Тема 7. Ионные реакции в растворах электролитов

       Некоторые вещества при растворении в воде распадаются на ионы. Процесс распада вещества на ионы называется диссоциацией. Вещества, распадающиеся на ионы в растворах или расплавах и потому проводящие электрический ток, называются электролитами. Электролитами являются растворы кислот, оснований и солей. Всякий электролит диссоциирует на катион (положительно заряженный ион) и анион (отрицательно заряженный ион). В общем виде процесс диссоциации записывается так: КА = К⁺ + А^-.

Кислоты – это электролиты, при диссоциации которых в качестве катионов образуются только катионы водорода

HCl = H⁺ + Cl^-.

Основаниями называются электролиты, при диссоциации которых в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы.

КОН = К⁺ + ОН^-.

Солями называют электролиты, при диссоциации которых образуются катионы металлов (или катион аммония) и анионы кислотных остатков.

Na₂SO₄ = 2Na⁺ + SO₄^2-    KHCO₃ = K⁺ + HCO₃^-      ZnOHCl = ZnOH⁺ + Cl^-

 Различают электролиты сильные и слабые. Сильные электролиты полностью диссоциируют на ионы. Слабые электролиты диссоциируют лишь частично. В растворах слабых электролитов наряду с ионами присутствуют и молекулы., причем молекулы преобладают. Вода также является очень слабым электролитом.

Н₂О <=> Н⁺ + ОН^-  

В чистой воде концентрация ионов водорода равна концентрации ионов гидроксила [Н⁺] = [ОН^-] = 10^-7. Очень часто вместо величины концентрации ионов водорода используют водородный показатель – рН. рН = -lg[Н⁺]. Для нейтрального раствора рН=7, для кислого раствора, где преобладают ионы водорода рН<7, для щелочного раствора, в котором повышена концентрация гидроксогрупп рН>7.

 Большая скорость многих химических реакций в растворах электролитов объясняется тем, что они протекают не между молекулами, а между ионами. Для выявления сущности химических реакций их удобнее записывать не в молекулярном, а в ионно-молекулярном виде. Ионные уравнения отражают состояние электролита в растворе. В этих уравнениях сильные растворимые электролиты записывают в виде ионов, поскольку они полностью диссоциированы, а слабые электролиты, малорастворимые и газообразные вещества записывают в молекулярной форме. В ионно-молекулярном уравнении одинаковые ионы из обеих его частей исключаются. При составлении ионно-молекулярных уравнений следует помнить, что сумма электрических зарядов в левой части уравнения должна быть равна сумме электрических зарядов в правой части уравнения. При написании ионных уравнений следует помнить:

1.формулы сильных электролитов пишут в виде ионов. К сильным электролитам принадлежат все растворы солей, а также растворы следующих наиболее часто встречающихся кислот и оснований: HCl, HBr, HI, H₂SO₄, HNO₃, HClO₄, HMnO₄, LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂, Sr(OH)₂;

2.формулы слабых электролитов и малорастворимых веществ следует писать в виде молекул.

       Пример 1. Написать ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия между водными растворами следующих веществ: а) NaOH и HCl; б) Pb(NO₃)₂ и Na₂S; в) Na₂CO₃ и H₂SO₄; г)NaClO и HNO₃

Решение. Запишем уравнения взаимодействия указанных веществ в молекулярном виде:

а) NaOH + HCl = NaCl + H₂O

б) Pb(NO₃)₂ + Na₂S = PbS + 2NaNO₃

в) Na₂CO₃ + H₂SО₄ = Na₂SO₄ + H₂O + CO₂

г) NaClO + HNO₃ = NaNO₃ + HClO

Отметим, что взаимодействие этих веществ возможно, так как в результате происходит связывание ионов с образованием слабых электролитов (H₂O, HClO), осадка (PbS), и газа (CO₂). Записываем эти молекулярные реакции в ионно-молекулярном виде.

