Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

4.3: Типи хімічних реакцій - одиночні та подвійні реакції заміщення

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    22595

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

    Цілі навчання
    • Розпізнайте хімічні реакції як реакції однозаміщення та реакції подвійного заміщення.
    • Використовуйте періодичну таблицю, ряд активності або правила розчинності, щоб передбачити, чи будуть відбуватися реакції однозаміщення або реакції подвійної заміни.

    До сих пір ми представляли хімічні реакції як тему, але ми не обговорювали, як можна передбачити продукти хімічної реакції. Тут ми почнемо наше вивчення певних видів хімічних реакцій, які дозволяють передбачити, якими будуть продукти реакції.

    Реакція однозаміщення - це хімічна реакція, при якій один елемент замінюється іншим елементом в з'єднанні, утворюючи новий елемент і нове з'єднання як продукти. Представлено нижче:

    \[\ce{2HCl(aq) + Zn(s) → ZnCl2(aq) + H2(g)}\nonumber \]

    є прикладом реакції одноразової заміни. Атоми водню в\(\ce{HCl}\) замінюються\(\ce{Zn}\) атомами, і в процесі утворюється новий елемент - водень. Ще одним прикладом реакції однозаміщення є

    \[\ce{2NaCl(aq) + F2(g) → 2NaF(s) + Cl2(g)}\nonumber \]

    Тут негативно заряджений іон змінюється з хлориду на фтор. Типовою характеристикою реакції однозаміщення є те, що в якості реагенту є один елемент, а інший елемент - як продукт.

    Не всі запропоновані реакції однозаміщення відбуватимуться між двома заданими реагентами. Це найлегше продемонструвати за допомогою фтору, хлору, брому та йоду. У сукупності ці елементи називаються галогенами і знаходяться в найближчій до останньої колонці таблиці Менделєєва (рис.\(\PageIndex{1}\)). Елементи зверху колонки замінять елементи під ними на таблиці Менделєєва, але не навпаки. Таким чином, реакція представлена

    \[\ce{CaI2(s) + Cl2(g) → CaCl2(s) + I2(s)}\nonumber \]

    відбудеться; але реакція

    \[\ce{CaF2(s) + Br2(ℓ) → CaBr2(s) + F2(g)}\nonumber \]

    не буде, тому що бром нижче фтору по таблиці Менделєєва. Це лише один з багатьох способів, як таблиця Менделєєва допомагає нам розібратися в хімії.

    Показана повністю порожня таблиця Менделєєва, але галогени включені.
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Галогени за періодичною таблицею. Галогени - це елементи в найближчій до останньої колонці таблиці Менделєєва.
    Приклад\(\PageIndex{1}\)

    Чи відбудеться реакція одноразової заміни? Якщо так, визначте продукти.

    1. MgCl 2 + I 2 →?
    2. КаБР 2 + Ф 2 →?
    Рішення
    1. Оскільки йод нижче хлору в таблиці Менделєєва, реакція одноразового заміщення не відбудеться.
    2. Оскільки фтор знаходиться вище брому по таблиці Менделєєва, відбудеться реакція одноразового заміщення, а продуктами реакції будуть CaF 2 і Br 2.
    Вправа\(\PageIndex{1}\)

    Чи відбудеться реакція одноразової заміни? Якщо так, визначте продукти.

    \[\ce{FeI2 + Cl2 → }\nonumber \]

    Відповідь

    Так; FeCl 2 і I 2

    Тенденції хімічної реакції легко передбачити при заміні аніонів у простих іонних сполуках - просто використовуйте їх відносні положення в періодичній таблиці. Однак при заміні катіонів тенденції не такі прямолінійні. Частково це пов'язано з тим, що існує так багато елементів, які можуть утворювати катіони; елемент в одному стовпці таблиці Менделєєва може замінити інший елемент поблизу, а може і ні. Список, який називається серією активності, робить те саме, що і періодична таблиця для галогенів: він перераховує елементи, які замінять елементи під ними в реакціях одноразової заміни. Проста серія діяльності показана нижче.

