При розчиненні в воді кислоти, основи, солі під дією полярних молекул розчинника піддаються електролітичноїдисоціації, розпадаючись на позитивно заряджені іони - катіони і негативно заряджені іони - аніони. Кислоти - електроліти, диссоциирующие в розчинах з утворенням катіонів водню Н +:
HRO Û Н + + RO -. Підстави - електроліти, диссоциирующие з утворенням гідроксид-іонів ОН -. ROH Û R + + OH -. Амфотерні електроліти можуть диссоциировать як кислоти, і як підстави:
Н + + RO - Û ROH Û R + + OH -. Амфотерность електроліту пояснюється малим відмінністю зв'язків між металом і киснем (R-O) і між киснем і воднем (О-Н). До амфотерним електролітів належать гідроксиди Al (OH) 3. Zn (OH) 2. Be (OH) 2. Pb (OH) 4. Sn (OH) 2. Sn (OH) 4. Cr (OH) 3 і інші. Середні солі - електроліти. при дисоціації яких утворюються катіони металів (або амонію NH4 +) і аніони кислотних залишків.
Дисоціація може протікати повністю або частково. Ставлення числа продіссоціірованних молекул до числа розчинених називають ступенем дисоціації. Залежно від величини ступеня дисоціації електроліти діляться на сильні і слабкі.
Сильні електроліти практично повністю дисоціюють на іони. До ними ставляться кислоти: HCl, HBr, HI, HNO3. H2 SO4. HClO4. HMnO4; підстави лужних і лужноземельних металів: LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca (OH) 2. Sr (OH) 2. Ba (OH) 2; майже всі солі.
Слабкі електроліти дисоціюють на іони в дуже малому ступені. До них відносяться: вода Н2 О, неорганічні кислоти (наприклад, Н2 СО3. Н2 S, HNO2. HCN, HClO); багато органічні кислоти (наприклад, СН3 СООН, НСООН); гідроксид амонію NH4 OH, малорозчинні підстави (наприклад, Mg (OH) 2. Fe (OH) 2), амфотерні гідроксиди; деякі солі (наприклад, CdCl2. Mg (CN) 2. HgCl2. Fe (SCN) 3).
Рівняння процесу електролітичноїдисоціації сильного електроліту записують із зазначенням його практичної незворотності: наводиться лише одна стрілка ®, спрямовану від молекулярної форми електроліту до його іонів; рівняння дисоціації слабких електролітів записують із зазначенням її оборотності: Û.
Наявність електричних зарядів у іонів і здійснювані ними переміщення в розчині надають розчинів електролітів високу хімічну активність. При змішуванні розчинів різних електролітів знаходяться в них іони протилежного заряду можуть асоціювати в молекули, комплекси або кристали нового речовини, в результаті чого в розчині відбуваються хімічні реакції. Реакції, які полягають в обміні іонами між різними електролітами, називають реакціями іонного обміну. Реакції обміну протікають з дуже високими швидкостями, так як реагенти вже знаходяться в активованому стані і хімічну рівновагу більшості процесів встановлюється швидко. Основним фактором, що впливає на зміщення рівноваги в розчинах електролітів, є зміна концентрації іонів. Напрямок реакції обміну (зміщення рівноваги системи) визначається можливістю освіти малодиссоциирующие, малорастворимого або газоподібного з'єднання. В результаті ті чи інші іони виводяться зі сфери взаємодії у вигляді слабкого електроліту, осаду, газу, що призводить до більш повного протіканню реакції.
Якщо серед вихідних і виникають речовин є малодисоційовані або малорозчинні сполуки, то рівновага системи зміщується в бік найбільш повного зв'язування іонів, т. Е. В сторону найменш диссоциированного і найменш розчинної речовини.
Реакції обміну зручно висловлювати у вигляді іонно-молекулярних (іонних) рівнянь, які показують сутність що відбуваються в розчинах процесів. Ця форма запису відображає стан речовин в розчині і їх взаємодія.
При складанні іонно-молекулярних рівнянь (повних і скорочених) формули сильних електролітів записують у вигляді іонів, так як саме в такому стані вони знаходяться в розчині. Формули слабких електролітів, газоподібних і малорозчинних речовин записують у вигляді молекул, незалежно від того, чи є вони вихідними речовинами або продуктами реакції. Газоподібні речовини або речовини, що випадають в осад, прийнято відзначати вертикальної стрілкою - або ¯ (Див. Додаток 2).
