Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

4.4: Іонні рівняння - уважний погляд

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    22604

    • 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
    • Напишіть іонні рівняння для хімічних реакцій між іонними сполуками.
    • Напишіть чисті іонні рівняння для хімічних реакцій між іонними сполуками.

    Для реакцій з однією заміною та подвійною заміною багато реакцій включали іонні сполуки - сполуки між металами та неметалами або сполуки, що містять впізнавані багатоатомні іони. Тепер ми детальніше розглянемо реакції, що включають іонні сполуки.

    Один важливий аспект щодо іонних сполук, який відрізняється від молекулярних сполук, пов'язаний з розчиненням у рідині, наприклад, воді. Коли молекулярні сполуки, такі як цукор, розчиняються у воді, окремі молекули відходять один від одного. Коли іонні сполуки розчиняються, іони фізично відокремлюються один від одного. Ми можемо використовувати хімічне рівняння для представлення цього процесу, наприклад, з NaCl:

    \[\ce{ NaCl(s) ->[\ce{H2O}] Na^{+}(aq) + Cl^{-}(aq)}\nonumber \]

    Коли NaCl розчиняється у воді, іони відокремлюються і йдуть своїм шляхом у розчині; іони тепер записуються з відповідними зарядами, а мітка фази (aq) підкреслює, що вони розчинені (рис.\(\PageIndex{1}\)). Цей процес називається дисоціацією; ми говоримо, що іони дисоціюють.

    Сині та зелені кульки разом знаходяться внизу. Зелені кульки спливають з червоними та білими маленькими кульками.
    Малюнок\(\PageIndex{1}\) Іонні розчини. Коли іонна сполука дисоціює у воді, молекули води оточують кожен іон і відокремлюють його від решти твердого тіла. Кожен іон йде своїм шляхом в розчині.

    Всі іонні сполуки, які розчиняються, поводяться саме так. Таку поведінку вперше запропонував шведський хімік Сванте Август Арреніус [1859—1927] в рамках його кандидатської дисертації в 1884 році. Цікаво, що його екзаменаційна команда PhD важко повірити, що іонні сполуки будуть вести себе так, тому вони дали Arrhenius ледь прохідний бал. Пізніше ця робота була процитована, коли Арреній був удостоєний Нобелівської премії з хімії. Майте на увазі, що коли іони відокремлюються, всі іони відокремлюються. Таким чином, коли CaCl 2 розчиняється, один іон Ca 2 + та два іони Cl − відокремлюються один від одного:

    \[CaCl_{2}(s)\overset{H_{2}O}{\rightarrow}Ca^{2+}(aq)+Cl^{-}(aq)+Cl^{-}(aq)\nonumber \]

    \[CaCl_{2}(s)\overset{H_{2}O}{\rightarrow}Ca^{2+}(aq)+2Cl^{-}(aq)\nonumber \]

    Тобто два іони хлориду відходять самостійно. Вони не залишаються як Cl 2 (це був би елементарний хлор; це хлоридні іони), і вони не злипаються, щоб зробити Cl 2 − або Cl 2 2 −. Вони самі по собі стають дисоційованими іонами. Багатоатомні іони також зберігають свою загальну ідентичність при їх розчиненні.

    Приклад\(\PageIndex{1}\)

    Напишіть хімічне рівняння, яке представляє дисоціацію кожної іонної сполуки.

    1. Кбр
    2. Na 2 СО 4
    Рішення
    1. кБр (и) → К + (ак) + Br − (aq)
    2. Два іони натрію не тільки йдуть своїм шляхом, але сульфат-іон залишається разом як сульфат-іон. Рівняння розчинення є Na 2 SO 4 (s) → 2Na + (aq) + SO 4 2 − (aq)
    Вправа\(\PageIndex{1}\)

    Напишіть хімічне рівняння, яке представляє дисоціацію (NH 4) 2 S.

