гидролиз можно усилить, если раствор подогреть или сильно разбавить.
Из солей, приведенных в условии задачи, NaCl и Na2SO4 образованы сильными основаниями и сильными кислотами, поэтому они гидролизу не подвергаются, pH растворов этих солей будет примерно равен 7.
Соль Na2S образована сильным основанием NaOH и слабой кислотой H2S . Гидролиз пойдет по слабому звену аниону ступенчато:
Na2S 2Na+ + S2,
S2 + HOH HS + OH,
Na2S + H2O NaHS + NaOH.
Выше записано краткое ионное уравнение гидролиза. Чтобы написать на его основе молекулярное уравнение, необходимо к ионам краткого ионного уравнения дописать до компенсации зарядов противоионы от исходной соли, в данном случае ионы Na+.
Соль CuSO4 образована слабым основанием Cu(OH)2 и сильной кислотой H2SO4. Гидролиз пойдет по слабому звену катиону Cu2+:
CuSO4
Cu2+
+ SO
.
Краткое ионное уравнение гидролиза:
Cu2+ + HOH (CuOH)+ + H+.
Молекулярное уравнение гидролиза:
2CuSO4 + 2H2O (CuOH)2SO4 + H2SO4.
Пример 4. Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза, происходящего при сливании растворов Cr2(SO4)3 и H2S, зная, что образующийся сульфид хрома не существует в водной среде и полностью гидролизуется.
Решение. При сливании растворов солей происходит следующая обменная реакция:
Cr2(SO4)3 + 3K2S Cr2S3 + 3K2SO4.
Соль K2SO4 образована сильным основанием KOH и сильной кислотой H2SO4 и гидролизу не подвергается. Соль Cr2S3 образована слабым основанием Cr(OH)3 и слабой кислотой H2S, поэтому гидролиз пойдет по катиону и по аниону до конца.
Краткое ионное уравнение гидролиза соли Cr2S3:
2Cr3+ + 3S2- + 6HOH 2Cr(OH)3 + 3H2S.
Молекулярное уравнение реакции с учетом гидролиза соли:
Cr2(SO4)3 + 3K2S + 6H2O 3K2SO4 + 2Cr(OH)3 + 3H2S.