← Реакции ионного обмена

Молекулярные и ионные уравнения: алгоритм

Пошаговый разбор: что расписывать на ионы, а что оставлять в молекулярном виде.

3. Молекулярные и ионные уравнения

Реакции ионного обмена можно записать тремя способами:

Молекулярное уравнение

Уравнение с незаряженными атомами и молекулами.

$HCl + NaOH \to NaCl + H_2O$

Полное ионное уравнение

Уравнение с ионами, образовавшимися при диссоциации.

$H^+ + Cl^- + Na^+ + OH^- \to Na^+ + Cl^- + H_2O$

Сокращённое ионное уравнение

Получается путём сокращения одинаковых ионов слева и справа.

$H^+ + OH^- \to H_2O$

Что расписываем на ионы, а что нет?

Ионные уравнения

В ионных уравнениях записывают в виде ионов формулы:

  • растворимых солей;
  • сильных кислот (HCl, HBr, HI, HNO3, HClO3, HClO4, H2SO4 и др.);
  • сильных оснований (щелочи LiOH, NaOH, KOH, CsOH, RbOH, Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2).

В ионных уравнениях записываются в виде молекул формулы:

оксиды в качестве реагентов
в РИО не используем
  • воды;
  • слабых кислот (HF, H2S, H2SO3, H2CO3, H2SiO3, HNO2, HCN, H3PO4, HClO, HClO2, органические кислоты HCOOH, CH3COOH и др.);
  • NH3 · H2O, нерастворимых оснований и амфотерных гидроксидов (Zn(OH)2, Fe(OH)2, Fe(OH)3, Al(OH)3, Cu(OH)2 и др.);
  • газообразных веществ (CO2, H2S, NH3, SO2);
  • нерастворимых солей.

Особенность малорастворимых гидроксидов

$Ca(OH)_2$ и $Sr(OH)_2$ — малорастворимы:

  • В левой части уравнения — расписываем на ионы (если они исходные вещества в растворе)
  • В правой части уравнения — НЕ расписываем (осадок)
$Sr^{2+} + 2OH^- \to Sr(OH)_2\downarrow$
$Ca^{2+} + 2OH^- \to Ca(OH)_2\downarrow$

Запомните

Указывайте заряд иона (сначала число, потом знак): $Ca^{2+}$. Не путайте со степенью окисления (сначала знак, потом число): $Ca^{+2}$

Вопрос 1: Правила записи РИО

Проверка

Какие вещества в полном ионном уравнении следует записывать в виде целых молекул (не разбивая на ионы)?

Ответ: Осадки, газы, воду и другие слабые электролиты.

Пояснение: Сильные электролиты (растворимые соли, сильные кислоты и щелочи) существуют в растворе в виде ионов, поэтому их пишут по отдельности. Слабые электролиты почти не диссоциируют, их пишут слитно.

Вопрос 2: Сокращенное уравнение

Проверка

Какому молекулярному уравнению соответствует сокращенное ионное уравнение $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$?

Ответ: Реакции любой сильной растворимой кислоты и щелочи (без образования осадка).

Пояснение: Например, $HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$. Ионы $Na^+$ и $Cl^-$ в этой реакции сокращаются. Если взять слабую кислоту (например, $HF$), она будет записана в ионном уравнении целиком.

4. Алгоритм составления ионных уравнений (ЕГЭ)

Шаг 1. Выбор реагентов

В списке веществ находим два вещества, между которыми будет протекать реакция ионного обмена.
Не забывайте про исключения!

Шаг 2. Молекулярное уравнение

Записываем уравнение реакции в молекулярном виде.
Не забывайте уравнивать коэффициенты!

Шаг 3. Полное ионное уравнение

Расписываем на ионы все вещества, которые диссоциируют.
Не забывайте писать заряды ионов!

Шаг 4. Сокращённое ионное уравнение

Сокращаем одинаковые ионы в левой и правой частях.
Не забывайте сокращать коэффициенты!

Примеры решения задач ЕГЭ (Задание 30)

Задача 1. Реакция с выделением газа

Решение

Условие: Из предложенного перечня веществ выберите вещества, между которыми протекает реакция ионного обмена с выделением газа. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции.

Перечень веществ: серная кислота, сульфит натрия, хлорид бария, нитрат калия, оксид меди(II).