Приклад 1. Написати молекулярні та іонно-молекулярні рівняння реакцій взаємодії між водними розчинами наступних речовин:
Рішення. Запишемо рівняння реакції в молекулярному вигляді:
HCl + NaOH = NaCl + H2 O
З огляду на, що HCl, NaOH і NaCl відносяться до сильних електролітів, а H2 O - до слабких, запишемо повне іонно-молекулярне рівняння:
В ході реакції іони Na + і Cl - не зазнають змін. Виключивши ці іони з лівої і правої частин рівняння, отримаємо скорочену іонно-молекулярне рівняння:
Таким чином, реакція між будь-якої сильної кислотою і будь-яким сильним підставою (реакція нейтралізації) зводиться до утворення з іонів водню і гідроксид-іонів молекули слабкого електроліту - води.
Молекулярне рівняння реакції:
Для написання повного іонно-молекулярного рівняння реакції запишемо сильні електроліти (розчинні солі Pb (NO3) 2. Na2 S і NаNО3) в іонної формі, а нерозчинну сіль (PbS) в молекулярній формі:
Іони Na + та NO3 - не зазнають змін, тому виключимо їх з обох частин рівняння.
Скорочена іонно-молекулярне рівняння:
Pb 2+ + S 2 = PbS¯
Перебіг реакції обумовлено утворенням труднорастворимого речовини.
Для написання іонно-молекулярного рівняння реакції запишемо сильні електроліти (розчинні солі К2 СО3. К2 SO4 і H2 SO4) в іонної формі, а СО2 (газоподібна речовина) і Н2 О (слабкий електроліт) - в молекулярній формі:
Отримане скорочена іонно-молекулярне рівняння показує, що дана реакція протікає з утворенням газоподібної речовини і слабкого електроліту.
Перебіг реакції обумовлено утворенням молекул води. Але так як азотистая кислота HNO2 - слабкий електроліт і сама є фактором, що визначає перебіг зворотної реакції, то на відміну від трьох попередніх випадків реакція є оборотною. Однак рівновага системи зміщений в напрямку протікання прямої реакції, так як вода є набагато слабшим електролітом, ніж азотистая кислота.
Приклад 2. Складіть два різних рівняння в молекулярному вигляді, яким буде відповідати рівняння в скороченому іонно-молекулярному вигляді: Ni 2+ + S 2 = NiS¯.
Рішення. Наявність катіонів нікелю і сульфід - аніонів в лівій частині рівняння говорить про те, що взаємодіють два сильних електроліту - розчинні солі, склад яких може бути досить різноманітним і одному іонно-молекулярному рівняння може відповідати кілька молекулярних рівнянь. Підписуємо під символами іонів лівій частині даного рівняння такі іони протилежного заряду, які утворили б з вихідними іонами розчинні сильні електроліти. Потім такі ж іони записуємо і під правою частиною рівняння:
Ni 2+ + S 2 = NiS¯
Підсумовуючи обидва рівності, отримуємо повне іонно-молекулярне рівняння:
Об'єднавши іони в формули сполук, записуємо рівняння в молекулярній формі:
Підібравши інші відповідні іони, отримуємо друге рівняння:
Ni 2+ + S 2 = NiS¯
Приклад 3. Складіть молекулярні та іонно-молекулярні рівняння реакцій взаємодії амфотерного гідроксиду цинку з азотною кислотою і гідроксидом натрію. Напишіть рівняння дисоціації гідроксиду цинку в кислому і лужному середовищах.
Рішення. Так як гідроксид цинку Zn (OH) 2 амфотерен, то він здатний вступати у взаємодію і утворювати солі не тільки з кислотами, але і з підставами.
При взаємодії його з азотною кислотою виходить нітрат цинку і вода:
При взаємодії з гідроксидом натрію у водних розчинах утворюються комплексні сполуки:
Рівняння дисоціації гідроксиду цинку мають вигляд:
(В кислому середовищі) (в лужному середовищі)
Амфотерні гідроксиди дисоціюють і як підстави і як кислоти. Додаток кислоти зміщує цю рівновагу вліво, а додаток лугу - вправо. Тому в кислому середовищі переважає дисоціація по типу підстави, а в лужному за типом кислоти. В обох випадках зв'язування в молекули води іонів, що утворюються при дисоціації малорастворимого амфотерного електроліту, викликає перехід в розчин нових порцій таких іонів, їх зв'язування, перехід в розчин нових іонів. Отже, розчинення такого електроліту відбувається як в розчині кислоти, так і в розчині лугу.
