October 9, 2023

🧪 Реакции ионного обмена 

А вот и та самая тема, которая ассоциируется у меня с некоторыми программами на телеканале Ю - "Обмен домами" и прочее.

Почему? Давай разбираться!

По своей сути реакции ионного обмена - это один из самых приятных типов реакций на ОГЭ. Для ее написания достаточно знать пару правил, а для уравнивания не нужны какие-либо специальные методы.

Начнем с определения:
Реакции ионного обмена - это реакции между сложными веществами, в ходе которых реагирующие вещества обмениваются заряженными частицами (ионами).

Пример для наглядности: NaCl + AgNO3 -> NaNO3 + AgCl
На данный момент по этому примеру определи кто и куда тут поменялся.

Ну а мы начинаем копать глубже и смотреть, почему именно так вещества друг с другом взаимодействуют.

И тут в первую очередь важно рассмотреть природу веществ, которые могут так обмениваться друг с другом своими составными частями. Посмотри еще раз на определение РИО, обрати внимание, что вещества обмениваются ИОНАМИ. То есть чтобы вещество могло вступать в реакции ИОННОГО обмена, оно должно состоять из ИОНОВ.

Кажется логичным)

Какие же соединения у нас состоят из ионов? Запомнить их можно легко по кодовому слову СОК. Расшифровка: Соли, основания и кислоты.

Как узнать перед собой основание?
- В соединении есть 1 или 2 OH группы. Из этого следует, что заряд металла, который также есть в основании, будет равен +1 или +2.
Не забываем, что есть исключения и, например, Be(OH)2 и Zn(OH)2 - это не основания, а амфотерные гидроксиды.

Как узнать перед собой кислоту?
- В соединении на первом месте стоит катион водорода, а далее кислотный остаток.
Примеры: HCl, HNO3, H3PO4

Как узнать перед собой соль?
- В соединении есть некий симбиоз между основанием и кислотой. От основания как бы взяли металл, а от кислоты - кислотный остаток. Поэтому соль - это соединение, состоящее из катиона металла и аниона кислотного остатка.
Примеры: AgCl, NaNO3, Al2(SO4)3

В результате: кислоты, соли и основания могут обмениваться друг с другом своими составными частями.

Также эти же вещества в растворе распадаются на ионы.
То есть, для примера, NaCl (поваренная соль, кстати) попала в раствор. Так как это соль, да еще и сильный электролит, она бах, и распалась на свои ионы Na+ и Cl- (заряды обязательно смотрим в таблице растворимости).

Картинка для примера и наглядности

Представим, что у нас в раствор попали уже 2 таких вещества, которые распались на свои составные части (на ионы). И теперь в растворе тусят заряженные частички. По всем правилам жизни и физики "+ притягивается к -", наши положительно заряженные ионы и отрицательно заряженные ионы будут притягиваться друг к другу (+ от одного вещества притянется к - из второго)

Вернемся к примеру из начала статьи:

NaCl + AgNO3 -> NaNO3 + AgCl

Что мы видим?
Катионы (положительно заряженные ионы) металлов просто поменялись друг с другом местами (притянулись к отрицательно заряженным ионам друг друга). Ну а если проще, то обменялись ионами.

Говоря по-простому:

Металлы (первые ионы, чаще первые элементы) просто поменялись друг с другом местами.

Иногда вместо металла может быть катион аммония NH4+, не стоит его пугаться, он берется и также меняется местами с металлами в полном своем составе.

Пример: NH4Cl + AgNO3 -> NH4NO3 + AgCl

ИТОГОВАЯ СХЕМА РИО:
AB + CD -> AD + CB

Как видите, все просто!

Но)))))

Нельзя просто взять любую кислоту, соль или основания, соединить их друг с другом и ТОЧНО реакция пойдет. Есть несколько важных условий:

1. Реагенты (вещества до стрелочки, вступающие в реакцию) должны быть растворимы.
* Тут есть исключения, касающиеся кислот, которые могут растворять нерастворимые гидроксиды и некоторые нерастворимые соли, но это уже тема ближе к неорганике.

На примерах:
NH4NO3 + NaOH - такие реагенты могут вступать в РИО, так как оба вещества растворимы

BaSO4 + NaNO3 - такие реагенты не могут вступать в РИО, так как BaSO4 - нерастворимое соединение.

Проверка растворимости обязательна и делается при помощи таблицы растворимости, в которые вы находите составные части (ионы) вещества и просто смотрите какая буква стоит на пересечении: если "Н", то перед вами нерастворимое соединение.

2.В продуктах реакции образуется газ, осадок, вода или другой слабый электролит.

