Jenis Tindak Balas, Garis Panduan Keterlarutan dan Persamaan Ion Bersih

Tiga daya penggerak di sebalik tindak balas akueus

Apabila dua larutan dicampurkan, tindak balas hanya berlaku jika sesuatu mengeluarkan ion daripada larutan atau memindahkan elektron. Tanya tiga soalan. Adakah kation daripada satu larutan dan anion daripada larutan yang satu lagi membentuk sebatian yang keterlarutannya rendah? Adakah asid memindahkan proton kepada bes, membentuk air atau elektrolit lemah yang lain? Adakah mana-mana atom berubah nombor pengoksidaan, sehingga elektron berpindah daripada satu spesies kepada yang lain?

Jawapan ya bagi soalan pertama bermaksud tindak balas pemendakan, ya bagi soalan kedua tindak balas asid–bes, dan ya bagi soalan ketiga tindak balas redoks. Tindak balas yang membentuk gas seperti HCO₃⁻(aq) + H⁺(aq) → H₂O(l) + CO₂(g) biasanya dikelaskan di bawah asid–bes kerana langkah pertamanya ialah pemindahan proton. Pembakaran dan penyesaran satu logam oleh logam lain ialah tindak balas redoks.

Keluarga ini tidak eksklusif. Apabila barium hidroksida akueus meneutralkan asid sulfurik, Ba(OH)₂(aq) + H₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + 2H₂O(l), air terbentuk dan sulfat tak larut termendak dalam tindak balas yang sama.

Menentukan spesies yang ditulis sebagai ion

Persamaan ion bersih bergantung pada mengetahui bahan mana yang wujud sebagai ion terpisah dalam air. Elektrolit kuat tercerai hampir sepenuhnya: sebatian ion larut, asid kuat dan bes kuat. Tulis ini sebagai ion apabila ia berlabel (aq). Segala yang lain mengekalkan formulanya: pepejal, cecair, gas, asid lemah, bes lemah, dan zat terlarut molekul seperti glukosa.

Asid kuat yang biasa ialah HCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₄ dan H₂SO₄ (bagi proton pertamanya). Anggap hampir setiap asid lain yang anda temui dalam kimia am, termasuk HF, asid asetik (CH₃COOH) dan asid karbonik, sebagai lemah, dan kekalkan sebagai molekul. Bes kuat ialah hidroksida kumpulan 1 dan hidroksida kumpulan 2 yang lebih berat. Ammonia ialah bes lemah dan kekal sebagai NH₃(aq).

Ion poliatom kekal utuh apabila sebatian tercerai. Kalium kromat akueus memberikan 2K⁺(aq) dan CrO₄²⁻(aq), bukan ion kalium, kromium dan oksigen yang berasingan.

Menggunakan garis panduan keterlarutan

Garis panduan keterlarutan meringkaskan corak yang diperhatikan bagi sebatian ion dalam air pada suhu hampir suhu bilik. Larut bermaksud kuantiti yang berguna melarut; tak larut bermaksud keterlarutan cukup rendah sehingga pepejal terbentuk apabila ion bertemu pada kepekatan makmal yang biasa. Tiada sebatian ion yang keterlarutannya tepat sifar. Senarai di bawah berdasarkan Jadual 4.1 dalam OpenStax Chemistry 2e, bahagian 4.2.

Untuk meramalkan mendakan, senaraikan setiap ion yang ada selepas pencampuran, kemudian pasangkan setiap kation dengan setiap anion yang bukan pasangan asalnya. Jika mana-mana pasangan baharu termasuk dalam kategori tak larut, sebatian itu termendak. Jika setiap pasangan yang mungkin larut, seperti apabila larutan kalium nitrat dan natrium klorida dicampurkan, ion hanya wujud bersama dan tiada tindak balas bersih.

• Sebatian kation kumpulan 1 (Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺) dan NH₄⁺ adalah larut.
• Nitrat, asetat, hidrogen karbonat dan klorat adalah larut.
• Klorida, bromida dan iodida adalah larut kecuali yang daripada Ag⁺, Hg₂²⁺ dan Pb²⁺.
• Fluorida adalah larut kecuali yang daripada Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Pb²⁺ dan Fe³⁺.
• Sulfat adalah larut kecuali yang daripada Ag⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺ dan Sr²⁺.
• Karbonat, kromat, fosfat dan sulfida adalah tak larut kecuali dengan kation kumpulan 1 dan NH₄⁺.
• Hidroksida adalah tak larut kecuali dengan kation kumpulan 1 dan Ba²⁺; Ca(OH)₂ dan Sr(OH)₂ larut sedikit.

Membina persamaan ion bersih langkah demi langkah

Setiap langkah mempunyai sebab. Mengimbangkan persamaan molekul dahulu menjamin kiraan atom. Memecahkan elektrolit kuat menunjukkan apa yang sebenarnya ada dalam bikar. Membatalkan ion penonton membuang spesies yang muncul tanpa berubah pada kedua-dua belah dan tidak mengambil bahagian dalam perubahan itu.

Semakan cas menangkap kesilapan yang terlepas oleh kiraan atom. Persamaan ion bersih boleh membawa jumlah cas bukan sifar, tetapi cas itu mesti sama pada kedua-dua belah, kerana cas adalah abadi sama seperti atom.