    Відповідь

    (Н 4) 2 S (и) → 2Н 4 + (ак) + S 2− (ак)

    Коли хімічні речовини в розчині реагують, правильний спосіб написання хімічних формул розчинених іонних сполук полягає в дисоційованих іонів, а не повної іонної формули. Повне іонне рівняння - це хімічне рівняння, в якому розчинені іонні сполуки записуються як відокремлені іони. Правила розчинності дуже корисні при визначенні того, які іонні сполуки розчиняються, а які ні. Наприклад, коли NaCl (aq) реагує з AgNO 3 (aq) в реакції подвійного заміщення, щоб осаджувати AgCl (s) і утворювати NaCl 3 (aq), повне іонне рівняння включає NaCl, AgNO 3 та NaNO 3, записані як роздільні іони:

    \[\ce{Na^{+}(aq) + Cl^{−}(aq) + Ag^{+}(aq) + NO3^{−}(aq) → AgCl(s) + Na^{+}(aq) + NO3^{−}(aq)}\nonumber \]

    Це більше представник того, що відбувається в розчині.

    Приклад\(\PageIndex{1}\)

    Напишіть повне іонне рівняння для кожної хімічної реакції.

    1. кБр (ак) + АГК 2 Н 3 О 2 (ак) → КС 2 Н 3 О 2 (ак) + АгБр (и)
    2. МГСО 4 (ак) + Ба (НІ 3) 2 (ак) → Мг (NO 3) 2 (aq) + BasO 4 (s)
    Рішення

    Для будь-якого іонного з'єднання, яке є водним, ми запишемо сполуку як відокремлені іони.

    1. Повне іонне рівняння є K + (aq) + Br − (aq) + Ag + (aq) + C 2 H 3 O 2 − (aq) → K + (aq) + С 2 Н 3 О 2 − (ак) + аГБр (и)
    2. Повне іонне рівняння є Mg 2 + (aq) + SO 4 2 − (aq) + Ba 2 + (aq) + 2NO 3 − (ак) → Мг 2 + (ак) + 2НО 3 − (ак) + БаСО 4 (с)
    Вправа\(\PageIndex{1}\)

    Напишіть повне іонне рівняння для

    \[\ce{CaCl2(aq) + Pb(NO3)2(aq) → Ca(NO3)2(aq) + PbCl2(s)}\nonumber \]

    Відповідь

    Са 2 + (ак) + 2Сл − (ак) + Пб 2 + (ак) + 2НО 3 − (ак) → Са 2 + (ак) + 2NO 3 − (aq) + ПБКл 2 (и)

    Ви можете помітити, що в повному іонному рівнянні деякі іони не змінюють свою хімічну форму; вони залишаються точно такими ж на стороні реагенту та продукту рівняння. Наприклад, в

    Na + (aq) + Cl − (aq) + Аг + (ак) + НІ 3 − (aq) → AgCl (и) + Na + (aq) + НІ 3 − (aq)

    іони Ag + (aq) та Cl − (aq) стають AgCl (s), але іони Na + (aq) та іони No 3 − (aq) залишаються як іони Na + (aq) та NO 3 − (aq) іони. Ці два іони є прикладами глядацьких іонів - іонів, які нічого не роблять у загальному перебігу хімічної реакції. Вони присутні, але в загальній хімії вони не беруть участі. Загальноприйнято скасовувати іони глядачів (щось також зроблено з алгебраїчними величинами) на протилежних сторонях хімічного рівняння:

    \[\cancel{Na^{+}(aq)}+Cl^{-}(aq)+Ag^{+}(aq)+\cancel{NO_{3}^{-}}(aq)\rightarrow AgCl(s)+\cancel{Na}^{+}(aq)+\cancel{NO}_{3}^{-}(aq)\nonumber \]

    Те, що залишається при видаленні глядацьких іонів, називається чистим іонним рівнянням, яке представляє фактичну хімічну зміну, що відбувається між іонними сполуками:

    Cl − (ак) + Аг + (ак) → AgCl (и)

    Важливо повторити, що іони глядачів все ще присутні в розчині, але вони не відчувають жодних чистих хімічних змін, тому вони не записані в чистому іонному рівнянні.

    Приклад\(\PageIndex{1}\)

    Напишіть чисте іонне рівняння для кожної хімічної реакції.