Анализ веществ: $H_2SO_4$ — сильная кислота, $Na_2SO_3$ — растворимая соль, $BaCl_2$ — растворимая соль, $KNO_3$ — растворимая соль, $CuO$ — оксид, не электролит

Решение: Проверяем возможные пары:

  • $H_2SO_4 + Na_2SO_3$ — образуется $H_2SO_3$, которая разлагается на $H_2O + SO_2\uparrow$ Газ!
  • $H_2SO_4 + BaCl_2$ — образуется осадок $BaSO_4\downarrow$ (не газ)
  • $H_2SO_4 + KNO_3$ — реакция не идёт (нет газа, осадка, воды)
Молекулярное: $H_2SO_4 + Na_2SO_3 = Na_2SO_4 + H_2O + SO_2\uparrow$
Полное ионное: $2H^+ + SO_4^{2-} + 2Na^+ + SO_3^{2-} = 2Na^+ + SO_4^{2-} + H_2O + SO_2\uparrow$
Сокращённое: $2H^+ + SO_3^{2-} = H_2O + SO_2\uparrow$

Задача 2. Реакция с выпадением осадка

Решение

Условие: Из предложенного перечня веществ выберите вещества, между которыми протекает реакция ионного обмена с образованием бурого осадка. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции.

Перечень веществ: гидроксид натрия, хлорид железа(III), серная кислота, нитрат бария, сера.

Анализ веществ: $NaOH$ — щёлочь, $FeCl_3$ — растворимая соль, $H_2SO_4$ — сильная кислота, $Ba(NO_3)_2$ — растворимая соль, $S$ — простое вещество, не электролит

Решение: Проверяем пары на образование осадка:

  • $NaOH + FeCl_3$ — образуется $Fe(OH)_3\downarrow$ — нерастворимый осадок бурого цвета
  • $H_2SO_4 + Ba(NO_3)_2$ — образуется $BaSO_4\downarrow$ — осадок белого цвета (не подходит)

Выбираем: $NaOH + FeCl_3$

Молекулярное: $3NaOH + FeCl_3 = Fe(OH)_3\downarrow + 3NaCl$
Полное ионное: $3Na^+ + 3OH^- + Fe^{3+} + 3Cl^- = Fe(OH)_3\downarrow + 3Na^+ + 3Cl^-$
Сокращённое: $Fe^{3+} + 3OH^- = Fe(OH)_3\downarrow$

Обратите внимание

Гидроксид железа(III) — нерастворимое основание, поэтому его не расписываем на ионы в правой части уравнения.

Задача 3. Реакция нейтрализации

Решение

Условие: Из предложенного перечня веществ выберите кислоту и основание, между которыми протекает реакция ионного обмена. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции.

Перечень веществ: азотная кислота, гидроксид калия, хлорид натрия, сульфат меди(II), железо.

Анализ веществ: $HNO_3$ — сильная кислота, $KOH$ — щёлочь, $NaCl$ — растворимая соль, $CuSO_4$ — растворимая соль, $Fe$ — металл, не электролит

Решение: По условию нужны кислота и основание:

  • Кислота: $HNO_3$ (сильная, растворимая)
  • Основание: $KOH$ (щёлочь)

При их взаимодействии образуется соль и вода — реакция нейтрализации.

Молекулярное: $HNO_3 + KOH = KNO_3 + H_2O$
Полное ионное: $H^+ + NO_3^- + K^+ + OH^- = K^+ + NO_3^- + H_2O$
Сокращённое: $H^+ + OH^- = H_2O$

Универсальное уравнение нейтрализации

$H^+ + OH^- = H_2O$ — это уравнение одинаково для реакций любой сильной кислоты с любой щёлочью: $HCl + NaOH$, $H_2SO_4 + KOH$, $HNO_3 + Ba(OH)_2$ и т.д.

Типичные ошибки на ЕГЭ

  • Забывают проверить растворимость — всегда сверяйтесь с таблицей растворимости!
  • Расписывают на ионы осадки и газы — нерастворимые вещества пишем молекулами
  • Путают заряд иона и степень окисления — заряд: $Fe^{3+}$, степень окисления: $Fe^{+3}$
  • Не уравнивают коэффициенты — проверяйте баланс атомов и зарядов!
  • Выбирают неэлектролиты — оксиды, металлы, простые вещества не участвуют в РИО

Вопрос 1: Задание №30 ЕГЭ

Проверка

Можно ли для классической реакции ионного обмена выбрать в качестве реагентов оксид меди(II) ($CuO$) и соляную кислоту ($HCl$)?

Ответ: Нет, это гетерогенная реакция, а не классический РИО.

Пояснение: Оксиды не являются электролитами. Реакция, конечно, пойдет ($CuO + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + H_2O$), но в ЕГЭ под РИО подразумевают реакции именно между электролитами (солями, кислотами, основаниями).

Вопрос 2: Поиск ошибок

Проверка

Найдите грубую ошибку в сокращенном ионном уравнении реакции мела с кислотой: $Ca^{2+} + CO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow Ca^{2+} + H_2O + CO_2$.

Ответ: Мел ($CaCO_3$) нерастворим, его нельзя расписывать на ионы.

Пояснение: Правильно писать так: $CaCO_3 + 2H^+ \rightarrow Ca^{2+} + H_2O + CO_2$. Нерастворимые соли вступают в реакцию с кислотами непосредственно с твердой поверхности.