21.16: Реакція нейтралізації та чисті іонні рівняння для реакцій нейтралізації

Last updated
Save as PDF

Page ID: 19444

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Заливка бетону і робота з ним є брудними роботами. В процесі утворюється багато стічних вод з лужним рН. Часто нормативні акти вимагають, щоб ці стічні води були очищені на ділянці. Одним з практичних способів нейтралізації основного рН є міхур\(\ce{CO_2}\) у воду. Вуглекислий газ утворює слабку кислоту (вугільну кислоту\(\ce{H_2CO_3}\)) в розчині, яка служить для зведення лужного рН до чогось ближче до нейтрального.

Реакції нейтралізації та чисті іонні рівняння для реакцій нейтралізації

Реакція нейтралізації - це реакція, при якій кислота і основа реагують у водному розчині з отриманням солі і води. Водний хлорид натрію, який виробляється в реакції, називається сіллю. Сіль - це іонна сполука, що складається з катіона з основи і аніону з кислоти. Сіль - це, по суті, будь-яка іонна сполука, яка не є ні кислотою, ні основою.

Сильні кислотно-сильні базові реакції

Коли рівні кількості сильної кислоти, такої як соляна кислота, змішуються з сильною основою, такою як гідроксид натрію, в результаті виходить нейтральний розчин. Продукти реакції не мають характеристик ні кислоти, ні основи. Збалансоване молекулярне рівняння:

\[\ce{HCl} \left( aq \right) + \ce{NaOH} \left( aq \right) \rightarrow \ce{NaCl} \left( aq \right) + \ce{H_2O} \left( l \right)\nonumber \]

Хімічні реакції, що відбуваються у водному розчині, більш точно представлені чистим іонним рівнянням. Повне іонне рівняння нейтралізації соляної кислоти гідроксидом натрію записується наступним чином:

\[\ce{H^+} \left( aq \right) + \ce{Cl^-} \left( aq \right) + \ce{Na^+} \left( aq \right) + \ce{OH^-} \left( aq \right) \rightarrow \ce{Na^+} \left( aq \right) + \ce{Cl^-} \left( aq \right) + \ce{H_2O} \left( l \right)\nonumber \]

Оскільки кислота і основа обидва сильні, вони повністю іонізовані і так пишуться як іони, як і\(\ce{NaCl}\) утворюється як продукт. Іони натрію та хлориду є глядацькими іонами в реакції, залишаючи наступне як чиста іонна реакція.

\[\ce{H^+} \left( aq \right) + \ce{OH^-} \left( aq \right) \rightarrow \ce{H_2O} \left( l \right)\nonumber \]

Всі реакції нейтралізації сильної кислоти з міцною основою спрощують до чистої іонної реакції іона водню, що поєднується з гідроксид-іоном з отриманням води.

Що робити, якщо кислота - це дипротова кислота, така як сірчана кислота? Збалансоване молекулярне рівняння тепер включає співвідношення 1:2 між кислотою та основою.

\[\ce{H_2SO_4} \left( aq \right) + 2 \ce{NaOH} \left( aq \right) \rightarrow \ce{Na_2SO_4} \left( aq \right) + \ce{H_2O} \left( l \right)\nonumber \]

Для того щоб реакція була повною нейтралізацією, вдвічі більше родимок\(\ce{NaOH}\) має вступити в реакцію з\(\ce{H_2SO_4}\). Сіль сульфату натрію розчинна, і тому чиста іонна реакція знову така ж. Різні співвідношення молів трапляються для інших поліпротових кислот або підстав з декількома гідроксидами, такими як\(\ce{Ca(OH)_2}\).

Реакції, що включають слабку кислоту або слабку основу

Реакції, коли хоча б один із компонентів слабкий, зазвичай не призводять до нейтрального розчину. Реакція між слабкою азотною кислотою і сильним гідроксидом калію показана нижче.

\[\ce{HNO_2} \left( aq \right) + \ce{KOH} \left( aq \right) \rightarrow \ce{KNO_2} \left( aq \right) + \ce{H_2O} \left( l \right)\nonumber \]

Для того, щоб написати чисте іонне рівняння, слабку кислоту потрібно записати як молекулу, оскільки вона значною мірою не іонізується у воді. Основа і сіль повністю дисоціюються.

\[\ce{HNO_2} \left( aq \right) + \ce{K^+} \left( aq \right) + \ce{OH^-} \left( aq \right) \rightarrow \ce{K^+} \left( aq \right) + \ce{NO_2^-} \left( aq \right) + \ce{H_2O} \left( l \right)\nonumber \]

Єдиним глядацьким іоном є іон калію, в результаті чого виходить чисте іонне рівняння:

\[\ce{HNO_2} \left( aq \right) + \ce{OH^-} \left( aq \right) \rightarrow \ce{NO_2^-} \left( aq \right) + \ce{H_2O} \left( l \right)\nonumber \]

Сильний гідроксид-іон по суті «змушує» слабку азотну кислоту іонізуватися. Іон водню з кислоти поєднується з іоном гідроксиду, утворюючи воду, залишаючи іон нітриту як інший продукт. Отриманий розчин не нейтральний (pH\(= 7\)), а замість нього трохи основний.

Реакції також можуть включати слабку основу і сильну кислоту, в результаті чого виходить розчин, який є слабокислим. Молекулярні та чисті іонні рівняння для реакції соляної кислоти та аміаку наведені нижче.

\[\begin{align*} &\ce{HCl} \left( aq \right) + \ce{NH_3} \left( aq \right) \rightarrow \ce{NH_4Cl} \left( aq \right) \\ &\ce{H^+} \left( aq \right) + \ce{NH_3} \left( aq \right) \rightarrow \ce{NH_4^+} \left( aq \right) \: \: \: \: \: \: \: \: \: \: \left( \ce{Cl^-} \: \text{is a spectator ion} \right) \end{align*}\nonumber \]

Реакції між кислотами та основами, які є слабкими, можуть призвести до розчинів, які є нейтральними, кислими або основними.

Резюме

Реакція нейтралізації - це реакція, при якій кислота і основа реагують у водному розчині з отриманням солі і води.
Наведено рівняння кислотно-лужних нейтралізацій.
Наведено чисті іонні рівняння для реакцій нейтралізації.