Реакции ионного обмена

Для растворов электролитов характерны реакции ионного обмена. Обязательным условием протекания таких реакций практически до конца является удаление из раствора тех или иных ионов вследствие:

Образования осадка

FeSO₄ + 2 NaOH ® Fe(OH )₂¯ + Na₂SO₄ - молекулярное уравнение (МУ)

Fe²⁺+SO₄^2-+2Na⁺+2OH^-®Fe(OH)₂¯+2Na⁺+SO₄^2— ионно-молекулярное уравнение (ИМУ)

Fe²⁺ +2OH^- ® Fe(OH)₂¯ (ПР _Fe(OH)2 = 4,8×10^-16) – краткое ионно-молекулярное уравнение образования осадка

Выделение газа

Na₂CO₃ + 2H₂SO₄ ® H₂CO₃ + 2NaHSO₄ (МУ)

2Na⁺ +CO₃^2- + 2H⁺ + 2HSO₄^- ® H₂C0₃ + 2Na⁺ + 2HSO₄^- (ИМУ)

2H⁺ + CO₃^2- ® H₂C0₃ ® H₂O + C0₂­ - ионно-молекулярное ур-е

образования летучего соединения.

Образование слабых электролитов

а). Простые вещества.

2KCN + H₂SO₄ ®2HCN + K₂SO₄ (МУ)

2K⁺ + 2CN^- + 2H⁺ +SO₄^2- ® 2HCN + 2K⁺ +SO₄^2- (ИМУ)

CN^- + H⁺ ® HCN (К_{д HCN} = 7,8•10^-10) –ионно-молекулярное ур-е образования слабого электролита HCN.

б).Комплексные соединения.

ZnCl₂ + 4NH₃ ® [Zn (NH₃)₄]Cl₂ (МУ)

Zn²⁺ + 2Cl^- +4NH₃ ® [ Zn (NH₃)₄]²⁺ + 2Cl^- -(ИМУ)

Zn²⁺+4NH₃ ® [Zn(NH₃)₄]²⁺- краткое ионно-молекулярное уравнение образования комплексного катиона.

Встречаются процессы, при которых слабые электролиты или малорастворимые соединения входят в число исходных веществ и продуктов реакции. Равновесие в этом случае смещается в сторону образования веществ, имеющих наименьшую константу диссоциации или в сторону образования менее растворимого вещества:

А) NH₄OH + HCl ® NH₄Cl + H₂O (МУ)

NH₄OH + H⁺ + Cl^- ® NH₄⁺ + Cl^- + H₂O (ИМУ)

NH₄OH + H⁺ ® NH₄⁺ + + H₂O (ИМУ)

К_д(NH4OH) =1,8× 10^-5 > К_д(H2O) =1,8×10^-16

Равновесие сдвинуто в сторону образования молекул воды.

Б) HCN + CH₃COONa ® NaCN + CH₃COOH (МУ)

HCN + CH₃COO^- + Na⁺ ® Na⁺ + CN^- + CH₃COOH (ИМУ)

HCN + CH₃COO^- ® CN^- + CH₃COOH

K_д(HCN)=7,9× 10^-10 < К_д(CH3COOH) =1,8 ×10^-5

Равновесие сдвинуто в сторону образования HCN.

В) AgCl¯ + NaI ®AgI¯ + NaCl (МУ)

AgCl¯ + Na⁺ +I^- ®AgI¯+ Na⁺ +Cl^- (ИМУ)

AgCl¯ + I^- ®AgI¯ + Cl^- ПР_AgCl=1,78×10^-10 > ПР_AgI =8,3×10^-17

Равновесие сдвинуто в сторону образования осадка AgI.

Г) Могут встречаться процессы, в уравнениях которых есть и малорастворимое соединение и слабый электролит

MnS¯ + 2HCl ® MnCl₂ + H₂S

MnS¯ + 2H⁺ +2Cl^- ® Mn ²⁺ + 2Cl^- + H₂S

MnS¯ + 2 H⁺ ® Mn²⁺ + H₂S­

ПР_MnS=2,5×10^-10; [S^-2]= =1,58.10^-5 моль/л

K_{д H2S}= K₁×K₂ = 6×10^-22; [S^2-] = =5,4.10^-8 моль/л

Связывание ионов S^2- в молекулы H₂S происходит полнее, чем в MnS, поэтому реакция протекает в прямом направлении.

Гидролиз солей.

Гидролиз является результатом поляризационного взаимодействия ионов соли с их гидратной оболочкой. Гидролиз - это обменная реакция в растворе между молекулами воды и ионами соли. В результате гидролиза, благодаря образованию слабого электролита (слабой кислоты или слабого основания), изменяется ионное равновесие Н₂О ⇄ Н⁺ + ОН^- из-за связывания Н⁺ или ОН^- и изменяется рН-среды. Гидролизу подвергаются соли, в состав которых входят ионы слабой кислоты или слабого основания. Соли, образованные ионами сильной кислоты и сильного основания, гидролизу не подвергаются (NaCl, Na₂SO₄). Продуктами гидролиза могут быть слабые электролиты, малодиссоциирующие, труднорастворимые и летучие вещества. Гидролиз - стадийная реакция, в случае многозарядного иона число стадий равно его заряду. Гидролизу по катиону подвергаются соли, образованные анионами сильной кислоты и катионами слабого основания. Например, к слабым основаниям относятся гидроксиды p- и d-металлов (К_д£10^-4), а также гидроксид аммония.

Хлорид цинка - соль, образованная слабым основанием Zn(OH)₂ и сильной кислотой HCl. Катион цинка имеет заряд 2+, поэтому гидролиз будет проходить в две ступени: Zn²⁺ + HOH ⇄ ZnOH⁺ + H⁺ I ступень

ZnOH⁺ + HOH ⇄ Zn(OH)₂ + H⁺ II ступень

В результате этого взаимодействия возникает избыток ионов Н⁺ ([Н⁺] > [ОН^-]) , раствор подкисляется (рН<7).

Гидролиз поаниону. Данный тип гидролиза характерен для солей, образованных анионами слабой кислоты (К_д £10^-3) и катионами сильного основания (K_д>10^-3). Рассмотрим гидролиз карбоната калия - соли, образованной слабой угольной кислотой H₂CO₃ (K_д^I = 4,5. 10^-7) и сильным основанием KOH, карбоксо-анион имеет заряд (2-). Гидролиз протекает в две ступени: CO₃^2- + H₂O ⇄ HCO₃^- + OH^- I ступень

HCO₃^- + H₂O ⇄ H₂CO₃ + OH^- II ступень

В этом случае высвобождаются ионы ОН^- ([Н⁺] < [ОН^-]) - раствор подщелачивается (рН >7).

Необратимый гидролиз. Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой, гидролизуются по катиону и аниону. Результат гидролиза будет зависить от значения К_д основания и кислоты. Рассмотрим гидролиз фторида аммония - соли, образованной слабым

основанием NH₄OH (К_д =1,8 ^. 10^-5) и слабой кислотой HF (К_д = 6,8 ^.10^-4):

NH₄F + HOH ® NH₄OH + HF

В этом случае К_д(NH4OH) < К_д(HF), следовательно гидролиз (в основном) пойдет по катиону и реакция среды будет слабокислой.

ЗАДАЧИ