← Реакции ионного обмена

Что такое РИО и когда они идут

Три условия, без которых реакция ионного обмена просто не пойдёт.

1. Что такое реакции ионного обмена?

Определение

Реакции ионного обмена (РИО) — это реакции, которые протекают между ионами в растворе электролитов без изменения степеней окисления элементов.

РИО тесно связаны с понятием электролитической диссоциации — процессом распада вещества на ионы (заряженные частицы) в растворе или расплаве.

Важно

В реакциях ионного обмена степени окисления элементов НЕ меняются. Это главное отличие РИО от окислительно-восстановительных реакций (ОВР).

Механизм растворения

При растворении вещества с ионной связью (например, $NaCl$) в воде происходит следующее:

  1. Молекулы воды являются диполями (имеют положительный и отрицательный полюса).
  2. Диполи воды окружают ионы соли: положительные концы притягиваются к анионам ($Cl^-$), отрицательные — к катионам ($Na^+$).
  3. Связь между ионами в кристалле ослабевает, и они переходят в раствор в виде гидратированных ионов.
$NaCl \xrightarrow{H_2O} Na^+ + Cl^-$

2. Условия протекания РИО

Не все вещества способны реагировать друг с другом. Для протекания реакции должны выполняться определенные условия как для реагентов, так и для продуктов.

Условия для реагентов

Реагенты в большинстве случаев должны быть растворимы (Р + Р).

Условия для продуктов

В продуктах должен образоваться:

  • Осадок
  • Газ
  • Вода или слабая кислота

2.1. Условия для реагентов (подробно)

Основное правило

Оба реагента должны быть растворимы в воде (смотрим таблицу растворимости).

Таблица растворимости
Рис. 1. Таблица растворимости

Исключения из правила растворимости

1. Кислоты + нерастворимые соли:

Кислоты способны реагировать с малорастворимыми и некоторыми нерастворимыми солями, кроме пятерки сульфидов: $Ag_2S$, $PbS$, $CuS$, $CdS$, $HgS$.

Реакция идёт: $FeS + 2HCl \to FeCl_2 + H_2S\uparrow$
Реакция НЕ идёт: $CuS + H_2SO_4 \to$ (сульфид меди не реагирует!)

2. Гидроксиды могут быть нерастворимы:

Кислота должна быть растворимой, а гидроксид может быть любым:

$Cu(OH)_2 + 2HCl \to CuCl_2 + 2H_2O$
$Al(OH)_3 + 3HCl \to AlCl_3 + 3H_2O$

3. Нерастворимые кислоты:

Нерастворимые кислоты реагируют только со щелочами:

$H_2SiO_3 + 2KOH \to K_2SiO_3 + 2H_2O$

«Матрёшка» исключений для сероводорода

Соли пятерки металлов (Cu, Ag, Hg, Cd, Pb) способны реагировать со слабой сероводородной кислотой $H_2S$, так как образующийся сульфид нерастворим и не реагирует с образовавшейся кислотой:

$Cu(NO_3)_2 + H_2S \to CuS\downarrow + 2HNO_3$
$Fe(NO_3)_2 + H_2S \to$ (FeS реагирует с $HNO_3$)

2.2. Условия для продуктов (подробно)

Реакция ионного обмена протекает, если в результате образуется:

1. Газ или неустойчивое вещество

$H_2CO_3 \to H_2O + CO_2\uparrow$  |  $H_2SO_3 \to H_2O + SO_2\uparrow$  |  $NH_3 \cdot H_2O \to NH_3\uparrow + H_2O$

$Na_2CO_3 + 2HCl \to 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$

2. Осадок или неустойчивое вещество

$2AgOH \to Ag_2O\downarrow + H_2O$  |  $Hg(OH)_2 \to HgO\downarrow + H_2O$

$AgNO_3 + KBr \to AgBr\downarrow + KNO_3$
$2AgF + 2KOH \to 2KF + Ag_2O\downarrow + H_2O$

3. Вода или слабый электролит

Образование воды — признак реакции нейтрализации:

$NaOH + HCl \to NaCl + H_2O$
$NaHCO_3 + NaOH \to Na_2CO_3 + H_2O$