2 jonu vienādojums. Jonu vienādojumi — zināšanu hipermārkets

Līdzsvarojiet visu molekulāro vienādojumu. Pirms jonu vienādojuma rakstīšanas ir jāsabalansē sākotnējais molekulārais vienādojums. Lai to izdarītu, savienojumu priekšā ir jānovieto atbilstošie koeficienti, lai katra elementa atomu skaits kreisajā pusē būtu vienāds ar to skaitu vienādojuma labajā pusē.

• Pierakstiet katra elementa atomu skaitu abās vienādojuma pusēs.
• Pievienojiet koeficientus elementu priekšā (izņemot skābekli un ūdeņradi), lai katra elementa atomu skaits vienādojuma kreisajā un labajā pusē būtu vienāds.
• Līdzsvaro ūdeņraža atomus.
• Līdzsvaro skābekļa atomus.
• Saskaitiet katra elementa atomu skaitu abās vienādojuma pusēs un pārliecinieties, ka tas ir vienāds.
• Piemēram, pēc vienādojuma Cr + NiCl 2 --> CrCl 3 + Ni līdzsvarošanas iegūstam 2Cr + 3NiCl 2 --> 2CrCl 3 + 3Ni.

Nosakiet katras reakcijā iesaistītās vielas stāvokli. Bieži vien to var spriest pēc problēmas stāvokļa. Ir daži noteikumi, kas palīdz noteikt, kādā stāvoklī atrodas elements vai savienojums.

Nosakiet, kuri savienojumi šķīdumā sadalās (atdalās katjonos un anjonos). Disociācijas laikā savienojums sadalās pozitīvajos (katjonu) un negatīvajos (anjonu) komponentos. Pēc tam šie komponenti iekļūs ķīmiskās reakcijas jonu vienādojumā.

Aprēķiniet katra disociētā jona lādiņu. To darot, atcerieties, ka metāli veido pozitīvi lādētus katjonus, bet nemetālu atomi pārvēršas negatīvos anjonos. Nosakiet elementu lādiņus saskaņā ar periodisko tabulu. Tāpat ir nepieciešams līdzsvarot visus lādiņus neitrālos savienojumos.

Elektrolītu šķīdumos reakcijas notiek starp hidratētiem joniem, tāpēc tās sauc par jonu reakcijām. To virzienā liela nozīme ir ķīmiskās saites raksturam un stiprumam reakcijas produktos. Parasti apmaiņa elektrolītu šķīdumos noved pie savienojuma veidošanās ar spēcīgāku ķīmisko saiti. Tātad bārija hlorīda BaCl 2 sāļu un kālija sulfāta K 2 SO 4 sāļu mijiedarbības laikā maisījumā būs četru veidu hidratēti joni Ba 2 + (H 2 O) n, Cl - (H 2 O) m , K + (H 2 O) p, SO 2 -4 (H 2 O) q, starp kuriem notiks reakcija saskaņā ar vienādojumu:

BaCl 2 + K 2 SO 4 \u003d BaSO 4 + 2 KCl

Bārija sulfāts izgulsnēsies nogulšņu veidā, kuru kristālos ķīmiskā saite starp Ba 2+ un SO 2- 4 joniem ir stiprāka nekā saite ar ūdens molekulām, kas tos mitrina. Saite starp K+ un Cl - joniem tikai nedaudz pārsniedz to hidratācijas enerģiju summu, tāpēc šo jonu sadursme neizraisīs nogulšņu veidošanos.

Tāpēc var darīt sekojošā izvade. Apmaiņas reakcijas notiek tādu jonu mijiedarbības laikā, kuru saistīšanās enerģija reakcijas produktā ir daudz lielāka par to hidratācijas enerģiju summu.

Jonu apmaiņas reakcijas apraksta ar jonu vienādojumiem. Maz šķīstoši, gaistoši un nedaudz disociēti savienojumi ir rakstīti molekulārā formā. Ja elektrolītu šķīdumu mijiedarbības laikā neveidojas neviens no norādītajiem savienojumu veidiem, tas nozīmē, ka reakcijas praktiski nenotiek.

