§ 27. Химические свойства кислот, оснований, солей в свете теории электролитической диссоциации
*Реакции в растворах с участием ионов
Напомним, что, помимо реакций ионного обмена, ионы могут также принимать участие в окислительно-восстановительных реакциях:
2FeCl3 + Fe = 3FeCl2 или 2Fe3+ + Fe = 3Fe2+;
2NaI + Br2 = 2NaBr + I2 или 2I– + Br2 = 2Br– + I2;
2CH3COOAg + Cu = (CH3COO)2Cu + 2Ag↓ или 2Ag+ + Cu = 2Ag↓ + Cu2+.
Реакции ионного обмена между солями с образованием осадков протекают во всех случаях, когда растворимость реагентов выше, чем растворимость одного из продуктов. В случае реакции растворимых реагентов в осадок будут выпадать как нерастворимые, так и малорастворимые продукты.
Приведём несколько примеров составления уравнений реакций с участием ионов.
Рассмотрим реакцию с образованием труднорастворимого вещества.
Пример 1. Составьте уравнения реакции обмена, протекающей в растворе между хлоридом железа(III) FeCl3 и гидроксидом калия KOH, в молекулярной, полной и сокращённой ионной формах.
Решение
Составим уравнение реакции в молекулярной форме:
FeCl3 + 3KOH = Fe(OH)3↓ + 3KCl.
Составим уравнение реакции в полной ионной форме:
Fe3+ + 3Cl– + 3K+ + 3OH– = Fe(OH)3↓ + 3K+ + 3Cl–.
Запишем уравнение реакции в сокращённой ионной форме:
Fe3+ + 3OH– = Fe(OH)3↓.
В результате взаимодействия катионов Fe3+ и анионов ОН– образуется красновато-коричневый осадок нерастворимого основания — гидроксида железа(III) Fe(OH)3.
Рассмотрим реакцию с образованием газообразного продукта.
Пример 2. Составьте уравнения реакции между гидрокарбонатом натрия NaHCO3 и соляной кислотой HCl в молекулярной, полной и сокращённой ионной формах.
Решение
Составим уравнения:
NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2↑.
Na+ + + H+ + Cl– = Na+ + Cl– + H2O + CO2↑.
+ H+ = H2O + CO2↑.
Результатом взаимодействия катионов H+ и анионов является образование жидкого и газообразного продуктов реакции — H2O и CO2.
Реакции промежуточного образования и немедленного разложения молекул слабой и нестойкой угольной кислоты H2CO3 здесь не приведены. Напишите их самостоятельно.
Рассмотрим реакцию с образованием слабо диссоциирующего вещества.
Пример 3. Составьте уравнения реакции между оксидом меди(II) CuO и серной кислотой H2SO4 в молекулярной, полной и сокращённой ионной формах.
Решение
Составим уравнения:
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O.
CuO + 2H+ + = Cu2+ + H2O +
.
CuO + 2H+ = Cu2+ + H2O.
Растворение чёрного осадка оксида меди(II) с образованием голубого раствора является признаком химической реакции, которая протекает в результате действия катионов водорода H+ серной кислоты на осадок CuO с образованием слабого электролита — молекул воды и катионов Cu2+ в составе растворимой соли меди(II) CuSO4.
Определим возможность протекания реакции.
Пример 4. Установите, взаимодействуют ли в растворе хлорид натрия NaCl и ацетат калия CH3COOK:
NaCl + CH3COOK = CH3COONa + KCl.
Решение
Составим уравнение реакции в полной ионной форме:
Na+ + Cl– + K+ + CH3COO– = Na+ + CH3COO– + K+ + Cl–.
Из уравнения в полной ионной форме видно, что в растворе находятся только свободные ионы: Na+, K+, Cl– и CH3COO–. Таким образом, в случае смешивания растворов NaCl и CH3COOK ионы не связываются, следовательно, реакция ионного обмена не протекает. Этот вывод на практике подтверждается тем, что при смешивании растворов хлорида натрия и ацетата калия не наблюдается образования осадка, выделения либо поглощения теплоты или иных признаков химической реакции, что указывает на её отсутствие.