Віртуальний репетитор: обмінні реакції

Шведський хімік Сванте Арреніус був першим, хто з усією визначеністю довів: багато речовини в розчині розпадаються на іони. Іони, які виходять в розчині, знаходяться в безперервному русі, і якщо вони зустрінуться з тими зі своїх побратимів по розчину, з якими можуть утворювати щось нове - осад труднорастворимого речовини, газоподібний продукт або воду, вони тут же це роблять.

Хіміки кажуть, що при змішуванні розчинів двох солей (а також підстав або кислот), іони яких здатні утворити осад, газ або воду, відбуваються реакції подвійного обміну. В результаті будуть виходити зовсім нові продукти. Французький хімік Клод Бертолле сформулював правило, згідно з яким такі реакції йдуть необоротно (до кінця). І це правило було названо його ім'ям (правило Бертолле).

Наведемо приклади реакцій подвійного обміну.

Якщо в результаті обмінних "маніпуляцій" з іонами не виділяються ні осад, ні газоподібна речовина, ні вода, ні слабка кислота, реакції обміну оборотні і не йдуть до кінця. Це означає, що обмін "не остаточний", і в розчинах виходять суміші солей, наприклад нітрату натрію NaNO3, нітрату калію KNO3, хлориду натрію NaCl і хлориду калію KCl:

NaNO3 + KCl> KNO3 + NaCl

Na + + NO3-- + K + + Cl -> K + + NO3-- + Na + + Cl--

А як приклад реакції обміну, в якій виділяється газоподібний продукт, розглянемо розкладання соляної кислотою HCl добре розчинної сульфіту натрію Na2SO3: Na2SO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + SO2 (г)

2Na + + SO32-- + 2H + + 2Cl-- = 2Na + + 2Cl-- + H2O + SO2 (г),

або в скороченій формі:

SO32-- + 2H + = H2O + SO2 (г)

В результаті цієї реакції виходить сірчистий газ - діоксид сірки SO2, а замість сульфіту натрію Na2SO3 в розчині виявляється хлорид натрію NaCl. Після закінчення реакції можна буде випарити розчин і виділити кристали NaCl. Така обмінна реакція буде йти до кінця.

При нейтралізації кислоти підставою виходять сіль і вода, і реакція обміну теж йде до кінця. Таке відбувається не тільки з розчинними сильними підставами (лугами) і сильними кислотами, але також зі слабкими і малорозчинними. Наприклад, малорозчинний гідроксид міді Cu (OH) 2 реагує із сірчаною кислотою H2SO4 з виділенням води. Одночасно в розчині з'являються катіони міді Cu2 +: Cu (OH) 2 + H2SO4 = Cu2 + + H2O

Cu (OH) 2 + 2H + + SO42-- = Cu2 + + SO42-- + 2H2O,

або в скороченій формі:

Cu (OH) 2 + 2H + = Cu2 + + 2H2O

А малорастворимая в воді і слабка ортокремнієвої кислота H4SiO4 взаємодіє з лугом - гідроксидом натрію NaOH, перетворюючись в сіль ортосілікат натрію Na4SiO4 і воду:

H4SiO4 + 4NaOH = Na4SiO4 + 4H2O

H4SiO4 + 4Na + + 4OH - = 4Na + + SiO44-- + 4H2O,

або в скороченій формі:

H4SiO4 + 4OH-- = SiO44-- + 4H2O

Але найдивніше, що і солі можуть в обмінних реакціях поводитися як кислоти або підстави. Правда, для цього вони повинні бути не "простими" (середніми), а кислими або основними. Хороший приклад - реакція між гідрокарбонатом кальцію Ca (HCO3) 2, добре розчинним у воді, і гідроксидом натрію NaOH:

Ca (HCO3) 2 + 2NaOH = CaCO3 (т) + Na2CO3 + 2H2O

Ca2 + + 2HCO3 + 2Na + + 2OH-- = CaCO3 (т) + 2Na + + CO32-- + 2H2O,

або в скороченій формі:

Ca2 + + 2HCO3-- + 2OH-- = CaCO3 (т) + CO32-- + 2H2O

Чи не правда, кумедна виходить реакція нейтралізації, де "кислий" аніон HCO3-- з'єднується з лужним аніоном OH-- і виходить "некислий" аніон CO32-- і вода! Карбонат-аніон CO32-- наполовину йде в осад карбонату кальцію CaCO3, а решта його кількість залишається в розчині.

Сіль хлорид натрію NaCl при взаємодії з іншою сіллю - нітратом срібла AgNO3 в водному розчині обмінюється аніонами і виділяє малорозчинний осад - хлорид срібла AgCl: NaCl + AgNO3 = AgCl (т) + NaNO3

Na + + Cl-- + Ag + + NO3-- = AgCl (т) + Na + + NO3--

Ця реакція обміну теж йде до кінця - випадає осад. Якщо осад відфільтрувати від розчину, а розчин випарити, можна буде отримати і другий продукт подвійного обміну - сіль нітрат натрію NaNO3.

Коли при реакціях подвійного обміну випадає осад? Щоб відповісти на це питання, користуються таблицею розчинності . Там вказано, які аніони з даними катіонами дають опади, а які солі добре розчинні.

Щоб знайти по цій таблиці потрібну речовину, дивляться на місце перетину рядки, в якій записано катіон, і шпальти, де знаходиться аніон. А потім вирішують, чи буде випадати осад. Користуючись таблицею розчинності, можна перевірити, чи правильно ми записали всі попередні реакції.

Щоб все, сказане тут, добре вляглося в пам'яті, вивчимо запоминалки щодо обмінних реакцій.

Віртуальний репетитор ||

Абитур: зміст