Mazšķīstošu savienojumu veidošanās

Piemēram, mijiedarbība starp nātrija karbonātu un bārija hlorīdu molekulārā vienādojuma veidā ir uzrakstīta šādi:

Na 2 CO 3 + BaCl 2 \u003d BaCO 3 + 2NaCl vai šādā veidā:

2Na + + CO 2- 3 + Ba 2+ + 2Cl - \u003d BaCO 3 + 2Na + + 2Cl -

Reaģēja tikai Ba 2+ un CO -2 joni, atlikušo jonu stāvoklis nemainījās, tāpēc īsais jonu vienādojums iegūs šādu formu:

CO 2- 3 + Ba 2+ \u003d BaCO 3

Gaistošo vielu veidošanās

Kalcija karbonāta un sālsskābes mijiedarbības molekulārais vienādojums ir uzrakstīts šādi:

CaCO 3 + 2HCl \u003d CaCl 2 + H 2 O + CO 2

Viens no reakcijas produktiem - oglekļa dioksīds CO 2 - tika atbrīvots no reakcijas sfēras gāzes veidā. Paplašinātajam jonu vienādojumam ir šāda forma:

CaCO 3 + 2H + + 2Cl - \u003d Ca 2+ + 2Cl - + H 2 O + CO 2

Reakcijas rezultātu apraksta šāds īss jonu vienādojums:

CaCO 3 + 2H + \u003d Ca 2+ + H 2 O + CO 2

Nedaudz disociēta savienojuma veidošanās

Šādas reakcijas piemērs ir jebkura neitralizācijas reakcija, kuras rezultātā veidojas ūdens - nedaudz disociēts savienojums:

NaOH + HCl \u003d NaCl + H 2 O

Na + + OH- + H + + Cl - \u003d Na + + Cl - + H 2 O

OH- + H + \u003d H 2 O

No īsā jonu vienādojuma izriet, ka process tika izteikts H+ un OH- jonu mijiedarbībā.

Visi trīs veidu reakcijas notiek neatgriezeniski, līdz galam.

Ja notecina, piemēram, nātrija hlorīda un kalcija nitrāta šķīdumus, tad, kā rāda jonu vienādojums, reakcija nenotiks, jo neveidojas ne nogulsnes, ne gāze, ne mazdisociējošs savienojums:

Pēc šķīdības tabulas konstatējam, ka AgNO 3, KCl, KNO 3 ir šķīstoši savienojumi, AgCl ir nešķīstoša viela.

Mēs veidojam reakcijas jonu vienādojumu, ņemot vērā savienojumu šķīdību:

Īss jonu vienādojums atklāj notiekošās ķīmiskās transformācijas būtību. Redzams, ka reakcijā faktiski piedalījās tikai Ag+ un Сl - joni. Pārējie joni palika nemainīgi.

2. piemērs. Izveidojiet molekulāro un jonu reakciju vienādojumu starp: a) dzelzs (III) hlorīdu un kālija hidroksīdu; b) kālija sulfāts un cinka jodīds.

a) Mēs veidojam molekulāro vienādojumu reakcijai starp FeCl 3 un KOH:

Saskaņā ar šķīdības tabulu konstatējam, ka no iegūtajiem savienojumiem nešķīst tikai dzelzs hidroksīds Fe (OH) 3. Mēs sastādām jonu reakcijas vienādojumu:

Jonu vienādojums parāda, ka koeficienti 3 molekulārajā vienādojumā attiecas uz joniem. to vispārējs noteikums jonu vienādojumu sastādīšana. Attēlosim reakcijas vienādojumu īsā jonu formā:

Šis vienādojums parāda, ka reakcijā piedalījās tikai Fe3+ un OH- joni.

b) Izveidosim molekulāro vienādojumu otrajai reakcijai:

