Алгоритмы записи уравнений химических реакций

Алгоритмы записи химических уравнений

1. 1. Реакции ионного обмена

Электролиты в растворах диссоциируют на ионы:

• кислоты: HNO₃H⁺ + NO₃^-

• основания: NaOH  Na⁺ + OH^-

(гидроксиды некоторых металлов могут диссоциировать по механизму диссоциации оснований и по механизму диссоциации кислот. К таким соединениям относятся гидроксиды цинка, бериллия, алюминия, хрома(III), олова (II) и др.:

• основный механизм: Zn(OH)₂ Zn²⁺ + 2OH^-

• кислотный механизм: Zn(OH)₂+2H₂OZn(OH)₄^2- + 2Н⁺

Вещества, которые при диссоциации образуют как ионы водорода, так и гидроксид-ионы, называются амфотерными соединениями).

• соли: CaCl₂  Ca²⁺ + 2Cl^-

!Электролиты, которые в растворе полностью диссоциируют на ионы, называются сильными. К ним относятся: все растворимые соли, щелочи, растворимые кислоты (H₂SO₄,HNO₃, HCl,HBr, HI).

При смешивании растворов электролитов происходят реакции, которые называются реакциями ионного обмена. Реакции ионного обмена записываются в молекулярном, ионном и кратком ионном виде:

BaCl₂ + H₂SO₄® BaSO₄¯ + 2HCl

Ba²⁺ + 2Cl^- + 2H⁺ + SO₄^2-® BaSO₄¯ + 2H⁺ + 2Cl^-

Ионы H⁺ и Cl^- не принимали участия в реакции (из левой части уравнения перешли в правую без изменения и в том же количестве), их можно сократить, оставшиеся ионы необходимо переписать в краткое ионное уравнение:

Ba²⁺ + SO₄ ^2- ®BaSO₄¯.

!Оксиды вне зависимости от растворимости в воде в виде ионов не могут быть представлены:

SO₃ + 2NaOH = Na₂SO₄ + H₂O

SO₃ + 2Na⁺ + 2OH^- = H₂O + 2Na⁺ + SO₄^2-

SO₃ + 2OH^- = H₂O + SO₄^2-.

Реакции обмена в растворах электролитов протекают до конца в тех случаях, если образуются:

• слабые электролиты (минеральные кислотыHClO, HClO₂,H₂S,H₂SO₃,HNO₂, HCN; практически все нерастворимые основания, гидроксид аммония; вода):

Пример:2NaOH +H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2H₂O

Расписываем на ионы сильные электролиты с учетом коэффициентов молекулярного уравнения:

2Na⁺ + OH^- + 2H⁺ + SO₄^2- = 2Na⁺ + SO₄^2- + 2H₂O

Сокращаем ионы, которые не участвовали в реакции (2Na⁺, SO₄^2-) , записываем краткое ионное уравнение:

OH^-+ 2H⁺= 2H₂O.

• малорастворимые вещества:

Пример: CuSO₄ + 2KOH= Cu(OH)₂¯ + K₂SO₄

Расписываем на ионы сильные электролиты с учетом коэффициентов молекулярного уравнения:

Cu²⁺ + SO₄^2- + 2K⁺ + 2OH^- = Cu(OH)₂¯ + 2K⁺ + SO₄^2-

Сокращаем ионы, которые не участвовали в реакции (SO₄^2-, 2K⁺), записываем краткое ионное уравнение:

Cu²⁺ + 2OH^- = Cu(OH)₂¯

• газообразные продукты:

Пример: K₂CO₃+2HNO₃= 2KNO₃ + H₂O + CO₂

Расписываем на ионы сильные электролиты с учетом коэффициентов молекулярного уравнения:

2K⁺ + CO₃^2- + 2H⁺ + 2NO₃^- = 2K⁺ + H₂O + CO₂

Сокращаем ионы, которые не участвовали в реакции (2K⁺, 2NO₃^-), записываем краткое ионное уравнение:

CO₃^2- + 2H⁺ = H₂O + CO₂

Реакции обмена, которые не сопровождаются вышеперечисленными признаками, до конца не доходят и называются обратимыми.

Пример: 2KCl+Na₂SO₄ 2NaCl + K₂SO₄

Расписываем на ионы сильные электролиты с учетом коэффициентов молекулярного уравнения:

2K⁺ + 2Cl^- + 2Na⁺ + SO₄^2- 2Na⁺ + 2Cl^- + 2K⁺ + SO₄^2-

Очевидно, что все ионы перешли из левой части уравнения в правую без изменения, поэтому их все можно сократить и краткого ионного уравнения для этой реакции не будет.

!Отсутствие краткого ионного уравнения говорит о том, что химического взаимодействия не произошло, ионы находятся в растворе сколь угодно долго, и выделить чистые вещества из раствора без дополнительного воздействия на систему не представляется возможным.

Примеры выполнения заданий:

Пример 1: Составить 2 молекулярных уравнения к приведенному ионному:

Ca²⁺ + CO₃^2-CaCO₃

Алгоритм выполнения:

1. По таблице растворимости найти растворимые вещества, содержащие ионыCa²⁺ и CO₃^2-. Например, CaCl₂ иNa₂CO₃.