181.Составьте молекулярні та іонно-молекулярні рівняння реакцій взаємодії в розчинах між: а) NaНСО3 і NaOH; б) К2 SiO3 і HCl; в) BaCl2 і Na2 SO4.
182. Складіть молекулярні та іонно-молекулярні рівняння реакцій взаємодії в розчинах між: а) К2 S і HCl; б) FeSO4 і (NH4) 2 S; в) Cr (OH) 3 і KOН, враховуючи, що гідроксид хрому (III) проявляє амфотерні властивості.
183. Складіть по два молекулярних рівняння реакцій, які виражаються іонно-молекулярними рівняннями:
184. Які з речовин: Al (OH) 3; H2 SO4; Ba (OH) 2; Cu (NO3) 2 - будуть взаємодіяти з гідроксидом калію? Висловіть ці реакції молекулярними і іонно-молекулярними рівняннями.
185.Составьте молекулярні та іонно-молекулярні рівняння реакцій взаємодії в розчинах між: а) КНСО3 і КOH; б) Zn (OH) 2 і NaOH; в) CaCl2 і AgNO3.
186. Складіть молекулярні та іонно-молекулярні рівняння реакцій взаємодії в розчинах між: а) CuSO4 і H2 S; б) BaCO3 і HNO3; в) FeCl3 і KOH.
187. Складіть по два молекулярних рівняння реакцій, які виражаються іонно-молекулярними рівняннями:
а) Cu 2 + S 2 = CuS
188. Складіть молекулярні та іонно-молекулярні рівняння реакцій взаємодії в розчинах між: а) Sn (OH) 2 і HCl; б) BeSO4 і KOH; в) NH4 Cl і Ba (OH) 2.
189. Які з речовин КНSО4. CH3 COOK, Ni (OH) 2. Na2 S. будуть взаємодіяти з розчином сірчаної кислоти? Висловіть ці реакції молекулярними і іонно-молекулярними рівняннями.
190. Складіть молекулярні та іонно-молекулярні рівняння реакцій взаємодії в розчинах між: а) Hg (NO3) 2 і NaJ; б) H2 SO4 і Na2 S; в) Pb (OH) 2 і KOH, враховуючи, що гідроксид свинцю (II) проявляє амфотерні властивості.
191. Складіть молекулярні рівняння реакцій, які виражаються іонно-молекулярними рівняннями:
192. Складіть молекулярні та іонно-молекулярні рівняння реакцій взаємодії в розчинах між: а) Cu (OH) 2 і HNO3;
б) ZnOHNO3 і HNO3; в) Be (OH) 2 і NaOH, враховуючи, що гідроксид берилію проявляє амфотерні властивості.
193. Складіть молекулярні та іонно-молекулярні рівняння реакцій взаємодії в розчинах між: а) Na3 PO4 і CaCl2; б) K2 CO3 і BaCl2; в) Sn (OH) 2 і KOH, враховуючи, що гідроксид олова (II) проявляє амфотерні властивості.
194. Складіть молекулярні рівняння реакцій, які виражаються іонно-молекулярними рівняннями:
195. Складіть молекулярні та іонно-молекулярні рівняння реакцій взаємодії в розчинах між: а) CоS і HCl; б) Ba (OH) 2 і CоCl2; в) Cr (OH) 3 і NaOH, враховуючи, що гідроксид хрому (III) проявляє амфотерні властивості.
196. Складіть молекулярні рівняння реакцій, які виражаються іонно-молекулярними рівняннями:
а) Zn 2+ + H2 S = ZnS + 2H +
в) Ag + + Cl - = AgCl
197. Складіть молекулярні та іонно-молекулярні рівняння реакцій взаємодії в розчинах між: а) H2 SO4 і Ba (OH) 2; б) FeCl3 і NaOH; в) CH3 COONa і HCl.
198. Складіть молекулярні та іонно-молекулярні рівняння реакцій взаємодії в розчинах між: а) CuCl2 і KOH; б) NiSO4 і (NH4) 2 S; в) MgCO3 і HNO3.
199. Складіть молекулярні рівняння реакцій, які виражаються іонно-молекулярними рівняннями:
200. Які з речовин: NaCl, NiSO4. Be (OH) 2. NaHCO3 будуть взаємодіяти з розчином гідроксиду натрію, враховуючи, що гідроксид берилію проявляє амфотерні властивості. Висловіть ці реакції молекулярними і іонно-молекулярними рівняннями.