Свойства какого класса электролитов описаны этим ионными уравнениями

Достаточно часто школьникам и студентам приходится составлять т. н. ионные уравнения реакций. В частности, именно этой теме посвящена задача 31, предлагаемая на ЕГЭ по химии. В данной статье мы подробно обсудим алгоритм написания кратких и полных ионных уравнений, разберем много примеров разного уровня сложности.

Зачем нужны ионные уравнения

Напомню, что при растворении многих веществ в воде (и не только в воде!) происходит процесс диссоциации – вещества распадаются на ионы. Например, молекулы HCl в водной среде диссоциируют на катионы водорода (H+, точнее, H3O+) и анионы хлора (Cl-). Бромид натрия (NaBr) находится в водном растворе не в виде молекул, а в виде гидратированных ионов Na+ и Br- (кстати, в твердом бромиде натрия тоже присутствуют ионы).

Записывая “обычные” (молекулярные) уравнения, мы не учитываем, что в реакцию вступают не молекулы, а ионы. Вот, например, как выглядит уравнение реакции между соляной кислотой и гидроксидом натрия:

HCl + NaOH = NaCl + H2O. (1)

Разумеется, эта схема не совсем верно описывает процесс. Как мы уже сказали, в водном растворе практически нет молекул HCl, а есть ионы H+ и Cl-. Так же обстоят дела и с NaOH. Правильнее было бы записать следующее:

H+ + Cl- + Na+ + OH- = Na+ + Cl- + H2O. (2)

Это и есть полное ионное уравнение. Вместо “виртуальных” молекул мы видим частицы, которые реально присутствуют в растворе (катионы и анионы). Не будем пока останавливаться на вопросе, почему H2O мы записали в молекулярной форме. Чуть позже это будет объяснено. Как видите, нет ничего сложного: мы заменили молекулы ионами, которые образуются при их диссоциации.

Впрочем, даже полное ионное уравнение не является безупречным. Действительно, присмотритесь повнимательнее: и в левой, и в правой частях уравнения (2) присутствуют одинаковые частицы – катионы Na+ и анионы Cl-. В процессе реакции эти ионы не изменяются. Зачем тогда они вообще нужны? Уберем их и получим краткое ионное уравнение:

H+ + OH- = H2O. (3)

Как видите, все сводится к взаимодействию ионов H+ и OH- c образованием воды (реакция нейтрализации).

Все, полное и краткое ионные уравнения записаны. Если бы мы решали задачу 31 на ЕГЭ по химии, то получили бы за нее максимальную оценку – 2 балла.

Итак, еще раз о терминологии:

• HCl + NaOH = NaCl + H2O – молекулярное уравнение (“обычное” уравнения, схематично отражающее суть реакции);
• H+ + Cl- + Na+ + OH- = Na+ + Cl- + H2O – полное ионное уравнение (видны реальные частицы, находящиеся в растворе);
• H+ + OH- = H2O – краткое ионное уравнение (мы убрали весь “мусор” – частицы, которые не участвуют в процессе).

Алгоритм написания ионных уравнений

Пример 1. Составьте полное и краткое ионные уравнения, описывающие взаимодействие водных растворов хлорида бария и сульфата натрия.

Решение. Будем действовать в соответствии с предложенным алгоритмом. Составим сначала молекулярное уравнение. Хлорид бария и сульфат натрия – это две соли. Заглянем в раздел справочника “Свойства неорганических соединений”. Видим, что соли могут взаимодействовать друг с другом, если в ходе реакции образуется осадок. Проверим:

BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4↓ + 2NaCl.

Таблица растворимости подсказывает нам, что BaSO4 действительно не растворяется в воде (направленная вниз стрелка, напомню, символизирует, что данное вещество выпадает в осадок). Молекулярное уравнение готово, переходим к составлению полного ионного уравнения. Обе соли, присутствующие в левой части, записываем в ионной форме, а вот в правой части оставляем BaSO4 в “молекулярной форме” (о причинах этого – чуть позже!) Получаем следующее:

Ba2+ + 2Cl- + 2Na+ + SO42- = BaSO4↓ + 2Cl- + 2Na+.

Осталось избавиться от балласта: убираем ионы-наблюдатели. В данном случае в процессе не участвуют катионы Na+ и анионы Cl-. Стираем их и получаем краткое ионное уравнение:

Ba2+ + SO42- = BaSO4↓.

А теперь поговорим подробнее о каждом шаге нашего алгоритма и разберем еще несколько примеров.

Как составить молекулярное уравнение реакции

Должен сразу вас разочаровать. В этом пункте не будет однозначных рецептов. Действительно, вряд ли можно рассчитывать, что я смогу разобрать здесь ВСЕ возможные уравнения реакций, которые могут встретиться вам на ЕГЭ или ОГЭ по химии.

Ваш помощник – раздел “Свойства неорганических соединений”. Если вы хорошо знакомы с четырьмя базовыми классами неорганических веществ (оксиды, основания, кислоты, соли), если вам известны химические свойства этих классов и методы их получения, можете на 95% быть уверены в том, что у вас не будет проблем на экзамене с написанием молекулярных уравнений.

Оставшиеся 5% – это некоторые “специфические” реакции, которые мы не сможем перечислить. Не будем лить слез по поводу этих 5%, а вспомним лучше номенклатуру и химические свойства базовых классов неорганических веществ. Три задания для самостоятельной работы:

Упражнение 1. Напишите молекулярные формулы следующих веществ: оксид фосфора (V), нитрат цезия, сульфат хрома (III), бромоводородная кислота, карбонат аммония, гидроксид свинца (II), фосфат стронция, кремниевая кислота. Если при выполнении задания у вас возникнут проблемы, обратитесь к разделу справочника “Названия кислот и солей”.