K 2 SO 4 + ZnI 2 \u003d 2KI + ZnSO 4

No šķīdības tabulas izriet, ka sākuma un iegūtie savienojumi ir šķīstoši, tāpēc reakcija ir atgriezeniska, nesasniedz beigas. Patiešām, šeit neveidojas ne nogulsnes, ne gāzveida savienojums, ne nedaudz disociēts savienojums. Sastādām pilnu jonu reakcijas vienādojumu:

2K + + SO 2- 4 + Zn 2+ + 2I - + 2K + + 2I - + Zn 2+ + SO 2- 4

3. piemērs. Saskaņā ar jonu vienādojumu: Cu 2+ +S 2- -= CuS, sastādiet reakcijas molekulāro vienādojumu.

Jonu vienādojums parāda, ka vienādojuma kreisajā pusē jāatrodas savienojumu molekulām, kas satur Cu 2+ un S 2- jonus. Šīm vielām jābūt ūdenī šķīstošām.

Saskaņā ar šķīdības tabulu mēs izvēlamies divus šķīstošos savienojumus, kas ietver Cu 2+ katjonu un S 2- anjonu. Izveidosim molekulārās reakcijas vienādojumu starp šiem savienojumiem:

CuSO 4 + Na 2 S CuS + Na 2 SO 4

Kad jebkura spēcīga skābe tiek neitralizēta ar jebkuru stipru bāzi, uz katru izveidoto ūdens molu izdalās apmēram siltums:

Tas liecina, ka šādas reakcijas tiek reducētas līdz vienam procesam. Šī procesa vienādojumu iegūsim, ja sīkāk aplūkosim vienu no iepriekš minētajām reakcijām, piemēram, pirmo. Mēs pārrakstām tā vienādojumu, ierakstot spēcīgus elektrolītus jonu formā, jo tie pastāv šķīdumā jonu formā, un vājus elektrolītus molekulārā formā, jo tie ir šķīdumā galvenokārt molekulu veidā (ūdens ir ļoti vājš elektrolīts, sk. 90. punkts):

Ņemot vērā iegūto vienādojumu, redzam, ka reakcijas laikā joni un nemainījās. Tāpēc mēs vēlreiz pārrakstām vienādojumu, izslēdzot šos jonus no abām vienādojuma pusēm. Mēs iegūstam:

Tādējādi jebkuras stipras skābes neitralizācijas reakcijas ar jebkuru spēcīgu bāzi tiek reducētas līdz vienam un tam pašam procesam - līdz ūdens molekulu veidošanai no ūdeņraža joniem un hidroksīda joniem. Tas ir skaidrs termiskie efektišīm reakcijām arī jābūt vienādām.

Stingri sakot, ūdens veidošanās reakcija no joniem ir atgriezeniska, ko var izteikt ar vienādojumu

Tomēr, kā mēs redzēsim tālāk, ūdens ir ļoti vājš elektrolīts un disociējas tikai nenozīmīgā mērā. Citiem vārdiem sakot, līdzsvars starp ūdens molekulām un joniem ir stipri novirzīts uz molekulu veidošanos. Tāpēc praksē spēcīgas skābes neitralizācijas reakcija ar spēcīgu bāzi turpinās līdz beigām.

Sajaucot jebkura sudraba sāls šķīdumu ar sālsskābe vai ar kāda tā sāļu šķīdumu vienmēr veidojas raksturīgas baltas sierveidīgas sudraba hlorīda nogulsnes:

Līdzīgas reakcijas arī tiek reducētas uz vienu procesu. Lai iegūtu tā jonu-molekulāro vienādojumu, mēs pārrakstām, piemēram, pirmās reakcijas vienādojumu, ierakstot spēcīgus elektrolītus, kā iepriekšējā piemērā, jonu formā un vielu nogulsnēs molekulārā formā:

Kā redzams, joni un reakcijas laikā nemainās. Tāpēc mēs tos izslēdzam un vēlreiz pārrakstām vienādojumu:

Šis ir aplūkojamā procesa jonu-molekulārais vienādojums.

