Условия протекания реакций ионного обмена, страница 210 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Лабораторные опыты. Практикум - страница 210.

Условие.

Условия протекания реакций ионного обмена

Поместите в первую пробирку небольшой кусочек мела или мрамора (карбоната кальция) и по каплям прилейте к нему соляную кислоту. К налитому во вторую пробирку раствору гидроксида натрия добавьте одну-две капли фенолфталеина, а затем серную кислоту. В третью пробирку налейте раствор карбоната натрия и добавьте к нему раствор хлорида кальция. Что наблюдаете в каждом случае? Напишите уравнения реакций в молекулярном, полном и сокращённом ионном видах. Сформулируйте условия протекания реакций обмена до конца.

Решение.

Решение 2.

Первая пробирка: взаимодействие карбоната кальция и соляной кислоты

Наблюдения: При добавлении соляной кислоты к кусочку мела (карбоната кальция) наблюдается бурная реакция с выделением бесцветного газа без запаха (углекислого газа). Это явление называют «вскипанием». Твердый карбонат кальция постепенно растворяется.

Уравнения реакции:

Молекулярное уравнение:

$CaCO_3(тв) + 2HCl(р-р) \rightarrow CaCl_2(р-р) + H_2O(ж) + CO_2(г)\uparrow$

Полное ионное уравнение (учитывая, что $CaCO_3$ — нерастворимое вещество):

$CaCO_3(тв) + 2H^+(р-р) + 2Cl^-(р-р) \rightarrow Ca^{2+}(р-р) + 2Cl^-(р-р) + H_2O(ж) + CO_2(г)\uparrow$

Сокращенное ионное уравнение (после исключения ионов-наблюдателей $Cl^-$):

$CaCO_3(тв) + 2H^+(р-р) \rightarrow Ca^{2+}(р-р) + H_2O(ж) + CO_2(г)\uparrow$

Ответ: Наблюдается выделение газа и растворение твердого вещества. Реакция идет до конца, так как образуется газообразное вещество ($CO_2$).

Вторая пробирка: взаимодействие гидроксида натрия и серной кислоты

Наблюдения: Раствор гидроксида натрия ($NaOH$) является щелочью. При добавлении к нему индикатора фенолфталеина раствор окрашивается в малиновый цвет. При последующем добавлении серной кислоты ($H_2SO_4$) происходит реакция нейтрализации. По мере расходования щелочи малиновая окраска исчезает, и раствор становится бесцветным.

Уравнения реакции:

Молекулярное уравнение:

$2NaOH(р-р) + H_2SO_4(р-р) \rightarrow Na_2SO_4(р-р) + 2H_2O(ж)$

Полное ионное уравнение (все исходные вещества и продукты, кроме воды, являются сильными электролитами и диссоциируют на ионы):

$2Na^+(р-р) + 2OH^-(р-р) + 2H^+(р-р) + SO_4^{2-}(р-р) \rightarrow 2Na^+(р-р) + SO_4^{2-}(р-р) + 2H_2O(ж)$

Сокращенное ионное уравнение (после исключения ионов-наблюдателей $Na^+$ и $SO_4^{2-}$):

$2H^+(р-р) + 2OH^-(р-р) \rightarrow 2H_2O(ж)$

Уравнение можно сократить, разделив все коэффициенты на 2:

$H^+(р-р) + OH^-(р-р) \rightarrow H_2O(ж)$

Ответ: Наблюдается обесцвечивание малинового раствора. Реакция идет до конца, так как образуется слабый электролит — вода ($H_2O$).

Третья пробирка: взаимодействие карбоната натрия и хлорида кальция

Наблюдения: При смешивании двух бесцветных прозрачных растворов — карбоната натрия ($Na_2CO_3$) и хлорида кальция ($CaCl_2$) — мгновенно образуется белый творожистый осадок карбоната кальция ($CaCO_3$).

Уравнения реакции:

Молекулярное уравнение:

$Na_2CO_3(р-р) + CaCl_2(р-р) \rightarrow CaCO_3(тв)\downarrow + 2NaCl(р-р)$

Полное ионное уравнение (исходные вещества и хлорид натрия — растворимые соли, сильные электролиты):

$2Na^+(р-р) + CO_3^{2-}(р-р) + Ca^{2+}(р-р) + 2Cl^-(р-р) \rightarrow CaCO_3(тв)\downarrow + 2Na^+(р-р) + 2Cl^-(р-р)$

Сокращенное ионное уравнение (после исключения ионов-наблюдателей $Na^+$ и $Cl^-$):

$Ca^{2+}(р-р) + CO_3^{2-}(р-р) \rightarrow CaCO_3(тв)\downarrow$

Ответ: Наблюдается образование белого осадка. Реакция идет до конца, так как образуется нерастворимое вещество ($CaCO_3$).

Условия протекания реакций ионного обмена до конца

На основании проведенных опытов можно сформулировать общие условия, при которых реакции ионного обмена в растворах протекают необратимо (идут до конца). Это происходит, когда в результате реакции хотя бы один из продуктов покидает сферу реакции. Такое возможно в трех случаях:

1. Образуется осадок (нерастворимое или малорастворимое в воде вещество). Пример: $Ca^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow CaCO_3\downarrow$.
2. Выделяется газ. Пример: $CaCO_3 + 2H^+ \rightarrow Ca^{2+} + H_2O + CO_2\uparrow$.
3. Образуется слабый электролит (чаще всего вода). Пример: $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$.

Ответ: Реакции ионного обмена идут до конца, если в результате образуется осадок, газ или слабый электролит (например, вода).