Абитуриенту

Виртуальный репетитор: обменные реакции

Шведский химик Сванте Аррениус был первым, кто со всей определенностью доказал: многие вещества в растворе распадаются на ионы. Ионы, которые получаются в растворе, находятся в непрерывном движении, и если они встретятся с теми из своих собратьев по раствору, с которыми могут образовывать нечто новое - осадок труднорастворимого вещества, газообразный продукт или воду, они тут же это делают. Клод Бертолле

Химики говорят, что при смешивании растворов двух солей (а также оснований или кислот), ионы которых способны образовать осадок, газ или воду, происходят реакции двойного обмена. В результате будут получаться совершенно новые продукты. Французский химик Клод Бертолле сформулировал правило, согласно которому такие реакции идут необратимо (до конца). И это правило было названо его именем (правило Бертолле).

Приведем примеры реакций двойного обмена.

Если в результате обменных "манипуляций" с ионами не выделяются ни осадок, ни газообразное вещество, ни вода, ни слабая кислота, реакции обмена обратимы и не идут до конца. Это значит, что обмен "не окончательный", и в растворах получаются смеси солей, например нитрата натрия NaNO₃, нитрата калия KNO₃ , хлорида натрия NaCl и хлорида калия KCl:

NaNO₃ + KCl <<здесь знак обратимости>> KNO₃ + NaCl

Na⁺ + NO₃^-- + K⁺ + Cl^-- <<здесь знак обратимости>> K⁺ + NO₃^-- + Na⁺ + Cl^--

А качестве примера реакции обмена, в которой выделяется газообразный продукт, рассмотрим разложение хлороводородной кислотой HCl хорошо растворимого сульфита натрия Na₂SO₃:

Na₂SO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂O + SO₂(г)

2Na⁺ + SO₃^2-- + 2H⁺ + 2Cl^-- = 2Na⁺ + 2Cl^-- + H₂O + SO₂(г),

или в сокращенной форме:

SO₃^2-- + 2H⁺ = H₂O + SO₂(г)

В результате этой реакции получается сернистый газ - диоксид серы SO₂, а вместо сульфита натрия Na₂SO₃ в растворе оказывается хлорид натрия NaCl. После окончания реакции можно будет выпарить раствор и выделить кристаллы NaCl. Такая обменная реакция будет идти до конца.

При нейтрализации кислоты основанием получаются соль и вода, и реакция обмена тоже идет до конца. Такое происходит не только с растворимыми сильными основаниями (щелочами) и сильными кислотами, но также со слабыми и малорастворимыми. Например, малорастворимый гидроксид меди Cu(OH)₂ реагирует с серной кислотой H₂SO₄ с выделением воды. Одновременно в растворе появляются катионы меди Cu²⁺:

Cu(OH)₂ + H₂SO₄ = Cu²⁺ + H₂O

Cu(OH)₂ + 2H⁺ + SO₄^2-- = Cu²⁺ + SO₄^2-- + 2H₂O,

или в сокращенной форме:

Cu(OH)₂ + 2H⁺ = Cu²⁺ + 2H₂O

А малорастворимая в воде и слабая ортокремниевая кислота H₄SiO₄ взаимодействует со щелочью - гидроксидом натрия NaOH, превращаясь в соль ортосиликат натрия Na₄SiO₄ и воду:

H₄SiO₄ + 4NaOH = Na₄SiO₄ + 4H₂O

H₄SiO₄ + 4Na⁺ + 4OH^--= 4Na⁺ + SiO₄^4-- + 4H₂O,

или в сокращенной форме:

H₄SiO₄ + 4OH^-- = SiO₄^4-- + 4H₂O

Но самое удивительное, что и соли могут в обменных реакциях вести себя как кислоты или основания. Правда, для этого они должны быть не "простыми" (средними), а кислыми или основными. Хороший пример - реакция между гидрокарбонатом кальция Ca(HCO₃)₂, хорошо растворимым в воде, и гидроксидом натрия NaOH:

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

Ca²⁺ + 2HCO₃ + 2Na⁺ + 2OH^-- = CaCO₃(т) + 2Na⁺ + CO₃^2-- + 2H₂O,

или в сокращенной форме:

Ca²⁺ + 2HCO₃^-- + 2OH^-- = CaCO₃(т) + CO₃^2-- + 2H₂O

Не правда ли, забавная получается реакция нейтрализации, где "кислый" анион HCO₃^-- соединяется со щелочным анионом OH^-- и получается "некислый" анион CO₃^2-- и вода! Карбонат-анион CO₃^2-- наполовину уходит в осадок карбоната кальция CaCO₃, а остальное его количество остается в растворе.

Соль хлорид натрия NaCl при взаимодействии с другой солью - нитратом серебра AgNO₃ в водном растворе обменивается анионами и выделяет малорастворимый осадок -- хлорид серебра AgCl:

NaCl + AgNO₃ = AgCl(т) + NaNO₃

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

Эта реакция обмена тоже идет до конца - выпадает осадок. Если осадок отфильтровать от раствора, а раствор выпарить, можно будет получить и второй продукт двойного обмена - соль нитрат натрия NaNO₃.

Когда при реакциях двойного обмена выпадает осадок? Чтобы ответить на этот вопрос, пользуются таблицей растворимости. Там указано, какие анионы с данными катионами дают осадки, а какие соли хорошо растворимы.

Чтобы найти по этой таблице нужное вещество, смотрят на место пересечения строчки, в которой записан катион, и столбца, где находится анион. А потом решают, будет ли выпадать осадок. Пользуясь таблицей растворимости, можно проверить, правильно ли мы записали все предыдущие реакции.

Чтобы все, сказанное здесь, хорошо улеглось в памяти, выучим запоминалку насчет обменных реакций.

Виртуальный репетитор||

АБИТУРА: содержание