• Tulis persamaan molekul seimbang dengan simbol keadaan pada setiap formula.
• Tulis semula setiap elektrolit kuat (aq) sebagai ion berasingan, mendarab dengan kedua-dua subskrip dan pekali.
• Potong ion yang muncul tanpa berubah pada kedua-dua belah. Ini ialah ion penonton.
• Kurangkan pekali yang tinggal kepada nombor bulat terkecil.
• Semak bahawa setiap unsur dan jumlah cas seimbang.

Contoh penyelesaian: memendakkan argentum kromat

Anda mencampurkan 18.0 mL kalium kromat 0.0850 mol/L dengan argentum nitrat akueus berlebihan. Pasangan baharunya ialah Ag⁺ dengan CrO₄²⁻ dan K⁺ dengan NO₃⁻. Argentum bukan kation kumpulan 1, jadi argentum kromat perang kemerahan termendak; kalium nitrat kekal terlarut. Persamaan molekul: 2AgNO₃(aq) + K₂CrO₄(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2KNO₃(aq). Persamaan ion lengkap: 2Ag⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq) + 2K⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2K⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq). Membatalkan K⁺ dan NO₃⁻ memberikan persamaan ion bersih 2Ag⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s). Semakan cas: 2(+1) + (−2) = 0 di sebelah kiri, dan 0 di sebelah kanan.

Untuk mencari jisim mendakan, gunakan berat atom piawai IUPAC yang dibundarkan kepada dua tempat perpuluhan: Ag 107.87, Cr 52.00, O 16.00. Jisim molar Ag₂CrO₄ ialah 2(107.87) + 52.00 + 4(16.00) = 331.74 g/mol. Mol kromat = 0.0180 L × 0.0850 mol/L = 1.53 × 10⁻³ mol, dan persamaan ion bersih memberikan 1 mol Ag₂CrO₄ bagi setiap 1 mol CrO₄²⁻. Jisim = 1.53 × 10⁻³ mol × 331.74 g/mol = 0.508 g. Kedua-dua kuantiti yang diukur mempunyai tiga angka bererti, jadi jawapannya juga begitu.

Contoh penyelesaian: asid lemah dan logam dalam larutan

Asid asetik akueus bertindak balas dengan natrium hidroksida akueus: CH₃COOH(aq) + NaOH(aq) → CH₃COONa(aq) + H₂O(l). Asid asetik lemah, jadi ia kekal sebagai molekul, manakala NaOH dan natrium asetat ialah elektrolit kuat. Selepas Na⁺ dibatalkan, persamaan ion bersihnya ialah CH₃COOH(aq) + OH⁻(aq) → CH₃COO⁻(aq) + H₂O(l). Bandingkan asid nitrik dengan kalium hidroksida, yang mana kedua-dua bahan tindak balas adalah kuat dan persamaan ion bersih mengecil kepada H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l).

Sekeping nikel yang diletakkan dalam larutan argentum nitrat menjadi bersalut hablur argentum. Nikel berubah daripada 0 kepada +2 dan argentum daripada +1 kepada 0, jadi ini redoks; nitrat ialah ion penonton. Persamaan ion bersihnya ialah Ni(s) + 2Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + 2Ag(s). Pekali 2 diperlukan oleh cas, bukan oleh atom: Ni(s) + Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + Ag(s) mengimbangkan setiap unsur tetapi mempunyai jumlah cas +1 di sebelah kiri dan +2 di sebelah kanan.

Kesilapan lazim dalam persamaan ion dan cara mengesannya

Kebanyakan kesilapan datang daripada menulis spesies yang salah, bukan daripada aritmetik. Sebelum membatalkan apa-apa, tanya sama ada setiap formula benar-benar wujud sebagai ion berasingan dalam air.

Sebagai semakan terakhir, baca persamaan ion bersih sebagai peristiwa fizikal. Dua ion argentum dan satu ion kromat membentuk pepejal ialah sesuatu yang boleh anda saksikan; persamaan yang hanya bertukar ganti ion terlarut antara pasangan tidak menerangkan apa-apa.

• Memecahkan asid lemah: HF(aq) kekal sebagai molekul. Bandingkan mana-mana asid dengan enam asid kuat.
• Memecahkan mendakan: formula berlabel (s) kekal utuh walaupun pepejal itu bersifat ion.
• Memecahkan ion poliatom: kekalkan NO₃⁻, SO₄²⁻ dan CrO₄²⁻ secara utuh.
• Salah meletakkan subskrip: K₂CrO₄ memberikan 2K⁺; tiada ion K₂⁺.
• Menganggap merkuri(I) sebagai Hg⁺: ia wujud sebagai kation dwiatom Hg₂²⁺.
• Membiarkan pekali tidak dikurangkan, seperti 4Ag⁺ + 2CrO₄²⁻ → 2Ag₂CrO₄.
• Menulis persamaan ion bersih apabila setiap pasangan larut dan tiada air, elektrolit lemah atau gas terbentuk, dan tiada apa-apa yang dioksidakan atau diturunkan. Jawapan yang betul ialah tiada tindak balas.