    1. К + (ак) + Br − (ак) + Аг + (ак) + С 2 Н 3 О 2 − (ак) → К + (ак) + С 2 Н 3 О 2 − (ак) + аГБр (и)
    2. Мг 2 + (ак) + СО 4 2 − (ак) + Ба 2 + (ак) + 2NO 3 − (aq) → Мг 2 + (ак) + 2NO 3 − (ак) + БаСо 4 (и)
    Рішення
    1. У першому рівнянні іони K + (aq) та C 2 H 3 O 2 − (aq) є глядацькими іонами, тому вони скасовуються:

    \[\cancel{K^{+}(aq)}+Br^{-}(aq)+Ag^{+}(aq)+\cancel{C_{2}H_{3}O_{2}^{-}(aq)}\rightarrow K^{+}(aq)+\cancel{C_{2}H_{3}O_{2}^{-}(aq)}+AgBr(s)\nonumber \]

    Чисте іонне рівняння

    Br − (aq) + Аг + (ак) → АгБр (и)

    1. У другому рівнянні іони Mg 2 + (aq) та NO 3 − (aq) є глядацькими іонами, тому вони скасовуються:

    \[\cancel{Mg^{2+}(aq)}+SO_{4}^{2-}(aq)+Ba^{2+}(aq)+\cancel{2NO_{3}^{-}(aq)}\rightarrow Mg^{2+}(aq)+\cancel{2NO_{3}^{-}(aq)}+BaSo_{4}(s)\nonumber \]

    Чисте іонне рівняння

    СО 4 2 − (ак) + Ба 2 + (ак) → БаСо 4 (и)

    Вправа\(\PageIndex{1}\)

    Напишіть чисте іонне рівняння для

    CaCl 2 (ак) + Пб (НІ 3) 2 (ак) → Са (НІ 3) 2 (ак) + ПБКл 2 (и)

    Відповідь

    Пб 2 + (ак) + 2Сл − (ак) → ПБКл 2 (и)

    Хімія всюди: розчинні та нерозчинні іонні сполуки

    Поняття розчинності проти нерозчинності в іонних сполуках є питанням ступеня. Деякі іонні сполуки дуже розчинні, деякі лише помірно розчинні, а деякі розчинні настільки мало, що вважаються нерозчинними. Для більшості іонних сполук також існує межа кількості сполуки, яка може бути розчинена в пробі води. Наприклад, можна розчинити максимум 36,0 г NaCl в 100 г води кімнатної температури, але можна розчинити тільки 0,00019 г AgCl в 100 г води. Ми вважаємо\(\ce{NaCl}\) розчинними, але\(\ce{AgCl}\) нерозчинними.

    Одне місце, де розчинність важлива, є водонагрівач резервуарного типу, який зустрічається у багатьох будинках у Сполучених Штатах. Побутова вода часто містить невеликі кількості розчинених іонних сполук, включаючи карбонат кальцію (CaCo 3). Однак CaCo 3 має відносно незвичайну властивість бути менш розчинним у гарячій воді, ніж у холодній воді. Так як водонагрівач працює за рахунок нагрівання води, СаСО 3 може випасти в осад, якщо її достатньо у воді. Цей осад, званий вапняним нальотом, також може містити сполуки магнію, гідрокарбонатні сполуки та фосфатні сполуки. Проблема полягає в тому, що занадто багато вапняного нальоту може перешкоджати функціонуванню водонагрівача, вимагаючи більше енергії для нагрівання води до певної температури або навіть блокування водопровідних труб у водонагрівачі або з нього, викликаючи дисфункцію.

    Бак водонагрівача.
    Малюнок\(\PageIndex{2}\) Бак водонагрівача © Thinkstock. Більшість будинків у Сполучених Штатах мають водонагрівач типу бака, як цей.

    Іншим місцем, де розчинність проти нерозчинності є проблемою, є Великий Каньйон. Зазвичай ми вважаємо скелю нерозчинною. Але це насправді коли-небудь так мало розчинний. Це означає, що протягом приблизно двох мільярдів років річка Колорадо вирізала скелю з поверхні, повільно розчиняючи її, врешті-решт породжуючи вражаючу серію ущелин і каньйонів. А все через розчинність!

    Розпис Великого каньйону.
    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Великий каньйон утворився водою, що протікає через скелю протягом мільярдів років, дуже повільно розчиняючи її. Зверніть увагу, що річка Колорадо все ще присутня в нижній частині фотографії. (Сонаал Бангера через сплеск)

    Ключові виноси

    • Іонні сполуки, які розчиняються, розділяються на окремі іони.
    • Повні іонні рівняння показують розчинені іонні тверді тіла як відокремлені іони.
    • Чисті іонні рівняння показують тільки іони та інші речовини, які змінюються в хімічній реакції.