Реакции ионного обмена (РИО). Условия необратимости
Тема кодификатора ОГЭ: Реакции ионного обмена и условия их протекания. Сильные и слабые электролиты. Ионные уравнения реакций.
1. Что такое РИО?
В реакции ионного обмена вступают основные классы неорганических соединений: кислоты, основания, амфотерные гидроксиды и соли. Оксиды и простые вещества в РИО не участвуют, так как они не диссоциируют на ионы в растворе (хотя могут реагировать с электролитами в рамках других типов реакций).
2. Условия протекания РИО до конца (Правило Бертолле)
Если смешать растворы двух электролитов, реакция может пойти, а может и не пойти. РИО протекают до конца (необратимо) только тогда, когда ионы связываются друг с другом и покидают сферу реакции. Это происходит в трёх случаях:
- Выпадает осадок (↓) — образуется нерастворимое или малорастворимое вещество (определяем по таблице растворимости).
- Выделяется газ (↑) — образуется летучее вещество.
- Образуется малодиссоциирующее вещество — чаще всего это вода (H₂O), но может быть и слабая кислота.
Если в результате возможного обмена образуются только растворимые сильные электролиты, то реакция не идет. Ионы просто перемешиваются в растворе.
3. Алгоритм составления ионных уравнений
В Задании 14 вам часто нужно сопоставить реагенты с их сокращенным ионным уравнением. Для этого нужно понимать, как оно получается.
- Молекулярное уравнение: Запишите формулы реагентов и продуктов, обменяйте их составные части (катионы и анионы), расставьте коэффициенты.
- Полное ионное уравнение: Сильные электролиты распишите на ионы (учитывая коэффициенты и индексы). Слабые электролиты, неэлектролиты, осадки и газы оставьте в виде молекул.
- Сокращенное ионное уравнение: Найдите одинаковые ионы в левой и правой частях уравнения ("ионы-наблюдатели") и вычеркните их. Оставшиеся ионы перепишите — это и есть суть реакции.
Что нужно и что нельзя расписывать на ионы?
| Расписываем на ионы (Сильные электролиты) | Оставляем в виде молекул (Слабые электролиты и др.) |
|---|---|
| Растворимые соли (буква «Р» в таблице растворимости): NaCl, K₂SO₄, Ba(NO₃)₂ | Нерастворимые и малорастворимые соли («Н» и «М» в таблице): AgCl↓, BaSO₄↓, CaCO₃↓ |
| Сильные кислоты: HCl, HBr, HI, HNO₃, H₂SO₄, HClO₄ | Слабые кислоты: H₂S↑, H₂CO₃, H₂SO₃, HNO₂, HF, H₂SiO₃↓, органические кислоты |
| Щёлочи (растворимые основания): NaOH, KOH, Ba(OH)₂, LiOH | Нерастворимые основания: Cu(OH)₂↓, Fe(OH)₂↓, Al(OH)₃↓ и водный аммиак NH₃·H₂O |
| Вода (H₂O) | |
| Оксиды (CuO, CO₂, SO₂, H₂O) и Простые вещества (O₂, Cu, H₂) |
4. Особые случаи: выделение газов
Некоторые вещества, образующиеся в ходе реакций ионного обмена, являются нестабильными. Они мгновенно распадаются на газ и воду прямо в растворе. В продуктах реакции их нужно записывать в виде продуктов распада, а не в виде исходных молекул.
| Образующееся нестабильное вещество | Как правильно записывать в продуктах | Видимый признак реакции |
|---|---|---|
| Угольная кислота (H₂CO₃) | CO₂↑ + H₂O | Выделение бесцветного газа без запаха |
| Сернистая кислота (H₂SO₃) | SO₂↑ + H₂O | Выделение бесцветного газа с резким запахом |
| Гидроксид аммония (NH₄OH) | NH₃↑ + H₂O | Выделение бесцветного газа с резким запахом аммиака |
| Сероводородная кислота (H₂S) | H₂S↑ (кислота слабая и газообразная) | Выделение бесцветного газа с запахом тухлых яиц |
5. Разбор типовых заданий
В Задании 14 вам обычно дано сокращенное ионное уравнение, и нужно выбрать пару веществ, которые будут реагировать именно так.
Пример 1: Образование осадка гидроксида меди(II)
Выберите два вещества, взаимодействие которых друг с другом соответствует сокращённому ионному уравнению:
Cu²⁺ + 2OH⁻ = Cu(OH)₂↓
- CuO
- Cu(NO₃)₂
- Fe(OH)₂
- Ba(OH)₂
- CuS
Разбор:
В сокращённом ионном уравнении слева стоят свободные (не связанные) ионы Cu²⁺ и OH⁻. Это означает, что исходные вещества, которые содержат эти ионы, должны быть сильными электролитами (растворимыми в воде).
1. Ищем источник ионов Cu²⁺ (растворимую соль меди или гидроксид, но Cu(OH)₂ нерастворим):
- CuO — оксид, на ионы не расписывается, не подходит.
- Cu(NO₃)₂ — растворимая соль, диссоциирует на Cu²⁺ и NO₃⁻. Подходит!
- CuS — нерастворимая соль, на ионы не расписывается. Не подходит.
2. Ищем источник ионов OH⁻ (растворимое основание, т.е. щёлочь):
- Fe(OH)₂ — нерастворимое основание, на ионы не расписывается. Не подходит.
- Ba(OH)₂ — щёлочь, диссоциирует на Ba²⁺ и OH⁻. Подходит!
Проверка: Cu(NO₃)₂ + Ba(OH)₂ = Cu(OH)₂↓ + Ba(NO₃)₂
Ионы Ba²⁺ и NO₃⁻ сократятся, останется нужное нам уравнение.
Ответ: 2, 4.
Пример 2: Реакция нейтрализации
Выберите два исходных вещества, взаимодействию которых соответствует сокращённое ионное уравнение:
H⁺ + OH⁻ = H₂O
- H₂S
- HNO₃
- NaOH
- Cu(OH)₂
- H₂SiO₃
Разбор:
Данное уравнение описывает классическую реакцию нейтрализации. В левой части находятся свободные ионы водорода (H⁺) и гидроксид-ионы (OH⁻). Значит, оба реагента должны быть сильными электролитами: сильной кислотой и сильным основанием (щёлочью).
1. Ищем сильную кислоту (источник H⁺):
- H₂S — слабая кислота (и кроме того газообразная), мало диссоциирует. Не подходит.
- HNO₃ — сильная кислота, полностью распадается на H⁺ и NO₃⁻. Подходит!
- H₂SiO₃ — слабая кислота, да ещё и выпадающая в осадок. Не расписывается на ионы. Не подходит.
2. Ищем сильное основание (источник OH⁻):
- NaOH — щёлочь, сильный электролит. Подходит!
- Cu(OH)₂ — нерастворимое основание, в ионном уравнении записывается целиком. Не подходит.
Ответ: 2, 3.