8 класс. 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

1. Составляем молекулярное уравнение реакции.
2. Все частицы, диссоциирующие в растворе в ощутимой степени, записываем в виде ионов; вещества, не склонные к диссоциации, оставляем "в виде молекул".
3. Убираем из двух частей уравнения т. н. ионы-наблюдатели, т. е. частицы, которые не участвуют в процессе.
4. Проверяем коэффициенты и получаем окончательный ответ - краткое ионное уравнение.

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⁺ + SO₄^2- = 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⁺ + SO₄^2- = 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:

• растворимые соли (подчеркиваю, только соли хорошо растворимые в воде);
• щелочи (напомню, что щелочами называют растворимые в воде основания, но не NH₄OH);
• сильные кислоты (H₂SO₄, HNO₃, HCl, HBr, HI, HClO₄, HClO₃, H₂SeO₄,.).

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:

• все нерастворимые соли;
• все слабые основания (включая нерастворимые гидроксиды, NH₄OH и сходные с ним вещества);
• все слабые кислоты (H₂СO₃, HNO₂, H₂S, H₂SiO₃, HCN, HClO, практически все органические кислоты.);
• вообще, все слабые электролиты (включая воду!);
• оксиды (всех типов);
• все газообразные соединения (в частности, H₂, CO₂, SO₂, H₂S, CO);
• простые вещества (металлы и неметаллы);
• практически все органические соединения (исключение - растворимые в воде соли органических кислот).

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⁺+ CO₃^2- + 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⁺ + S^2- + 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 =