Šeit arī jāpatur prātā, ka sudraba hlorīda nogulsnes ir līdzsvarā ar joniem un šķīdumā, tāpēc process, kas izteikts ar pēdējo vienādojumu, ir atgriezenisks:

Tomēr sudraba hlorīda zemās šķīdības dēļ šis līdzsvars ir ļoti stipri nobīdīts pa labi. Tāpēc mēs varam pieņemt, ka veidošanās reakcija no joniem praktiski beidzas.

Nogulšņu veidošanās vienmēr tiks novērota, kad joni un ir ievērojamā koncentrācijā vienā šķīdumā. Tāpēc ar sudraba jonu palīdzību ir iespējams noteikt jonu klātbūtni šķīdumā un, gluži pretēji, ar hlorīda jonu palīdzību, sudraba jonu klātbūtni; jons var kalpot kā reaģents jonam un jons kā reaģents jonam.

Nākotnē mēs plaši izmantosim jonu molekulāro formu reakciju vienādojumu rakstīšanai, iesaistot elektrolītus.

Lai sastādītu jonu molekulāros vienādojumus, jāzina, kuri sāļi šķīst ūdenī un kuri praktiski nešķīst. vispārīgās īpašības tabulā ir dota svarīgāko sāļu šķīdība ūdenī. piecpadsmit.

15. tabula. Svarīgāko sāļu šķīdība ūdenī

Jonu-molekulārie vienādojumi palīdz izprast elektrolītu reakciju iezīmes. Apsveriet, piemēram, vairākas reakcijas, kurās iesaistītas vājas skābes un bāzes.

Kā jau minēts, jebkuras stipras skābes neitralizācijai ar jebkuru spēcīgu bāzi ir tāds pats termiskais efekts, jo tas tiek samazināts līdz vienam un tam pašam procesam - ūdens molekulu veidošanās no ūdeņraža joniem un hidroksīda joniem.

Tomēr, ja stipru skābi neitralizē ar vāju bāzi, vāju skābi ar stipru vai vāju bāzi, termiskie efekti ir atšķirīgi. Uzrakstīsim šādu reakciju jonu-molekulāros vienādojumus.

Vājas skābes (etiķskābes) neitralizācija ar spēcīgu bāzi (nātrija hidroksīds):

Šeit spēcīgie elektrolīti ir nātrija hidroksīds un iegūtais sāls, bet vājie ir skābe un ūdens:

Kā redzams, reakcijas laikā nemainās tikai nātrija joni. Tāpēc jonu-molekulārajam vienādojumam ir šāda forma:

Stipras skābes (slāpekļskābes) neitralizācija ar vāju bāzi (amonija hidroksīds):

Šeit jonu veidā mums jāraksta skābe un iegūtais sāls, bet molekulu veidā - amonija hidroksīds un ūdens:

Joni nemainās. Tos izlaižot, iegūstam jonu-molekulāro vienādojumu:

Vājas skābes (etiķskābes) neitralizācija ar vāju bāzi (amonija hidroksīds):

Šajā reakcijā visas vielas, izņemot iegūtos vājos elektrolītus. Tāpēc vienādojuma jonu molekulārajai formai ir šāda forma:

Salīdzinot iegūtos jonu-molekulāros vienādojumus, redzam, ka tie visi ir atšķirīgi. Tāpēc ir skaidrs, ka aplūkoto reakciju siltumi nav vienādi.

Kā jau minēts, spēcīgu skābju neitralizācijas reakcijas ar stiprām bāzēm, kuru laikā ūdeņraža joni un hidroksīda joni apvienojas ūdens molekulā, norit gandrīz līdz beigām. Savukārt neitralizācijas reakcijas, kurās vismaz viena no izejvielām ir vājš elektrolīts un kurās vāji saistītu vielu molekulas atrodas ne tikai jonu-molekulārā vienādojuma labajā, bet arī kreisajā pusē, neturpini līdz galam.