2. Записать молекулярное уравнение взаимодействия этих веществ:

CaCl₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃¯ + NaCl

1. Уравнять:

CaCl₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃¯ + 2NaCl

1. Записать полное ионное уравнение (растворимые вещества записать в виде ионов, нерастворимые – в молекулярном виде):

Са²⁺ + 2Сl^- + 2Na⁺ + CO₃^2- = CaCO₃¯ + 2 NaCl

1. Сократить ионы, не принимавшие участия в реакции и записать краткое ионное уравнение:

Са²⁺ + CO₃^2- = CaCO₃¯

1. Краткое ионное уравнение соответствует условию, значит, задание выполнено верно.

Пример 2: Можно ли приготовить растворы, содержащие одновременно пары веществ:

1. фосфорная кислота и сульфат натрия

2. серная кислота и соляная кислота

3. гидроксид натрия и хлорид меди (II)

4. нитрат серебра и хлорид натрия

Алгоритм выполнения:

1. 1. Установить, к каким классам относятся пары веществ и возможно ли между ними химическое взаимодействие (смотри раздел 1):

1. 1. кислота + соль – реакция возможна

   2. кислота + кислота – реакция невозможна

   3. основание + соль – реакция возможна

   4. соль + соль – реакция возможна.

1. 1. Записать молекулярные уравнения возможных реакций.

1) H₃PO₄ + Na₂SO₄ = Na₃PO₄ + H₂SO₄

3) NaOH + CuCl₂ = Cu(OH)₂ + 2NaCl

4) AgNO₃ + NaCl = AgCl + NaNO₃

1. 1. Проверить по таблице растворимости растворимость образовавшихся веществ:

1) H₃PO₄ + Na₂SO₄ = Na₃PO₄ + H₂SO₄

3) NaOH + CuCl₂ = Cu(OH)₂¯ + 2NaCl

4) AgNO₃ + NaCl = AgCl ¯ + NaNO₃

Если в правой части уравнения появились нерастворимые вещества или слабые электролиты, это означает, что произошло химическое взаимодействие и исходных веществ в растворе уже нет (смотри раздел 2).

1. 1. Ответом на вопрос будет тот вариант ответа, которому соответствует обратимая реакция (смотри раздел 2):

H₃PO₄ + Na₂SO₄  Na₃PO₄ + H₂SO₄

Задания для самостоятельной работы:

1. Закончить уравнения возможных реакций, записать полные и краткие ионные уравнения к ним:

• Na₂CO₃ + HCl ®

• ZnO + HCl 

• Zn(NO₃)₂ + MgBr₂

• SO₃ + NaOH 

• H₂SO₄ + BaCl₂

1. Составить 2-3 молекулярных уравнения к каждому из ионных:

• H⁺ + OH^- H₂O

• Fe²⁺ + 2OH^- Fe(OH)₂

• Cu(OH)₂ + 2H⁺ Cu²⁺ + 2H₂O

• NH₄⁺ + OH^- NH₃ + H₂O

1. Можно ли приготовить растворы, содержащие одновременно пары веществ:

• гидроксид натрия и хлорид калия

• хлорид меди (II) и гидроксид натрия

• гидроксид цинка и гидроксид калия?

Доказать уравнениями реакции в полном и кратком ионном виде.

1. Пойдет ли реакция между хлоридом калия и нитратом натрия? Доказать уравнениями реакции в полном и кратком ионном виде.

2. Практически осуществима реакция:

• фосфорная кислота + сульфат натрия

• фосфорная кислота + серебро

• фосфорная кислота + соляная кислота

• фосфорная кислота + аммиак.

Записать уравнения возможных реакций в полном и кратком ионном виде.

6. Практически осуществима реакция:

• гидроксид калия + хлорид натрия

• гидроксид меди(II) + оксид углерода (IV)

• гидроксид калия + хлорид меди (II)

• гидроксид кобальта (II) + карбонат магния.

Записать уравнения возможных реакций в полном и кратком ионном виде.

1. Почему сульфат бария не растворяется в соляной кислоте, а карбонат бария растворяется? Доказать уравнениями реакций в молекулярном, полном и кратком ионном виде.

2. Какие ионы не могут присутствовать в растворе одновременно:

   1. H⁺, K⁺, NO₃^-, SO₄^2-

   2. Na⁺, Ag⁺, NO₃^-, OH^-

   3. H⁺, Ca²⁺, Cl^-, NO₃^-

   4. Mg²⁺, H⁺, Br^-, Cl^-

3. Ионное уравнение Ca²⁺ + CO₃^2- = CaCO₃¯ соответствует взаимодействию между:

   1. CaSiO₃и раствором Na₂CO₃

   2. раствором Ca(OH)₂ и CO₂

   3. CaO и CO₂

   4. раствором Ca(NO₃)₂ и раствором K₂CO₃

4. Сокращенное ионное уравнение 2H⁺ + CO₃^2- = H₂O + CO₂ соответствует реакции между:

   1. CaCO₃и раствором HCl

   2. раствором Na₂CO₃ и раствором Ca(OH)₂

   3. раствором HCl и H₂CO₃

   4. раствором Na₂CO₃ и раствором H₂SO₄.