10. Іонні рівняння реакцій
При взаємодії електролітів з’єднуються лише протилежно заряджені іони. Якщо при цьому утворюється нова речовина у вигляді осаду, газу, слабкого електроліту чи комплексного іона, то такі реакції можна вважати необоротними. Такі реакції називаються іонними реакціями, а рівняння цих реакцій іонними рівняннями.
В іонних рівняннях осад (Додаток 4), газ чи слабкий електроліт завжди записують у молекулярній формі.
Численні іонообмінні реакції в розчинах електролітів, які перебігають необоротно, можна розбити на чотири типи:
1. Утворення малодисоційованої сполуки.
Молекулярне рівняння реакції:
Ca(СH3COO)2 + 2HNO3 2CH3COOH + Ca(NO3)2.
Кальцій ацетат і нітратна кислота – сильні електроліти. У водному роз-чині вони існують у вигляді іонів:
Ca(СH3COO)2 Ca2+ + 2CH3COO;
2HNO3 2H+ + 2NO .
Під час змішування цих розчинів іони CH3COO і H+ утворюють слаб-кий електроліт – малодисоційовані молекули ацетатної кислоти CH3COOH. Іони Ca2+ і NO не беруть участі у реакції, тому що кальцій нітрат Ca(NO3)2 є сильним електролітом.
Іонні рівняння цієї реакції мають такий вигляд.
Повне іонне рівняння реакції:
Ca2+ + 2CH3COO + 2H+ + 2NO 2CH3COOH + Ca2+ + 2NO .
Скорочене іонне рівняння реакції:
2CH3COO + 2H+ 2CH3COOH.
Скорочене іонне рівняння одержують шляхом виключення в правій і лівій частинах повного іонного рівняння однакових іонів Ca2+ і 2NO , тоб-то тих, які практично не брали участі у реакції.
Скорочене іонне рівняння показує, що реакція між кальцій ацетатом і нітратною кислотою насправді є взаємодією між іонами CH3COO та H+ .
Рівняння реакції, що відбувається при взаємодії розчинів сульфатної кислоти і калій гідроксиду, записують так:
H2SO4 + 2KOH K2SO4 + 2H2O;
2H+ + SO + 2K+ + 2OH 2K+ + SO + 2H2O;
2H+ + 2OH 2H2O.
2. Утворення малорозчинної сполуки.
FeCl3 + 3NaOH Fe(ОН)3 + 3NaCl;
Fe3+ + 3Cl + 3Na+ + 3ОН Fe(ОН)3 + 3Na+ + 3Cl ;
Fe3+ + 3ОН Fe(ОН)3;
Fe2(SO4)3 + 6KOH 2Fe(ОН)3 + 3K2SO4;
2Fe3+ + 3SO + 6K+ + 6OH 2Fe(ОН)3 + 6K+ + 3SO ;
2Fe3+ + 6ОН 2Fe(ОН)3.
Ці скорочені іонні рівняння показують, що при змішуванні розчину будь-якої солі, що містить іони Fe3+, з розчином, що містить іони ОН, ре-акція проходить у напрямку утворення нерозчинного у воді ферум(ІІІ) гідроксиду Fe(ОН)3.
3. Утворення газоподібної сполуки.
СаCO3 + 2HCl СаCl2 + H2O + CO2 ;
СаCO3 + 2H+ + 2Cl Са2++ 2Cl + H2O + CO2;
СаCO3 + 2H+ Са2++ H2O + CO2.
Кальцій карбонат нерозчинний у воді. Карбон(ІV) оксид малоди-соційована сполука. Він виділяється у вигляді газу. Їх в іонному рівнянні реакції записують у молекулярній формі. Хлоридна кислота та кальцій хлорид – сильні електроліти. Вони існують у розчині у вигляді іонів.
Рівняння реакції, що відбувається при взаємодії натрій сульфіду з ніт-ратною кислотою, має вигляд:
Na2S + 2HNO3 2NaNO3 + H2S;
2Na+ + S2 + 2H+ + 2NO 2Na++ 2NO + H2S;
2H+ + S2- H2S.
Якщо в продуктах реакції не утворюється хоча б одна з сполук: мало-дисоційована, малорозчинна або газоподібна, реакції оборотні і не відбува-ються до кінця. У такому випадку в розчині існує суміш іонів, які між со-бою не взаємодіють. Наприклад:
NaCl + KNO3 KCl + NaNO3;
Na+
+
Cl
+ K+
+ NO
K+
+ Cl
+ Na+
+ NO
.
Такі рівняння носять формальний характер і реакції не мають практич-ного змісту. Наприклад, рівняння дисоціації (без урахування гідратації іонів) має вигляд для:
натрій нітрату |
NaNO3 Na+ + NO ; |
кальцій хлориду |
СaCl2 Сa2+ + 2Cl; |
алюміній сульфату |
Al2(SO4)3 2Al3+ + 3SO ; |
калій гідроксиду |
KOH K+ + OH; |
нітратної кислоти |
HNO3 H+ + NO . |
За допомогою теорії електролітичної дисоціації дають найбільш повну характеристику властивостям різних неорганічних сполук.
Електроліти різною мірою дисоціюють на іони. Сильні електроліти при розчиненні у воді практично повністю дисоціюють на іони, слабкі елек-троліти дисоціюють частково. В останньому випадку процес дисоціації є оборотним, тому стосовно нього можна використати закон діючих мас.
Наприклад, для процесу дисоціації ацетатної кислоти:
CН3СООН H+ + CН3СОО
отримаємо:
Стала величина К називається константою дисоціації. Вона характе-ризує здатність електроліту дисоціювати на іони. Чим більше значення приймає К, тим більше іонів у розчині. Константа дисоціації не залежить від концентрації електроліту, і тому є більш загальною характеристикою електроліту, ніж ступінь дисоціації . Вона залежить від природи елек-троліту, природи розчинника та від температури. Між константою дисо-ціації та ступенем дисоціації існує залежність:
|
(129) |
