Поскольку электролиты в растворах распадаются на ионы, то и реакции электролитов должны происходить между ионами.

Взаимодействие ионов в растворе называется ионной реакцией или уравнением.

С участием ионов могут протекать как обменные, так и окислительно-восстановительные реакции.

Ионные уравнения

В обыкновенных химических уравнениях не учитывается диссоциация молекул на ионы, поэтому для выражения сущности реакций, происходящих при взаимодействии между электролитами в растворах, пользуются так называемыми ионными уравнениями.

Выведем такое уравнение для одной реакций.

Например для реакции нитрата серебра AgNO₃ и хлорида натрия NaCl:

AgNO₃ + NaCl = NaNO₃ + AgCl  (1)

Чтобы осуществить эту реакцию, смешаем растворы AgNO₃ и NaCl. Получается осадок AgCl, a NaNO₃ остается в растворе.

Принимая во внимание, что соли AgNО₃, NaCl и NaNO₃ полностью диссоциированы в растворах и только осадок AgCl со-стоит из связанных между собой ионов Ag^• и Сl’.

Можно переписать уравнение (1) в следующем виде:

Ag^• + NO₃‘ + Na^• + Сl’ = Na^• + NO₃‘ + AgCl (2)

Что же изменилось после смешивания растворов? Ионы NO₃‘ и Na^• как были свободными до смешивания, так и остались такими же после смешивания.

Взаимодействие произошло только между ионами Ag^• и ионами Сl’, которые соединились друг с другом и образовали нерастворимое хлористое серебро.

Следовательно, ионы NO₃‘ и Na^• никакого участия в реакции не принимали.

Но в таком случае мы можем совсем не отмечать их присутствия в уравнении реакции, как не отмечали и раньше присутствия воды или воздуха при реакциях.

Исключив обозначения этих ионов из обеих частей уравнения, получим:

Ag^• + Сl’ = AgCl (3)

Это и есть ионное уравнение рассматриваемой реакции. Оно гораздо проще молекулярного уравнения и в то же время выражает самую сущность происходящей реакции.

Очевидно, что какую бы растворимую соль серебра и соляной кислоты мы ни взяли, реакция между ними выразится таким же ионным уравнением.

Так как во всех этих случаях будет происходить один и тот же химический процесс — соединение ионов серебра с ионами хлора и образование хлористого серебра.

Ионные уравнения, в отличие от обыкновенных молекулярных уравнений, относятся не к одной какой-нибудь реакции между определенными веществами, но охватывают целую группу аналогичных реакций.

В этом их главная ценность и значение.

Обменная реакция нитрата серебра и хлорида натрия

Рассмотрим обменные реакции электролитов в растворе, например взаимодействие между двумя солями:

NaCl + AgNO₃ =AgCl↓ + NaNO₃

Хлорид натрия и нитрат серебра как сильные электролиты диссоциируют на ионы:

NaCl ⇄ Na⁺ + Cl^—

AgNO₃ ⇄ Ag⁺ + NO₃^—

поэтому левую часть равенства можно записать в таком виде:

Na⁺ + Cl^— + Ag⁺ + NO₃^— =

Рассмотрим полученные в результате реакции вещества:

AgCl вещество нерастворимое, поэтому оно не будет диссоциировать на ионы, a NaNO₃ — соль растворимая, прекрасно диссоциирует на ионы по схеме:

NaNO₃ ⇄ Na⁺ + NO₃^—

NaNO₃ — сильный электролит, поэтому правая часть равенства пишется так:

… = Na⁺ + NO₃^— + AgCl

Уравнение в целом будет иметь следующий вид:

Na⁺ + Cl^— + Ag⁺ + NO₃^— = Na⁺ + NO₃^— + AgCl

Такое уравнение называется полным ионным уравнением.

Сокращая в этом уравнении подобные члены, получаем сокращенное ионное уравнение:

Ag⁺ + Cl^— = AgCl

Последовательность составления ионного уравнения

1. Написать в ионном виде формулы исходных продуктов (тех, которые диссоциируют).
2. Написать в ионном виде формулы полученных продуктов (тех, которые диссоциируют).
3. Проверить, совпадает ли по абсолютной величине общее число положительных и отрицательных зарядов ионов в левой части равенства, а затем в правой.
4. Проверить, совпадает ли число одноименных ионов в левой и правой части равенства (учитывая атомы, входящие в состав недиссоциирующего вещества).
5. Для составления сокращенного ионного уравнения следует найти в левой и правой частях уравнения подобные члены с одинаковыми знаками и исключить их из уравнения, а затем записать полученное сокращенное ионное уравнение.

Приведенное сокращенное ионное уравнение выражает сущность не только этой реакции.

