§ 5.3. Ионные уравнения реакций

Поскольку электролиты в растворах образуют ионы, ю

для отражения сущности реакций часто используют так на¬

зываемые ионные уравнения, подчеркивающие тот факт, что в

растворах происходят реакции не между молекулами, а меж¬

ду ионами.

Согласно теории диссоциации при реакциях в растворах

электролитов возможны два варианта:

рошо растворимые в воде и полностью диссоциирующие на

ионы.

осадок или слабый электролит (хорошо растворимый в воде).

Например, рассмотрим две реакции:

В ионной форме уравнения (5.13) и (5.14) запишутся сле¬ дующим образом:

2Na+ + С032- + 2Н* + 2СГ = 2Na+ + 2СГ + C02t + Н20, (5.13-)

2К+ + СОз2" + 2Н+ + S042- = 2К+ + S042" + C02t + Н20.

(5.14')

Молекула вода записывается здесь в недиссоциированной

форме потому, что является очень слабым электролитом. Не¬

полярные молекулы С02 плохо растворимы в воде и удаля¬

ются из сферы реакции. Одинаковые ионы в обеих частях уравнений (5.13' ) и (5.14' ) сокращают и оба уравнения пре¬

образуют в одно сокращенное ионное уравнение взаимодей¬

ствия карбонатов с кислотами:

Очевидно, что при взаимодействии карбонатов с любой кислотой реакция будет описываться уравнением (5.15). Сле¬

довательно, ионное уравнение, в отличие от молекулярного,

относится не к одной какой-нибудь реакции между конкрет¬

ными веществами, а к целой группе аналогичных реакций. В

этом его большая практическая ценность именно поэтому

86

широко используются качественные реакции на различные ионы.

Так, используя ионы серебра Ад+, можно обнаружить в

растворе ионы галогенов, и наоборот (см. задачу 7). Вышеизложенное позволяет сформулировать правило, ко¬

торым руководствуются при изучении процессов, проте¬ кающих в растворах электролитов.

Реакции между ионами в растворах электролитов идут

практически до конца в сторону образования осадков, газов и

слабых электролитов.

Следовательно, реакции идут с образованием веществ с меньшей концентрацией ионов в растворе в полном соот¬

ветствии с законом действующих масс при химическом рав¬

новесии (4.16) (см. задачу 8).

Кислоты, соли и основания в свете теории диссоциации

электролитов. В терминах теории диссоциации общеприняты следующие определения для перечисленных в подзаголовке

веществ.

Кислотой называется соединение, образующее при диссо¬

циации в водном растворе из положительных ионов только

ионы водорода Н\

Основанием называется соединение, образующее при дис¬

социации в водном растворе из отрицательных ионов только

гидроксид-ионы ОН".

В соответствии с этим определениями к кислотам отно¬

Солями называются соединения, образующие при диссо¬ циации в водном растворе положительно заряженные ионы металлов и отрицательно заряженные ионы кислотных остатков, а иногда, кроме них, ионы водорода и гидроксид-

ионы, например:

В соответствии с данным определением, соли делятся на

средние (НагСОз), кислые (NaHC03) и основные (Мд(ОН)Вг).

Сегодня известно, что в рамки приведенных определений

не укладываются многие вещества, в том числе и такие из-

87

вая доля сульфата меди (II) равна: <b(CuS04) = 12,8 / 120 =

0,107, или 10,7%. Ответ. 10,7%CuS04.

Задача 4. Сколько граммов нитрата серебра выпадает в

осадок из 10 г раствора, насыщенного при 80 °С, при охлаж¬

дении его до 20 °С? Растворимость AgN03 составляет 635 г

при 80 °С и 228 г при 20 °С.

Решение. Найдем состав исходного раствора. Массовая

доля вещества в насыщенном растворе (ю) связана с раство¬

римостью (.у) соотношением:

(о = sl(s+100).

При 80°С «»(AgN03)=635/735=0,864. wi(AgN03)= 100,864=8,64г.

Пусть при охлаждении выпало х г AgN03. Тогда масса

конечного раствора равна 100 jc, а массовая доля соли в

охлажденном растворе равна:

©{А'ЗГ'Юз) = (8,64-х) / (10-х) = 228/328

откуда х = 5,54 г.

Ответ. 5,54 г АдМОз.

Задача 5. Какое количество бария нужно взять, чтобы при

его взаимодействии с 1 л воды образовался 2%-ный раствор

гидроксида бария?

Решение. Барий растворяется в воде по уравнению

X XX

Ва + 2НгО = Ва(ОН)2 + H2t.

Пусть в реакцию вступило х моль Ва, тогда образовалось по х моль Ва(ОН)2 (М=171) и Н2. Масса вещества Ва(ОН)2 в рас¬

творе составляет 171*, а масса раствора равна:

от(р-ра) = 1000 + /и(Ва) /я(Н2) = 1000+137х-2х = 1000+135*.

Массовая доля гидроксида бария равна:

©(Ва(ОН)2) = 171*/(1000+135*) = 0,02,

откуда х - 0,119.

Ответ. 0,119 моль Ва.

Задача 6. Рассчитайте массовые доли веществ в растворе,

образовавшемся при действии 25 мл 20%-ной соляной кисло¬ ты (плотность 1,1 г/мл) на 4,0 г сульфида железа (II).

89

Решение. Сульфид железа (II) растворяется в соляной кис¬

лоте по уравнению

0,0455 0,091 0,0455 0,0455

FeS + 2HCI = FeCI2 + H2St.

т(р-ра HCI) = 25-1,1 = 27,5 г. ш(НС1) = 27,5-0,2 = 5,5 г. v(HC1)

= 5,5 / 36,5 = 0,151. v(FeS) = 4,0 / 88 = 0,0455. FeS находится в

недостатке, и расчет по уравнению реакции надо вести по

FeS.

В результате реакции образуется по 0,0455 моль FeCI2

(массой 0,0455-127=5,78 г) и H2S (массой 0,0455-34=1,55 г), и

расходуется 0,091 моль HCI. В растворе останется 0,151-0,091

=0,06 моль HCI массой 0,06-36,5 = 2,19 г.

Масса образовавшегося раствора равна:

/я(р-ра) = 27,5 + wi(FeS) - m(H2S) = 27,5 + 4,0 1,55 = 30,0 г.

Массовые доли веществ в растворе:

oo(FeCI2) = 5,78/30,0 = 0,193, или 19,3%,

ю(НС1) = 2,19 / 30,0 = 0,073, или 7,3%. Ответ. 19,3% FeCI2, 7,3% HCI.

Задача 7. Как одним реагентом различить водные раство¬

ры HBr, NaF, КОН, А1С1э? Напишите уравнения соответ¬

ствующих реакций и укажите их признаки.

Решение. Удобный реактив для распознавания различных солей нитрат серебра, который с различными ионами об¬

разует осадки разного цвета.

HBr + AgN03 = AgBrl + HN03,

NaF + AgN03 /-

2КОН + 2AgN03 = Ag2Oi + H20 + 2KN03 ,

AICI3 + 3AgN03 = 3AgCll + AI(N03)3.

АдВг желтоватый осадок, Ag20 черно-бурый, AgCI бе¬ лый. С фторидом натрия реакция не идет, поскольку фторид

серебра растворим в воде.

Задача 8. Какие два вещества вступили в реакцию и при

каких условиях, если в результате образовались следующие

вещества (указаны все продукты реакции без коэффициен¬

тов):

1) ВаСОз + Н20;

90