Видови реакции, насоки за растворливост и нето-јонски равенки

Три движечки сили зад водени реакции

Кога се мешаат два раствора, реакција се случува само ако нешто отстранува јони од растворот или поместува електрони. Поставете три прашања. Дали катјон од едниот раствор и анјон од другиот формираат соединение со ниска растворливост? Дали киселина пренесува протон на база, формирајќи вода или друг слаб електролит? Дали некои атоми го менуваат оксидацискиот број, така што електроните минуваат од една честичка на друга?

Да на првото прашање значи реакција на таложење, да на второто киселинско-базна реакција, а да на третото редокс-реакција. Реакциите со создавање гас како HCO₃⁻(aq) + H⁺(aq) → H₂O(l) + CO₂(g) обично се сврстуваат во киселинско-базни бидејќи првиот чекор е пренос на протон. Согорувањето и потиснувањето на еден метал од друг се редокс-реакции.

Семејствата не се меѓусебно исклучиви. Кога воден бариум хидроксид го неутрализира сулфурната киселина, Ba(OH)₂(aq) + H₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + 2H₂O(l), се формира вода и нерастворлив сулфат се таложи во истата реакција.

Одлучување кои честички да се пишуваат како јони

Нето-јонската равенка зависи од знаењето кои супстанции постојат како одделени јони во вода. Силните електролити дисоцираат речиси целосно: растворливите јонски соединенија, силните киселини и силните бази. Пишувајте ги како јони кога се означени со (aq). Сè друго ја задржува својата формула: цврсти материи, течности, гасови, слаби киселини, слаби бази и молекулски растворени супстанции како глукозата.

Вообичаени силни киселини се HCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₄ и H₂SO₄ (за нејзиниот прв протон). Речиси секоја друга киселина што ќе ја сретнете во општата хемија, вклучувајќи ги HF, оцетната киселина (CH₃COOH) и јаглеродната киселина, сметајте ја за слаба и чувајте ја како молекула. Силните бази се хидроксидите од група 1 и потешките хидроксиди од група 2. Амонијакот е слаба база и останува како NH₃(aq).

Повеќеатомните јони остануваат недопрени кога соединението дисоцира. Воден калиум хромат дава 2K⁺(aq) и CrO₄²⁻(aq), а не одделни јони на калиум, хром и кислород.

Примена на насоките за растворливост

Насоките за растворливост ги сумираат набљудуваните обрасци за јонски соединенија во вода околу собна температура. Растворливо значи дека се раствора корисно количество; нерастворливо значи дека растворливоста е доволно ниска за да се формира цврста материја кога јоните ќе се сретнат при вообичаени лабораториски концентрации. Ниту едно јонско соединение нема растворливост точно нула. Списокот подолу се заснова на Табела 4.1 во OpenStax Chemistry 2e, дел 4.2.

За да предвидите талог, наведете ги сите јони присутни по мешањето, потоа спарете го секој катјон со секој анјон со кој не започнал. Ако некое ново спарување спаѓа во нерастворлива категорија, тоа соединение се таложи. Ако секое можно спарување е растворливо, како при мешање на раствори на калиум нитрат и натриум хлорид, јоните едноставно коегзистираат и нема нето-реакција.

• Соединенијата на катјоните од група 1 (Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺) и на NH₄⁺ се растворливи.
• Нитратите, ацетатите, хидрогенкарбонатите и хлоратите се растворливи.
• Хлоридите, бромидите и јодидите се растворливи освен оние на Ag⁺, Hg₂²⁺ и Pb²⁺.
• Флуоридите се растворливи освен оние на Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Pb²⁺ и Fe³⁺.
• Сулфатите се растворливи освен оние на Ag⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺ и Sr²⁺.
• Карбонатите, хроматите, фосфатите и сулфидите се нерастворливи освен со катјони од група 1 и NH₄⁺.
• Хидроксидите се нерастворливи освен со катјони од група 1 и Ba²⁺; Ca(OH)₂ и Sr(OH)₂ се малку растворливи.

Составување на нето-јонската равенка чекор по чекор

Секој чекор има причина. Изедначувањето на молекулската равенка прво го гарантира бројот на атомите. Раздвојувањето на силните електролити покажува што навистина има во чашата. Скратувањето на јоните набљудувачи ги отстранува честичките што се појавуваат непроменети од двете страни и не учествуваат во промената.

Проверката на полнежот фаќа грешки што бројот на атоми ги пропушта. Нето-јонската равенка може да носи ненулти вкупен полнеж, но тој полнеж мора да е ист од двете страни, бидејќи полнежот се зачувува исто како атомите.