Tie sasniedz līdzsvara stāvokli, kurā sāls pastāv līdzās ar skābi un bāzi, no kuras tas iegūts. Tāpēc pareizāk šādu reakciju vienādojumus rakstīt kā atgriezeniskas reakcijas.

Sastādot jonu vienādojumus, jāvadās pēc tā, ka zemi disociējošo, nešķīstošo un gāzveida vielu formulas ir rakstītas molekulārā formā. Ja viela izgulsnējas, tad, kā jau zināms, blakus tās formulai tiek novietota bultiņa, kas vērsta uz leju (↓), un, ja reakcijas laikā izdalās gāzveida viela, tad blakus tās formulai ir uz augšu vērsta bultiņa ().

Piemēram, ja nātrija sulfāta Na 2 SO 4 šķīdumam pievieno bārija hlorīda BaCl 2 šķīdumu (132. att.), tad reakcijas rezultātā baltas nogulsnes bārija sulfāts BaSO 4 . Mēs rakstām molekulārās reakcijas vienādojumu:

Rīsi. 132.
Reakcija starp nātrija sulfātu un bārija hlorīdu

Mēs pārrakstām šo vienādojumu, attēlojot spēcīgus elektrolītus kā jonus un tos, kas atstāj reakcijas sfēru, kā molekulas:

Tādējādi mēs esam pierakstījuši visu jonu reakcijas vienādojumu. Ja no abām vienādojuma pusēm izslēdzam identiskus jonus, t.i., jonus, kas nepiedalās reakcijā (2Na + un 2Cl - vienādojuma kreisajā un labajā pusē), tad iegūstam reducēto jonu reakcijas vienādojumu:

Šis vienādojums parāda, ka reakcijas būtība tiek reducēta uz bārija jonu Ba 2+ un sulfātjonu mijiedarbību, kā rezultātā veidojas BaSO 4 nogulsnes. Šajā gadījumā nav nozīmes tam, kuri elektrolīti iekļāva šos jonus pirms reakcijas. Līdzīgu mijiedarbību var novērot arī starp K 2 SO 4 un Ba(NO 3) 2, H 2 SO 4 un BaCl 2.

Laboratorijas eksperiments Nr.17
Nātrija hlorīda un sudraba nitrāta šķīdumu mijiedarbība

1 ml nātrija hlorīda šķīduma mēģenē ar pipeti pievieno dažus pilienus sudraba nitrāta šķīduma. Ko tu skaties? Pierakstiet reakcijas molekulāros un jonu vienādojumus. Saskaņā ar saīsināto jonu vienādojumu piedāvājiet vairākas iespējas šādas reakcijas veikšanai ar citiem elektrolītiem. Pierakstiet veikto reakciju molekulāros vienādojumus.

Tādējādi saīsinātie jonu vienādojumi ir vienādojumi vispārējs skats, kas raksturo ķīmiskās reakcijas būtību un parāda, kuri joni reaģē un kāda viela veidojas rezultātā.

Rīsi. 133.
Mijiedarbība slāpekļskābe un nātrija hidroksīds

Ja nātrija hidroksīda šķīdumam, ko krāso ar fenolftaleīnu tumši sarkanā krāsā, pievieno slāpekļskābes šķīdumu (133. att.), šķīdums kļūs bezkrāsains, kas kalpos par signālu ķīmiskas reakcijas rašanās brīdim:

NaOH + HNO 3 \u003d NaNO 3 + H 2 O.

Pilns jonu vienādojums šai reakcijai ir:

Na + + OH - + H + + NO 3 = Na + + NO - 3 + H 2 O.

Bet, tā kā Na + un NO - 3 joni šķīdumā paliek nemainīgi, tos nevar uzrakstīt, un galu galā saīsinātais jonu reakcijas vienādojums tiek uzrakstīts šādi:

H + + OH - \u003d H 2 O.