Примеры ионных уравнений

Запишите ионные и молекулярные уравнения реакций, например:

1) Соляной кислоты и нитрата серебра

НСl + AgNO₃ = AgCl↓ + HNO₃

Н⁺ + Cl^— + Ag⁺ + NO₃^— = H⁺ + NO₃^— + AgCl↓

Ag⁺ + Cl^— = AgCl

2) Хлорид бария и нитрат серебра

BaCl₂ + 2AgNO₃ = Ba(NO₃)₂ + 2AgCl↓

Ba²⁺ + 2Cl^— + 2Ag⁺ + 2NO₃^— = Ba²⁺ + 2NO₃^— + 2AgCl↓

Ag⁺ + Cl^— = AgCl

3) Хлорид алюминия и нитрат серебра

AlCl₃ + 3AgNO₃ = Al(NO₃)₃ + 3AgCl↓

Al³⁺ + 3Cl^— + 3Ag⁺ + 3NO₃^— = Al³⁺ + 3NO₃^— + 3AgCl

Ag⁺ + Cl^— = AgCl

Во всех приведенных примерах сокращенное ионное уравнение получается одно и то же.

Это обстоятельство играет очень важную роль в аналитической химии для качественного анализа.

Могут быть случаи, когда в результате реакции образуется вода (малодиссоциирующее вещество)

Са(ОН)₂ + 2НСl = СаСl₂ + 2Н₂O

Са²⁺ + 2OН^— + 2Н⁺ + 2Сl^— = Са²⁺ + 2Сl^— + 2Н₂O

H⁺ + OH^— = H²O

или выделяется газ:

Na₂CO₃ + 2HNO₃ = 2NaNO₃ + Н₂О + CO₂↑

2Na⁺ + CO²₃^— + 2H⁺ + 2NO₃^— = 2Na⁺ + 2NO₃^— + H₂O + CO₂↓

2H⁺ + CO²₃^— = H₂O + CO₂↑

Как известно, существуют условия протекания до конца реакций обмена:

1) если образуется осадок.

2) если выделяется газ.

3) если образуется вода.

Все эти условия с позиции теории электролитической диссоциации можно сформулировать так:

Реакции обмена протекают до конца, если в результате реакции образуются недиссоциирующие или малодиссоцицрующие вещества.

В тех случаях, когда оба полученных вещества хорошо диссоциируют, реакция обратима, например:

2КСl + Na₂SO₄ ⇄ 2NaCl + K₂SO₄

2К⁺ + 2Сl^— + 2Na⁺ + SO²₄^— ⇄ 2Na⁺ + 2Cl^— + 2K⁺ + SO²₄^—

Сокращенного ионного уравнения здесь, разумеется написать нельзя.

➡️ 83. Какие реакции называются ионными? (См. Ответ)

84. Как составляются полное ионное и сокращенное ионное уравнения?

85. Составьте молекулярные, полные ионные и сокращенные ионные уравнения следующих реакций:

а) хлорид хрома (III) + нитрат серебра;

б) хлорид железа (III) + едкий натр;

в) сульфид натрия + соляная кислота

г) гидроокись кальция + азотная кислота;

д) хлорид натрия 4- нитрат свинца;

е) нитрат бария + сульфат натрия;

ж) сульфат алюминия + едкое кали;

з) хлорид бария + сульфат марганца;

и) фосфат натрия + хлорид кальция.

86. Составьте ионные уравнения реакции укажите, какие из них будут обратимы и почему:

а) едкий натр + хлорид калия;

б) сульфат железа (III)4- хлорид бария;

в) хлорид магния + нитрат натрия;

г) нитрат железа (III) + едкое кали;

д) хлорид цинка + едкий натр;

е) сульфат натрия + хлорид меди (II)

87. Укажите, могут ли находиться в растворе одновременно ионы:

а) Ва²⁺ и SO²₄^—;

б) Са²⁺ и Mg²⁺;

в) Сu²⁺ и ОН^—;

г) Fe3+ и SO²₄^—;

д) S^2- и Na⁺;

е) PO³₄^— и Mg²⁺.

88. Напишите несколько уравнений реакций нейтрализации и выведите для них общее сокращенное ионное уравнение.

89. С помощью каких веществ можно осуществить следующие реакции:

а) Са²⁺ + СО²₃^— → СаСО₃

б) Fe²⁺ + 2OН^— → Fe(OH)₂

в) ЗСu²⁺ + 2PO³₄^— → Cu₃(PO₄)₂ (См. Ответ)

Роль реакций ионного обмена

Большое значение имеют реакции ионного обмена, протекающие между электролитом и сложным, нерастворимым органическим веществом, в состав которого входит ион, способный обмениваться на другой, содержащийся в растворе электролита.

Пропуская раствор электролита через такое вещество, называемое ионнообменником или ионитом, можно освободиться от нежелательных ионов, содержащихся в растворе.

На этом основаны некоторые способы очистки воды, устранения ее жесткости.

Для этой цели применяются как природные, так и приготовленные искусственным путем ионнообменники.

Природные ионнообменники играют важную роль в почвенных процессах.

Знание поведения электролитов в растворах, а также электронные представления о строении атомов и молекул позволяют по-новому рассматривать свойства оснований кислот и солей.

Cтатья на тему Ионные уравнения