Как распознать осадок?
Вы в продуктах ищете вещество, которое в таблице растворимости дает букву "Н". Из уже имеющихся сегодня примеров: NaCl + AgNO3 -> NaNO3 + AgCl - в данном уравнение реакции AgCl - это есть осадок.

Осадок выглядит как вещество, которое опадает вниз.
Пример на фото:

Как распознать газ?
Тут интереснее.

Само по себе вещество, которое может образоваться в таких реакциях и будет сразу являться газом - это H2S. То есть если видите его в продуктах реакции, то она идет и данное вещество - газ, который в РИО чаще всего просто выглядит, как пузырьки.

А вот остальные газы получаются в результате распада неустойчивых соединений. Для ОГЭ надо знать всего 3 таких неустойчивых вещества, которые распадаются на газ и воду:

На картинке сразу есть примеры.

Если вы, например, видите, что в результате обмена у вас образуется, например:
Na2CO3 + 2HCl -> 2NaCl + H2CO3, то вы H2CO3 никогда так не пишите! Это неустойчивое соединение, и мы сразу должны написать продукты его распада: CO2 и H2O.

Пример, как выглядят пузырьки газа в пробирке:

Пригодится для эксперимента!

Как распознать другие слабые электролиты?
К ним на ОГЭ мы отнесем слабые кислоты.
Например: HF, H3PO4. Другого не будет)

Сразу несколько примеров для наглядности:

- NaCl + KNO3 - реакция не идет. Не соблюдается условие по продуктам, и если вы распишите все же их, то вы увидите, что никаких осадков, газов и слабых электролитов в ней нет (NaNO3 и KCl - растворимые соли)

- BaCl2 + H2SO4 -> BaSO4 + 2HCl - реакция идет: реагенты растворимы, а в продуктах есть BaSO4 - осадок (нерастворимое соединение).

- HBr + Na2SO3 -> NaBr + SO2 + H2O - реакция идет: реагенты растворимы, а в продуктах реакции образуется неустойчивая кислота H2SO3, которая распадается на газ и воду.

Я умышленно до этого момента ни разу не показала пример РИО с образованием воды. Почему?

Да потому что такая Рио имеет свое отдельное название:

Реакция нейтрализации - это реакция ионного обмена между основанием и кислотой, протекающая с образованием соли и воды .

Пример: NaOH + HCl = NaCl + H2O

Резюмируем:

  • Чтобы написать реакцию ионного обмена нужно просто чаще всего поменять первые элементы-металлы местами. Исключение - это ион аммония, там мы берем первые два элемента, так как они составляют свою неделимую частичку NH4+
  • Перед таким обменом проверяем, растворимы ли вещества слева (реагенты)? Если да, то продолжаем писать уравнение реакции.
  • После обмена проверяем наличие осадка, газа или слабого электролита в продуктах реакции. Если что-то из этого есть, то реакция идет.

Небольшая вставочка в конце.
Как уравниваются РИО?

Как я и говорила в начале, РИО в этом плане легкие тем, что для их уравнивания не нужны специальные методы. Тут мы пользуемся просто методом подбора.

Например: Na2SO4 + BaCl2 -> NaCl + BaSO4

Что я вижу?
Слева у меня 2 атома натрия, а справа пока только один. Это значит, что мне нужно перед NaCl поставить коэффициент 2, чтобы и слева и справа все уравнялось!

Итог: Na2SO4 + BaCl2 -> 2NaCl + BaSO4

Какие бывают задания на данную тематику?

РИО в целом - это большинство реакций во вторй части на ОГЭ, так как сложные ОВР вы еще писать не можете и не должны на уровне 9 класса.

Поэтому Рио могут встретиться во всех заданиях на неорагнику, а также они проверяются непосредственно в №14 на ОГЭ.

Примеры типов №14:

Задание взято из открытого банка ФИПИ

Чаще всего №14 выглядит так:
Дано сокращенное ионное уравнение, вам нужно понять, какие вещества вступили в РИО, чтобы образовался вот такое вещество в результате.

Немного о сокращенном ионном уравнении:

Для того, чтобы решить такое задание №14 нужно просто выбрать растворимые вещества, которые могут вступать в РИО ( кодовое слово СОК).

Нам нужны вещества, в которых есть ионы из сокращенного ионного уравнения, то есть важно понять, что оба иона из задания пришли из двух разных веществ.

В случае задания из примера выше верным ответом будет KOH (из него как раз пришла группа ОН и это соединение растворимо) и AlBr3 (оттуда пришел алюминий и данная соль также растворима)

Итог: AlBr3 + 3KOH -> Al(OH)3 + 3KBr

Остальные примеры и еще больше таких мы рассмотрим в отдельном видео)