а) H⁺ + Cl^- + Na⁺ + OH^- = Na⁺ + Cl^- + H₂O

б) Pb²⁺ + NO₃^-+ 2Na⁺ + S^2- = PbS + 2Na⁺ + 2NO₃^-

в) 2Na⁺ + CO₃^2- + 2H⁺ + SO₄^2- = 2Na⁺ + SO₄^2- + H₂O + CO₂

г) Na⁺ + ClO^- + H⁺ + NO₃^- = Na⁺ + NO₃^- + HClO

Исключив одинаковые ионы из обеих частей равенства а) Na⁺ и Cl^- б) Na⁺ и NO₃^- в) Na⁺  и SO₄^2- г) Na⁺ и NO₃^- , получим сокращенные ионно-молекулярные уравнения соответствующих реакций:

       а) H⁺ + OH^- = H₂O

       б) Pb²⁺ + S^2- = PbS

       в) 2H⁺ + CO₃^2- = H₂O + CO₂

       г) H⁺ + ClO^- = HClO

Пример 2. Составьте молекулярные уравнения реакций, которым соответствуют следующие ионно-молекулярные уравнения.

       а) SO₃^2- + 2H⁺ = SO₂ + H₂O

       б) Ca²⁺ + CO₃^2- = CaCO₃

       в) ZnOH⁺ + H+ = Zn²⁺ + H₂O

В левой части ионно-молекулярных уравнений указаны свободные ионы, которые образуются при диссоциации растворимых сильных электролитов, следовательно, при составлении молекулярных уравнений следует исходить из соответствующих растворимых сильных электролитов. Например:

       а) Na₂SO₃ + 2HCl = 2NaCl + SO₂ + H₂O

       б) CaCl₂ + K₂CO₃ = CaCO₃ + 2KCl

       в) ZnOHCl + HCl = ZnCl₂ + H₂O

Контрольные вопросы

121. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) K₂S и HCl; б) FeSO₄ и (NH₄)₂S; в) Cr(OH)₃ и KOH. 

122. Составьте по три молекулярных уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:

                      а) Cu²⁺ + S^2- = CuS

                      б) SiO₃^2- + 2H⁺ = H₂SiO₃

123. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) Sn(OH)₂ и HCl; б) BeSO₄ и KOH; в) NH₄Cl и Ba(OH)₂

124. Какие из перечисленных веществ: KHCO₃, CH₃COOH, NiSO₄, Na₂S -            взаимодействуют с раствором серной кислоты? Напишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения этих реакций.

125. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) AgNO₃ и K₂CrO₄; б) Pb(NO₃)₂ и KI; в) CdSO₄ и Na₂S.

126. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между а) KHCO₃ и H₂SO₄; б) Zn(OH)₂ и NaOH;в) CaCl₂ и AgNO₃.

127. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:

                                                             а) CaCO₃ + 2H⁺ = Ca²⁺ + H₂O + CO₂

                                                             б) Al(OH)₃ + OH^- = AlO₂^– + 2H₂O

                                                             в) Pb²⁺ + 2I^- = PbI₂

128. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) CdS и HCl; б) Cr(OH)₃ и NaOH; в) Ba(OH)₂ и CoCl₂

129. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) H₂SO₄ и Ba(OH)₂; б) FeCl₃ и NH₄OH; в) CH₃COONa и HCl

130. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:

                                                             а) Fe(OH)₃ + 3H⁺ = Fe³⁺ + 3H₂O

                                                             б) Cd²⁺ + 2OH^- = Cd(OH)₂

                                                             в) H⁺ + NO₂^- = HNO₂

131. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:

                                                                а) Zn²⁺ + H₂S = ZnS + 2H⁺

                                                                б) HCO₃^- + H⁺ =H₂O+ CO₂

                                                                в) Ag⁺ + Cl^- = AgCl

132. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между а) Na₃PO₄ и CaCl₂; б) Zn(OH)₂ и KOH; в) K₂CO₃ и BaCl₂

133. Какие из веществ: NaCl, NiSO₄, Be(OH)₂, KHCO₃ — взаимодействуют с раствором гидроксида натрия. Напишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения этих реакций.

134. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) NiSO₄ и (NH₄)₂S; б) MgCO₃ и HNO₃; в) FeCl₃ и KOH;

135. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:

                                                          а) Be(OH)₂ + 2OH^‑ = BeO₂^2- + 2H₂O

                                                          б) CH₃COO^- + H⁺ = CH₃COOH

                                                          в) Ba²⁺ + SO₄^2- = BaSO₄

136. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) Be(OH)₂ и NaOH; б) Cu(OH)₂ и HNO₃; в) ZnOHNO₃ и HNO₃

137. Составьте по три молекулярных уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями

                                                    а) Mg²⁺ + CO₃^2- = MgCO₃

                                                    б) H⁺ + OH^- = H₂O

138. Какие из веществ: Pb(OH)₂, Ba(OH)₂, H₂SO₄ будут взаимодействовать с гидроксидом калия? Выразите эти реакции молекулярными и ионно-молекулярными уравнениями.

