Так как электролиты в воде диссоциируют на ионы, то реакции между электролитами в растворе следует рассматривать как процесс взаимодействия соответствующих ионов. Вот почему в учебной литературе наряду с молекулярными уравнениями подобных реакций принято записывать ионные уравнения. Именно ионные уравнения реакций отражают суть тех изменений, которые происходят при взаимодействии веществ-электролитов.
При написании уравнений реакций в ионном виде следует помнить, что хорошо растворимые сильные электролиты записывают как набор ионов, образовавшихся при их полной диссоциации, в то время как неэлектролиты и слабые электролиты (а также газы и осадки) записывают в молекулярном виде.
Алгоритм составления ионного уравнения реакции может быть таким:
1. Записать молекулярное уравнение реакции и расставить коэффициенты.
2. Переписать это уравнение, записывая хорошо растворимые сильные электролиты в виде соответствующих ионов, а слабые электролиты, нерастворимые вещества и газы — в молекулярном виде.
3. Сократить одинаковые ионы в левой и правой частях уравнения и записать сокращённое ионное
уравнение.
Примеры составления сокращённых ионных уравнений
1. Рассмотрим взаимодействие сульфата калия и нитрата бария. Молекулярное уравнение этой реакции выглядит так:
Ba(NO3)2 + K2SO4 = BaSO4↓ + 2KNO3
Все четыре соли являются сильными электролитами, даже нерастворимый сульфат бария. Но в соответствии с приведённым выше алгоритмом, сульфат бария (как нерастворимое вещество) запишем в молекулярном виде, в то время как все остальные соли представим в виде набора ионов, получающихся при их диссоциации:
Ba2+ + 2NO3– + 2K+ + SO42– == BaSO4↓ + 2K+ + 2NO3–
И в левой, и в правой частях уравнения есть одинаковые ионы (NO3 – и K+), сократим их:
Ba2+ + SO42– = BaSO4↓
Это и есть сокращённое ионное уравнение взаимодействия нитрата бария и сульфата калия. Видно, что сущность происходящей реакции заключается во взаимодействии ионов Ba2+ и SO42–, приводящем к образованию осадка сульфата бария.
2. Молекулярное уравнение взаимодействия азотной кислоты с гидроксидом рубидия запишется так:
HNO3 + RbOH = RbNO3 + H2O
В этом уравнении участвуют три сильных, хорошо растворимых электролита (HNO3, RbOH и RbNO3) и один очень слабый электролит (Н2О). В соответствии с алгоритмом формулу воды следует оставить в ионном уравнении, а вместо HNO3, RbOH и RbNO3 записать набор ионов, образующихся при их полной диссоциации:
H+ + NO3–+ Rb+ + OH– = Rb+ + NO3–+ H2O
После сокращения одинаковых ионов (они подчёркнуты) получим сокращённое ионное уравнение:
H+ + OH– = H2O
Таким образом, суть этой реакции состоит в связывании ионов H+ и OH– с образованием слабого электролита — молекул воды. Точно так же запишется краткое ионное уравнение любой химической реакции между сильной кислотой и щёлочью.
3. Запишем уравнение химической реакции между карбонатом калия и соляной кислотой:
K2CO3 + 2HCl = 2KCl + H2O + CO2↑
В соответствии с алгоритмом формулы воды (слабого электролита) и углекислого газа оставим без изменений, в то время как формулы K2CO3, HCl и KCl — сильных электролитов — запишем в виде набора ионов:
2K+ + CO32– + 2H+ + 2Cl– = 2K+ + 2Cl– + H2O + CO2↑
Сократив одинаковые ионы, получим:
CO32– + 2H+ = H2O + CO2↑
Из этого сокращённого ионного уравнения следует, что взаимодействие карбонат-ионов с ионами водорода приводит к образованию молекул воды (слабого электролита) и молекул углекислого газа.
Условия осуществления реакций ионного обмена
Реакции в растворах электролитов идут практически до конца в том случае, если происходит связывание исходных ионов с образованием:
— слабого электролита,
— осадка малорастворимого вещества,
— газообразного продукта.
Именно эти примеры мы и рассмотрели выше. Если в ходе реакции связывания ионов не происходит, то такие реакции не идут. Примером неосуществимых в растворе реакций могут быть:
KNO3 + NaOH _ KOH + NaNO3
KCl + H2SO4 _ KHSO4 + HCl
В то же время, изменив условия протекания, можно заставить идти и, казалось бы, неосуществимую химическую реакцию. Так, в последнем случае реакция в растворе невозможна (все четыре вещества — сильные электролиты, полностью диссоциирующие на ионы).
Но если взять твёрдый хлорид калия и концентрированную серную кислоту, реакция становится возможной:
KCl(т) + H2SO4(конц) → KHSO4 + HCl↑
В этом случае газообразный хлороводород удаляется из сферы реакции, и равновесие полностью смещается вправо. Именно так и получают хлороводород в лабораторном практикуме.