Упражнение 2. Дополните уравнения следующих реакций:

1. KOH + H2SO4 =
2. H3PO4 + Na2O=
3. Ba(OH)2 + CO2=
4. NaOH + CuBr2=
5. K2S + Hg(NO3)2=
6. Zn + FeCl2=

Упражнение 3. Напишите молекулярные уравнения реакций (в водном растворе) между: а) карбонатом натрия и азотной кислотой, б) хлоридом никеля (II) и гидроксидом натрия, в) ортофосфорной кислотой и гидроксидом кальция, г) нитратом серебра и хлоридом калия, д) оксидом фосфора (V) и гидроксидом калия.

Искренне надеюсь, что у вас не возникло проблем с выполнением этих трех заданий. Если это не так, необходимо вернуться к теме “Химические свойства основных классов неорганических соединений”.

Как превратить молекулярное уравнение в полное ионное уравнение

Начинается самое интересное. Мы должны понять, какие вещества следует записывать в виде ионов, а какие – оставить в “молекулярной форме”. Придется запомнить следующее.

В виде ионов записывают:

Как видите, запомнить этот список совсем несложно: в него входят сильные кислоты и основания и все растворимые соли. Кстати, особо бдительным юным химикам, которых может возмутить тот факт, что сильные электролиты (нерастворимые соли) не вошли в этот перечень, могу сообщить следующее: НЕвключение нерастворимых солей в данный список вовсе не отвергает того, что они являются сильными электролитами.

Все остальные вещества должны присутствовать в ионных уравнениях в виде молекул. Тем требовательным читателям, которых не устраивает расплывчатый термин “все остальные вещества”, и которые, следуя примеру героя известного фильма, требуют “огласить полный список” даю следующую информацию.

В виде молекул записывают:

Уф-ф, кажется, я ничего не забыл! Хотя проще, по-моему, все же запомнить список N 1. Из принципиально важного в списке N 2 еще раз отмечу воду.

Давайте тренироваться!

Пример 2. Составьте полное ионное уравнение, описывающие взаимодействие гидроксида меди (II) и соляной кислоты.

Решение. Начнем, естественно, с молекулярного уравнения. Гидроксид меди (II) – нерастворимое основание. Все нерастворимые основания реагируют с сильными кислотами с образованием соли и воды:

Cu(OH)2 + 2HCl = CuCl2 + 2H2O.

А теперь выясняем, какие вещества записывать в виде ионов, а какие – в виде молекул. Нам помогут приведенные выше списки. Гидроксид меди (II) – нерастворимое основание (см. таблицу растворимости), слабый электролит. Нерастворимые основания записывают в молекулярной форме. HCl – сильная кислота, в растворе практически полностью диссоциирует на ионы. CuCl2 – растворимая соль. Записываем в ионной форме. Вода – только в виде молекул! Получаем полное ионное уравнение:

Сu(OH)2 + 2H+ + 2Cl- = Cu2++ 2Cl- + 2H2O.

Пример 3. Составьте полное ионное уравнение реакции диоксида углерода с водным раствором NaOH.

Решение. Диоксид углерода – типичный кислотный оксид, NaOH – щелочь. При взаимодействии кислотных оксидов с водными растворами щелочей образуются соль и вода. Составляем молекулярное уравнение реакции (не забывайте, кстати, о коэффициентах):

CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O.

CO2 – оксид, газообразное соединение; сохраняем молекулярную форму. NaOH – сильное основание (щелочь); записываем в виде ионов. Na2CO3 – растворимая соль; пишем в виде ионов. Вода – слабый электролит, практически не диссоциирует; оставляем в молекулярной форме. Получаем следующее:

СO2 + 2Na+ + 2OH- = Na2++ CO32- + H2O.

Пример 4. Сульфид натрия в водном растворе реагирует с хлоридом цинка с образованием осадка. Составьте полное ионное уравнение данной реакции.

Решение. Сульфид натрия и хлорид цинка – это соли. При взаимодействии этих солей выпадает осадок сульфида цинка:

Na2S + ZnCl2 = ZnS↓ + 2NaCl.

Я сразу запишу полное ионное уравнение, а вы самостоятельно проанализируете его:

2Na+ + S2- + Zn2+ + 2Cl- = ZnS↓ + 2Na+ + 2Cl-.

Предлагаю вам несколько заданий для самостоятельной работы и небольшой тест.

Упражнение 4. Составьте молекулярные и полные ионные уравнения следующих реакций:

1. NaOH + HNO3 =
2. H2SO4 + MgO =
3. Ca(NO3)2 + Na3PO4 =
4. CoBr2 + Ca(OH)2 =

Упражнение 5. Напишите полные ионные уравнения, описывающие взаимодействие: а) оксида азота (V) с водным раствором гидроксида бария, б) раствора гидроксида цезия с иодоводородной кислотой, в) водных растворов сульфата меди и сульфида калия, г) гидроксида кальция и водного раствора нитрата железа (III).

В следующей части статьи мы научимся составлять краткие ионные уравнения и разберем большое количество примеров. Кроме того, мы обсудим специфические особенности задания 31, которое вам предстоит решать на ЕГЭ по химии.

Продолжение статьи →