    Серія активності для заміщення катіонів в реакціях однозаміщення
    • Лі
    • К
    • Ба
    • Sr
    • Ca
    • Na
    • Мг
    • Аль
    • Мн
    • Zn
    • Cr
    • Fe
    • Ni
    • Сн
    • Пб
    • Н 2
    • Cu
    • Hg
    • Ag
    • Pd
    • Пт
    • Au

    Використання рядів активності аналогічно використанню положень галогенів на таблиці Менделєєва. Елемент зверху замінить елемент під ним в з'єднаннях, що проходять реакцію одноразового заміщення. Елементи не замінять елементи над ними в з'єднаннях.

    Приклад\(\PageIndex{2}\)

    Використовуйте ряди активності, щоб передбачити продукти, якщо такі є, кожного рівняння.

    1. FeCl 2 + Zn →?
    2. HNO 3+ Ау →?
    Рішення
    1. Оскільки цинк вище заліза в ряді активності, він замінить залізо в сполуці. Продуктами цієї реакції однозаміщення є ZnCl 2 і Fe.
    2. Золото нижче водню в ряді активності. Таким чином, він не замінить водень у сполуці з нітратним іоном. Ніякої реакції не передбачається.
    Вправа\(\PageIndex{2}\)

    Використовуйте ряд активності, щоб передбачити продукти, якщо такі є, цього рівняння.

    \[\ce{AlPO4 + Mg → }\nonumber \]

    Відповідь

    Мг 3 (РО 4) 2 і Ал

    Реакція подвійного заміщення виникає при обміні частин двох іонних сполук, утворюючи два нових сполуки. Характеристика рівняння подвійної заміни полягає в тому, що є дві сполуки як реагенти і дві різні сполуки як продукти. Прикладом є

    \[\ce{CuCl2(aq) + 2AgNO3(aq) → Cu(NO3)2(aq) + 2AgCl(s)}\nonumber \]

    Існує два еквівалентні способи розгляду рівняння подвійної заміни: або катіони міняються місцями, або аніони міняються місцями. (Ви не можете поміняти обидва; ви б в кінцевому підсумку з тими ж речовинами, з якими ви почали.) Будь-яка перспектива повинна дозволити вам передбачити належні продукти, якщо ви поєднуєте катіон з аніоном, а не катіон з катіоном або аніон з аніоном.

    Приклад\(\PageIndex{3}\)

    Прогнозуйте добуток цього рівняння подвійної заміни:

    \[\ce{BaCl2 + Na2SO4 → }\nonumber \]

    Рішення

    Думаючи про реакцію як про перемикання катіонів або перемикання аніонів, ми очікуємо, що продукти будуть BasO 4 та NaCl.

    Вправа\(\PageIndex{3}\)

    Прогнозуйте добуток цього рівняння подвійної заміни:

    \[\ce{KBr + AgNO3 → }\nonumber \]

    Відповідь

    КНО 3 і Габр

    Передбачити, чи відбудеться реакція подвійного заміщення, дещо складніше, ніж передбачити реакцію одноразової заміни. Однак існує один тип реакції подвійного заміщення, який ми можемо передбачити: реакція опадів. Реакція опадів відбувається, коли дві іонні сполуки розчиняються у воді і утворюють нову іонну сполуку, яка не розчиняється; ця нова сполука випадає з розчину у вигляді твердого осаду. Освіта твердого осаду є рушійною силою, яка змушує реакцію протікати.

    Щоб судити про те, чи будуть відбуватися реакції подвійного заміщення, нам потрібно знати, які види іонних сполук утворюють опади. Для цього ми використовуємо правила розчинності, які є загальними твердженнями, які передбачають, які іонні сполуки розчиняються (розчинні), а які ні (не розчинні або нерозчинні). У таблиці\(\PageIndex{1}\) наведено деякі загальні правила розчинності. Ми повинні розглянути кожну іонну сполуку (як реагенти, так і можливі продукти) з урахуванням правил розчинності. Якщо сполука розчинна, ми використовуємо з ним мітку (aq), вказуючи, що вона розчиняється. Якщо з'єднання не розчиняється, ми використовуємо етикетку (и) з ним і припускаємо, що вона випаде в осад з розчину. Якщо все розчинно, то ніякої реакції чекати не буде.

