Страница 90 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

• При каких условиях реакции ионного обмена протекают до конца?

Реакции ионного обмена в растворах электролитов протекают до конца (являются практически необратимыми), если в результате реакции из сферы реакции удаляются какие-либо ионы. Это происходит в трех основных случаях, которые смещают химическое равновесие в сторону продуктов согласно принципу Ле Шателье.

1. Образование нерастворимого вещества (осадка)

Если один из продуктов реакции является нерастворимым или малорастворимым в воде веществом, он выпадает в осадок. Это приводит к связыванию ионов в твердую фазу и, как следствие, их удалению из раствора. Нерастворимость вещества можно определить по таблице растворимости.

Пример: реакция между нитратом серебра ($AgNO_3$) и хлоридом натрия ($NaCl$).

• Молекулярное уравнение: $AgNO_3(р-р) + NaCl(р-р) \rightarrow AgCl(т)\downarrow + NaNO_3(р-р)$
• Полное ионное уравнение: $Ag^+(р-р) + NO_3^-(р-р) + Na^+(р-р) + Cl^-(р-р) \rightarrow AgCl(т)\downarrow + Na^+(р-р) + NO_3^-(р-р)$
• Сокращенное ионное уравнение: $Ag^+(р-р) + Cl^-(р-р) \rightarrow AgCl(т)\downarrow$

Ионы серебра $Ag^+$ и хлорид-ионы $Cl^-$ соединяются, образуя нерастворимый осадок хлорида серебра, и покидают раствор, делая реакцию необратимой.

Ответ: реакция идет до конца, если в результате образуется нерастворимое вещество (осадок).

2. Выделение газообразного вещества

Если в результате реакции образуется газ, он улетучивается из раствора. Уменьшение концентрации продукта в виде газа смещает равновесие вправо, и реакция протекает до конца.

Пример: реакция между карбонатом натрия ($Na_2CO_3$) и соляной кислотой ($HCl$).

• Молекулярное уравнение: $Na_2CO_3(р-р) + 2HCl(р-р) \rightarrow 2NaCl(р-р) + H_2O(ж) + CO_2(г)\uparrow$
• Полное ионное уравнение: $2Na^+(р-р) + CO_3^{2-}(р-р) + 2H^+(р-р) + 2Cl^-(р-р) \rightarrow 2Na^+(р-р) + 2Cl^-(р-р) + H_2O(ж) + CO_2(г)\uparrow$
• Сокращенное ионное уравнение: $CO_3^{2-}(р-р) + 2H^+(р-р) \rightarrow H_2O(ж) + CO_2(г)\uparrow$

Образующаяся в ходе реакции угольная кислота ($H_2CO_3$) неустойчива и сразу разлагается на воду и углекислый газ, который покидает реакционную смесь.

Ответ: реакция идет до конца, если в результате выделяется газообразное вещество.

3. Образование малодиссоциирующего вещества

Если продуктом реакции является слабый электролит (вещество, которое в растворе лишь в незначительной степени распадается на ионы), концентрация ионов в продуктах остается очень низкой. Это также сдвигает равновесие в сторону образования продуктов. Самым распространенным примером такого вещества является вода.

Пример: реакция нейтрализации между сильным основанием (гидроксид натрия $NaOH$) и сильной кислотой (соляная кислота $HCl$).

• Молекулярное уравнение: $NaOH(р-р) + HCl(р-р) \rightarrow NaCl(р-р) + H_2O(ж)$
• Полное ионное уравнение: $Na^+(р-р) + OH^-(р-р) + H^+(р-р) + Cl^-(р-р) \rightarrow Na^+(р-р) + Cl^-(р-р) + H_2O(ж)$
• Сокращенное ионное уравнение: $H^+(р-р) + OH^-(р-р) \rightarrow H_2O(ж)$

Ионы водорода $H^+$ и гидроксид-ионы $OH^-$ связываются в молекулы воды, которая является очень слабым электролитом. Это эффективно удаляет их из раствора.

Ответ: реакция идет до конца, если в результате образуется малодиссоциирующее вещество (например, вода, слабая кислота или слабое основание).