• Напишете ја изедначената молекулска равенка со ознака за агрегатна состојба кај секоја формула.
• Препишете го секој силен електролит (aq) како одделни јони, множејќи и со индексот и со коефициентот.
• Прекрстете ги јоните што се појавуваат непроменети од двете страни. Тоа се јоните набљудувачи.
• Сведете ги преостанатите коефициенти на најмали цели броеви.
• Проверете дали секој елемент и вкупниот полнеж се изедначени.

Решен пример: таложење на сребро хромат

Мешате 18.0 mL калиум хромат од 0.0850 mol/L со вишок воден сребро нитрат. Новите спарувања се Ag⁺ со CrO₄²⁻ и K⁺ со NO₃⁻. Среброто не е катјон од група 1, па се таложи црвенокафеавиот сребро хромат; калиум нитратот останува растворен. Молекулска равенка: 2AgNO₃(aq) + K₂CrO₄(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2KNO₃(aq). Целосна јонска равенка: 2Ag⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq) + 2K⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2K⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq). Скратувањето на K⁺ и NO₃⁻ ја дава нето-јонската равенка 2Ag⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s). Проверка на полнежот: 2(+1) + (−2) = 0 лево, и 0 десно.

За да ја најдете масата на талогот, користете стандардни атомски тежини на IUPAC заокружени на две децимални места: Ag 107.87, Cr 52.00, O 16.00. Моларната маса на Ag₂CrO₄ е 2(107.87) + 52.00 + 4(16.00) = 331.74 g/mol. Молови хромат = 0.0180 L × 0.0850 mol/L = 1.53 × 10⁻³ mol, а нето-јонската равенка дава 1 mol Ag₂CrO₄ на 1 mol CrO₄²⁻. Маса = 1.53 × 10⁻³ mol × 331.74 g/mol = 0.508 g. Двете измерени величини имаат три значајни цифри, па затоа и одговорот.

Решени примери: слаба киселина и метал во раствор

Воден раствор на оцетна киселина реагира со воден натриум хидроксид: CH₃COOH(aq) + NaOH(aq) → CH₃COONa(aq) + H₂O(l). Оцетната киселина е слаба, па останува молекулска, додека NaOH и натриум ацетатот се силни електролити. По скратувањето на Na⁺, нето-јонската равенка е CH₃COOH(aq) + OH⁻(aq) → CH₃COO⁻(aq) + H₂O(l). Споредете со азотната киселина и калиум хидроксидот, каде и двата реактанти се силни, а нето-јонската равенка се сведува на H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l).

Лента од никел ставена во раствор на сребро нитрат се покрива со кристали на сребро. Никелот оди од 0 на +2, а среброто од +1 на 0, па ова е редокс; нитратот е јон набљудувач. Нето-јонската равенка е Ni(s) + 2Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + 2Ag(s). Коефициентот 2 го бара полнежот, а не атомите: Ni(s) + Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + Ag(s) го изедначува секој елемент, но има вкупен полнеж +1 лево и +2 десно.

Вообичаени грешки во јонските равенки и како да се фатат

Повеќето грешки доаѓаат од пишување на погрешна честичка, а не од аритметиката. Пред да скратите што било, запрашајте се дали секоја формула навистина постои како одделни јони во вода.

Како последна проверка, прочитајте ја нето-јонската равенка како физички настан. Два јона на сребро и еден хроматен јон што формираат цврста материја е нешто што може да го гледате; равенка што само разменува растворени јони меѓу партнери не опишува ништо.

• Раздвојување на слаба киселина: HF(aq) останува молекулска. Споредете ја секоја киселина со шесте силни киселини.
• Раздвојување на талог: формула означена со (s) останува цела иако цврстата материја е јонска.
• Распаѓање на повеќеатомен јон: чувајте ги NO₃⁻, SO₄²⁻ и CrO₄²⁻ недопрени.
• Погрешно поставување на индекси: K₂CrO₄ дава 2K⁺; не постои јон K₂⁺.
• Третирање на живата(I) како Hg⁺: таа постои како двоатомен катјон Hg₂²⁺.
• Оставање нескратени коефициенти, како 4Ag⁺ + 2CrO₄²⁻ → 2Ag₂CrO₄.
• Пишување нето-јонска равенка кога секое спарување е растворливо и не се формира вода, слаб електролит или гас, а ништо не се оксидира ниту редуцира. Точниот одговор е дека нема реакција.