139. Напишите по два молекулярных уравнения для реакций, которые выражаются следующими ионно-молекулярными уравнениями:

                                                    а) Cu²⁺ + 2OH^- = Cu(OH)₂

                                                    б) Ba²⁺ + SO₄^2- = BaSO₄

140. Составьте молекулярные уравнения реакций, которым соответствуют следующие ионно-молекулярные уравнения:

                                                    а) Cu²⁺ + H₂S = CuS + 2H⁺

                                                    б) NH₄⁺ + OH^- = NH₄OH

                                                    в) CaCO₃ + 2H⁺ = Ca²⁺ + CO₂ + H₂O

Тема 8. Гидролиз солей

       Гидролизом солей называется обратимое взаимодействие ионов соли с ионами воды, приводящее к изменению соотношения между ионами водорода и гидроксид-ионами в растворе. При этом изменяется рН среды. В результате гидролиза могут образовываться молекулы слабых кислот и оснований, анионы кислых солей или катионы основных солей. В большинстве случаев гидролиз является обратимым процессом.

       Гидролизу подвергаются только те соли, в состав которых входят ионы слабого электролита (слабой кислоты или слабого основания), потому что для слабых электролитов более характерно существование в молекулярной форме. Соли, образованные сильными кислотами и сильными основаниями гидролизу не подвергаются.

Пример 1. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей: а) NaCN, б) K₂CO₃, в) ZnSO₄. Определите реакцию среды в растворах этих солей.

Решение. а) Цианид натрия – соль слабой одноосновной кислоты HCN и сильного основания KOH. При растворении в воде молекулы NaCN диссоциируют на катионы Na⁺ и анионы CN^-. Катионы Na⁺ не могут связывать ионы OH^-, образующиеся при диссоциации воды, так как NaOH - сильное основание. Анионы же CN^- связывают ионы Н⁺ воды, образуя молекулы слабого электролита. Соль гидролизуется по аниону. Ионно-молекулярное уравнение гидролиза   CN^- + H₂O = HCN + OH^-

В молекулярной форме NaCN + H₂O = HCN + NaOH

В результате гидролиза в растворе появляется некоторый избыток ионов ОН^-, поэтому раствор NaCN имеет щелочную реакцию, рН>7.

б) Карбонат калия – соль слабой многоосновной кислоты и сильного основания. Гидролиз пойдет по аниону. Поскольку диссоциация слабых электролитов протекает ступенчато, то и гидролиз также должен идти по стадиям. В этом случае анионы соли СО₃^2- связывая водородные ионы воды, образуют анионы кислой соли НСО₃^-, а не молекулы Н₂СО_з, так как ионы НСО₃^- диссоциируют гораздо труднее, чем молекулы Н₂СО₃. В обычных условиях гидролиз идет по первой ступени. Ионно-молекулярное уравнение гидролиза CO₃^2-+ H₂O = HCO₃^- + OH^‑, или в молекулярной форме K₂СO₃ + H₂O = KHСO₃ + KOH. В растворе появляется избыток ионов ОН-, поэтому раствор К₂СО₃ имеет щелочную реакцию, рН>7.

в) Сульфат цинка – соль слабого основания Zn(OH)₂ и сильной кислоты H₂SO₄. В этом случае катионы Zn²⁺связывают гидроксильные ионы воды, образуя катионы основной соли ZnOH⁺. Образование молекулы Zn(OH)₂ не происходит, так как ионы ZnOH⁺ диссоциируют гораздо труднее, чем молекулы Zn(OH)₂. В обычных условиях гидролиз идет по первой ступени. Соль гидролизуется по катиону. Ионно-молекулярное уравнение гидролиза имеет вид: Zn²⁺ + H₂O = ZnOH⁺ + H⁺ или в молекулярной форме      2ZnSO₄ + 2H₂O = (ZnOH)₂SO₄ + H₂SO₄ В растворе появляется избыток ионов водорода, поэтому раствор ZnSO₄ имеет кислую реакцию рН<7.