Tas parāda, ka spēcīgas skābes un sārma mijiedarbība tiek reducēta līdz H + jonu un OH - jonu mijiedarbībai, kā rezultātā veidojas vāji disociējoša viela - ūdens.

Šāda apmaiņas reakcija var notikt ne tikai starp skābēm un sārmiem, bet arī starp skābēm un nešķīstošās bāzes. Piemēram, ja, vara (II) sulfātam reaģējot ar sārmu, iegūstat zilas nešķīstoša vara (II) hidroksīda nogulsnes (134. att.):

un pēc tam sadaliet iegūtās nogulsnes trīs daļās un pievienojiet sērskābes šķīdumu nogulsnēm pirmajā mēģenē, sālsskābi nogulsnēm otrajā mēģenē un slāpekļskābes šķīdumu nogulsnēm trešajā mēģenē. , tad nogulsnes izšķīdīs visās trīs mēģenēs (135. att.) .

Rīsi. 135.
Vara (II) hidroksīda mijiedarbība ar skābēm:
a - sērskābe; b - sāls; in - slāpeklis

Tas nozīmēs, ka visos gadījumos ķīmiskā reakcija, kura būtība tiek atspoguļota, izmantojot to pašu jonu vienādojumu.

Cu(OH)2 + 2H+ = Cu 2+ + 2H2O.

Lai to pārbaudītu, pierakstiet iepriekš minēto reakciju molekulāros, pilnos un saīsinātos jonu vienādojumus.

Laboratorijas eksperiments Nr.18
Nešķīstošā hidroksīda iegūšana un mijiedarbība ar skābēm

Trīs mēģenēs ielej 1 ml dzelzs (III) hlorīda vai sulfāta šķīduma. Katrā mēģenē ielej 1 ml sārma šķīduma. Ko tu skaties? Pēc tam mēģenēs pievieno attiecīgi sērskābes, slāpekļskābes un sālsskābes šķīdumus, līdz nogulsnes pazūd. Pierakstiet reakcijas molekulāros un jonu vienādojumus.

Iesakiet vairākas iespējas šādas reakcijas veikšanai ar citiem elektrolītiem. Pierakstiet piedāvāto reakciju molekulāros vienādojumus.

Apsveriet jonu reakcijas, kas plūst, veidojoties gāzei.

Divās mēģenēs ielej 2 ml nātrija karbonāta un kālija karbonāta šķīdumu. Pēc tam pirmajā ielej sālsskābi, bet otrajā – slāpekļskābes šķīdumu (136. att.). Abos gadījumos mēs pamanīsim raksturīgu "viršanu" izdalītā oglekļa dioksīda dēļ.

Rīsi. 136.
Šķīstošo karbonātu mijiedarbība:
a - ar sālsskābi; b - ar slāpekļskābi

Uzrakstīsim molekulāro un jonu reakciju vienādojumus pirmajam gadījumam:

Reakcijas, kas notiek elektrolītu šķīdumos, tiek uzrakstītas, izmantojot jonu vienādojumus. Šīs reakcijas sauc par jonu apmaiņas reakcijām, jo ​​elektrolīti apmaina savus jonus šķīdumā. Tādējādi var izdarīt divus secinājumus.

Atslēgvārdi un frāzes

1. Reakciju molekulārie un jonu vienādojumi.
2. Jonu apmaiņas reakcijas.
3. Neitralizācijas reakcijas.

Darbs ar datoru

1. Skatiet elektronisko pieteikumu. Izpētiet nodarbības materiālu un izpildiet piedāvātos uzdevumus.
2. Meklējiet internetā e-pasta adreses, kas var kalpot kā papildu avoti, kas atklāj rindkopas atslēgvārdu un frāžu saturu. Piedāvājiet skolotājam savu palīdzību jaunas stundas sagatavošanā - dodiet ziņu atslēgvārdi un frāzes nākamajā rindkopā.

Jautājumi un uzdevumi