    Таблиця\(\PageIndex{1}\): Деякі корисні правила розчинності (розчинний)
    Ці сполуки зазвичай розчиняються у воді (розчинні): Винятки:
    Усі сполуки Li +, Na +, K +, Rb +, Cs + та NH 4 + Жоден
    Всі сполуки NO 3 − і C 2 H 3 O 2 − Жоден
    Сполуки Cl −, Br −, I − Аг +, Хг 2 2 +, Рб 2 +
    Сполуки SO 4 2 Хг 2 2 +, Пб 2 +, Ср 2 +, Ба 2 +
    Таблиця\(\PageIndex{2}\): Деякі корисні правила розчинності (нерозчинні)
    Ці сполуки, як правило, не розчиняються у воді (нерозчинні): Винятки:
    Сполуки CO 3 2 − і PO 4 3 − Сполуки Li +, Na +, K +, Rb +, Cs + та NH 4 +
    Сполуки OH − Сполуки Li +, Na +, K +, Rb +, Cs +, NH 4 +, Sr 2 +, і Ба 2 +

    Для прикладу розглянемо можливу реакцію подвійного заміщення між Na 2 SO 4 і SrCl 2. Правила розчинності говорять про те, що всі іонні сполуки натрію розчинні, а всі іонні хлоридні сполуки розчинні, за винятком Ag +, Hg 2 2 + та Pb 2 +, які тут не розглядаються. Тому Na 2 SO 4 і SrCl 2 обидва розчинні. Можливими продуктами реакції подвійного заміщення є NaCl і SrSO 4. Чи розчинні вони? NaCl є (за тим же правилом, яке ми щойно цитували), але як щодо SrSO 4? Сполуки сульфат-іона, як правило, розчинні, але Sr 2 + є винятком: ми очікуємо, що він буде нерозчинним - осад. Тому ми очікуємо, що відбудеться реакція, і збалансоване хімічне рівняння буде:

    \[\ce{Na2SO4(aq) + SrCl2(aq) → 2NaCl(aq) + SrSO4(s)}\nonumber \]

    Ви очікуєте побачити візуальну зміну, що відповідає SrSO 4, що випадає з розчину (рис.\(\PageIndex{2}\)).

    Синій розчин знаходиться в скляній склянці. На дні склянки утворюється білий осад.
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Реакції подвійної заміни. Деякі реакції подвійного заміщення очевидні, оскільки ви можете побачити твердий осад, що виходить з розчину. Джерело: Фото люб'язно надано Choij, http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Copper_solution.jpg(opens в новому вікні).
    Приклад\(\PageIndex{4}\)

    Чи відбудеться реакція подвійної заміни? Якщо так, визначте продукти.

    1. Са (НІ 3) 2 + кБр →?
    2. NaOH + ЕЦЛ 2 →?
    Рішення
    1. Згідно з правилами розчинності розчинні як Ca (NO 3) 2, так і KBr. Тепер ми розглянемо, якими будуть продукти подвійної заміни шляхом перемикання катіонів (або аніонів), а саме CaBr 2 та KNO 3. Однак правила розчинності передбачають, що ці дві речовини також будуть розчинними, тому осад не утворюється. Таким чином, ми не прогнозуємо ніякої реакції в даному випадку.
    2. Згідно з правилами розчинності, як NaOH, так і FeCl 2, як очікується, будуть розчинними. Якщо припустити, що може статися реакція подвійної заміни, потрібно розглянути можливі продукти, якими були б NaCl і Fe (OH) 2. NaCl розчинний, але, згідно з правилами розчинності, Fe (OH) 2 немає. Тому відбудеться реакція, і Fe (OH) 2 (s) випаде в осад з розчину. Збалансоване хімічне рівняння\[\ce{2NaOH(aq) + FeCl2(aq) → 2NaCl(aq) + Fe(OH)2(s)}\nonumber \]
    Вправа\(\PageIndex{4}\)

    \[\ce{Sr(NO3)2 + KCl → }\nonumber \]

    Відповідь

    Відсутність реакції; всі можливі продукти розчинні.

    Ключові виноси

    • Реакція одноразової заміни замінює один елемент на інший в з'єднанні.
    • Періодична таблиця або ряд активності можуть допомогти передбачити, чи відбуваються реакції одноразового заміщення.
    • Реакція подвійного заміщення обмінює катіони (або аніони) двох іонних сполук.
    • Реакція опадів - це реакція подвійного заміщення, при якій один продукт являє собою твердий осад.
    • Правила розчинності використовуються для прогнозування того, чи будуть відбуватися деякі реакції подвійного заміщення.