       Пример 2. Какие продукты образуются при смешивании растворов Al(NO₃)₃ и Na₂S? Составьте ионно-молекулярное и молекулярное уравнения гидролиза.

Решение. Соль Al(NO₃)₃ гидролизуется по катиону (так как Al(OH)₃ - слабое основание), а Na₂S - по аниону(H₂S - слабая кислота)

       Al³⁺ + H₂O = AlOH²⁺ + H⁺

       S^2- + H₂O = HS^- + OH^-

Если растворы этих солей находятся в одном сосуде, то идет взаимное усиление гидролиза каждой из них, так как ионы Н⁺ и ОН^- образуют молекулу слабого электролита Н₂О. При этом равновесие реакции сдвигается вправо и гидролиз каждой из взятых солей идет до конца с образованием Al(OH)₃ и Н₂S. Ионно-молекулярное уравнение имеет вид:

2Al³⁺ +3S^2- + 6H₂O = 2 Al(OH)₃ + 3H₂S, а молекулярное уравнение

2Al(NO₃)₃ + 3Na₂S +6H₂O = 2 Al(OH)₃  + 6NaNO₃ + 3H₂S

Контрольные вопросы

141. Какое значение рН (больше или меньше 7) имеют растворы солей MnCl₂, Na₂CO₃, Ni(NO₃)₂? Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.

142. Какие из солей Al₂(SO₄)₃, K₂S, Pb(NO₃)₂, KCl подвергаются гидролизу? Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза соответсвующих солей.

143. Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза солей CH₃COOK, CuSO₄, Al(NO₃)₃? Какое значение рН имеют растворы этих солей?

144. Какие из солей RbCl, Cr₂(SO₄)₃, Ni(NO₃)₂ подвергаются гидролизу? Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей?

145. При смешивании растворов FeCl₃ и Na₂CO₃ каждая из взятых солей гидролизуется необратимо до конца. Выразите этот совместный гидролиз ионным и молекулярным уравнениями.

146. Какое значение рН имеют растворы солей Na₃PO₄, K₂S, CoCl₂? Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.

147. Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей CuSO₄, Cs₂CO₃, ZnCl₂.Какое значение рН имеют растворы этих солей?

148. Составьте ионные и молекулярные уравнения совместного гидролиза, происходящего при смешивании растворов K₂S  и CrCl₃. Каждая из взятых солей гидролизуется до конца.

149. Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза солей K₂S, Cs₂CO₃, NiCl₂. Какое значение рН (больше или меньше 7) имеют растворы этих солей?

150. Какие из солей K₂CO₃, FeCl₃, K₂SO₄, ZnCl₂ подвергаются гидролизу? Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей. Какое значение рН имеют растворы этих солей?

151. При смешивании растворов Al₂(SO₄)₃ и Na₂S  каждая из взятых солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты. Выразите этот совместный процесс гидролиза ионным и молекулярным уравнениями.

152. Какие из солей NaBr, Na₂S, K₂CO₃, CoCl₂ подвергаются гидролизу? Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей. Какое значение рН имеют растворы этих солей?

153. Какое значение рН имеют растворы солей Li₂S, Al(NO₃)₃, NiSO₄? Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.

154. Какие из солей KNO₃, CrCl₃, Cu(NO₃)₂, NaCN подвергаются гидролизу? Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей. Какое значение рН имеют растворы этих солей?

155. Составьте ионные и молекулярные уравнения совместного гидролиза, происходящего при смешивании растворов Cu(NO₃)₂ и Na₂S. Каждая из взятых солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты.

156. Какое значение рН имеют растворы солей K₃PO₄, Pb(NO₃)₂, K₂S? Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.

157. Какие из солей K₂CO₃, FeCl₃, K₂SO₄, ZnCl₂ подвергаются гидролизу? Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей. Какое значение рН имеют растворы этих солей?

158. При смешивании растворов Al₂(SO₄)₃ и K₂СO₃ каждая из взятых солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты. Выразите этот совместный процесс гидролиза ионным и молекулярным уравнениями.

159. Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза солей Na₂SiO₃, CoCl₂,MgCl₂. Какое значение рН имеют растворы этих солей?

160. Какое значение рН имеют растворы солей NiSO₄, Na₂SO₃, Al₂(SO₄)₃?Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.