สมการปฏิกิริยาที่สมบูรณ์ สารละลายอิเล็กโทรไลต์
ปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่เกิดขึ้นในสารละลาย สารละลายอิเล็กโทรไลต์ประกอบด้วยไอออน ดังนั้นปฏิกิริยาในสารละลายอิเล็กโทรไลต์จึงเกิดขึ้นที่ปฏิกิริยาระหว่างไอออน
ปฏิกิริยาระหว่างไอออนเรียกว่าปฏิกิริยาไอออนิก และสมการสำหรับปฏิกิริยาดังกล่าวเรียกว่าสมการไอออนิก
เมื่อวาดสมการไอออนิกเราควรได้รับคำแนะนำจากข้อเท็จจริงที่ว่าสูตรของสารที่แยกตัวออกเล็กน้อยไม่ละลายน้ำและเป็นก๊าซนั้นเขียนในรูปแบบโมเลกุล
สารสีขาวตกตะกอน จากนั้นลูกศรชี้ลงจะถูกวางไว้ข้างสูตรของมัน และหากมีการปล่อยสารที่เป็นก๊าซในระหว่างการทำปฏิกิริยา ลูกศรชี้ขึ้นจะถูกวางไว้ข้างสูตรของมัน
ลองเขียนสมการนี้ใหม่ โดยแสดงอิเล็กโทรไลต์แรงในรูปของไอออน และปฏิกิริยาที่ออกจากทรงกลมเป็นโมเลกุล:
เราจึงเขียนสมการไอออนิกที่สมบูรณ์ของปฏิกิริยาลงไป
หากเราแยกไอออนที่เหมือนกันออกจากทั้งสองด้านของสมการ นั่นคือไอออนที่ไม่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาในสมการซ้ายและขวา) เราจะได้สมการไอออนิกที่สั้นลงของปฏิกิริยา:
ดังนั้นสมการไอออนิกแบบย่อจึงเป็นสมการในรูปแบบทั่วไปที่แสดงลักษณะของแก่นแท้ของปฏิกิริยาเคมี แสดงให้เห็นว่าไอออนใดทำปฏิกิริยาและสารชนิดใดที่ถูกสร้างขึ้นเป็นผล
ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไอออนจะดำเนินไปจนเสร็จสิ้นในกรณีที่เกิดตะกอนหรือสารที่แยกตัวออกเล็กน้อย เช่น น้ำ เมื่อเติมสารละลายกรดไนตริกมากเกินไปลงในสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์สีแดงเข้มกับฟีนอล์ฟทาลีน สารละลายจะเปลี่ยนสีซึ่งจะทำหน้าที่เป็นสัญญาณสำหรับปฏิกิริยาเคมีที่จะเกิดขึ้น:
มันแสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยาของกรดแก่และอัลคาไลลดลงเป็นปฏิกิริยาของไอออน H+ และ OH - ไอออนซึ่งเป็นผลมาจากการที่สารที่แยกตัวออกต่ำเกิดขึ้น - น้ำ
ปฏิกิริยาระหว่างกรดแก่และด่างนี้เรียกว่าปฏิกิริยาการทำให้เป็นกลาง นี่เป็นกรณีพิเศษของปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน
ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนดังกล่าวสามารถเกิดขึ้นได้ไม่เพียงแต่ระหว่างกรดและด่างเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นระหว่างกรดและเบสที่ไม่ละลายน้ำด้วย ตัวอย่างเช่น หากคุณได้รับตะกอนสีน้ำเงินของคอปเปอร์ไฮดรอกไซด์ที่ไม่ละลายน้ำ (II) โดยการทำปฏิกิริยาคอปเปอร์ II ซัลเฟตกับอัลคาไล:
แล้วแบ่งผลการตกตะกอนออกเป็นสามส่วน แล้วเติมสารละลายกรดซัลฟิวริกลงในตะกอนในหลอดทดลองหลอดที่ 1, สารละลายกรดไฮโดรคลอริกตกตะกอนในหลอดทดลองหลอดที่สอง และเติมสารละลายกรดไนตริกลงในตะกอนในหลอดทดลอง หลอดทดลองที่สาม จากนั้นตะกอนจะละลายในหลอดทดลองทั้งสามหลอด นี่จะหมายความว่าในทุกกรณีเกิดปฏิกิริยาเคมีซึ่งสาระสำคัญจะสะท้อนให้เห็นโดยใช้สมการไอออนิกเดียวกัน
เพื่อยืนยันสิ่งนี้ ให้เขียนสมการไอออนิกโมเลกุลที่สมบูรณ์และย่อของปฏิกิริยาที่กำหนด
ลองพิจารณาปฏิกิริยาไอออนิกที่เกิดขึ้นกับการก่อตัวของก๊าซ เทสารละลายโซเดียมคาร์บอเนตและโพแทสเซียมคาร์บอเนต 2 มล. ลงในหลอดทดลองสองหลอด จากนั้นเทสารละลายกรดไฮโดรคลอริกลงในส่วนแรกและกรดไนตริกในส่วนที่สอง ในทั้งสองกรณี เราจะสังเกตเห็นลักษณะ "เดือด" เนื่องจากคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมา ให้เราเขียนสมการปฏิกิริยาสำหรับกรณีแรก:
ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในสารละลายอิเล็กโทรไลต์อธิบายได้โดยใช้สมการไอออนิก ปฏิกิริยาเหล่านี้เรียกว่าปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไอออน เนื่องจากในสารละลายอิเล็กโทรไลต์จะแลกเปลี่ยนไอออน ดังนั้นจึงสามารถสรุปได้สองประการ
1. ปฏิกิริยาในสารละลายน้ำของอิเล็กโทรไลต์เป็นปฏิกิริยาระหว่างไอออน ดังนั้นจึงแสดงไว้ในรูปแบบของสมการไอออนิก
พวกมันง่ายกว่าโมเลกุลและมีลักษณะทั่วไปมากกว่า
2. ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไอออนในสารละลายอิเล็กโทรไลต์จะเกิดขึ้นจริงโดยไม่สามารถย้อนกลับได้ก็ต่อเมื่อผลลัพธ์คือการก่อตัวของตะกอน ก๊าซ หรือสารที่แยกตัวออกเล็กน้อย
7. การเชื่อมต่อที่ซับซ้อน
>> เคมี: สมการไอออนิก
สมการไอออนิก
ดังที่คุณทราบจากบทเรียนเคมีครั้งก่อนๆ ปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่เกิดขึ้นในสารละลาย และเนื่องจากสารละลายอิเล็กโทรไลต์ทั้งหมดมีไอออนอยู่ด้วย เราจึงสามารถพูดได้ว่าปฏิกิริยาในสารละลายอิเล็กโทรไลต์จะลดลงเป็นปฏิกิริยาระหว่างไอออน
ปฏิกิริยาเหล่านี้ที่เกิดขึ้นระหว่างไอออนเรียกว่าปฏิกิริยาไอออนิก และสมการไอออนิกก็คือสมการของปฏิกิริยาเหล่านี้นั่นเอง
ตามกฎแล้ว สมการปฏิกิริยาไอออนิกได้มาจากสมการโมเลกุล แต่สิ่งนี้เกิดขึ้นภายใต้กฎต่อไปนี้:
ประการแรก สูตรของอิเล็กโทรไลต์อ่อน รวมถึงสาร ก๊าซ ออกไซด์ ฯลฯ ที่ไม่ละลายน้ำและละลายได้เล็กน้อย จะไม่ถูกบันทึกเป็นไอออน ข้อยกเว้นของกฎนี้คือไอออน HSO−4 จากนั้นจะอยู่ในรูปแบบเจือจาง
ประการที่สองสูตรของกรดแก่ด่างและเกลือที่ละลายน้ำได้มักจะนำเสนอในรูปของไอออน ควรสังเกตว่าสูตรเช่น Ca(OH)2 จะแสดงในรูปของไอออนหากใช้น้ำปูนขาว หากใช้นมมะนาวซึ่งมีอนุภาค Ca(OH)2 ที่ไม่ละลายน้ำ สูตรในรูปของไอออนก็จะไม่ถูกเขียนลงไปเช่นกัน
ตามกฎแล้วเมื่อเขียนสมการไอออนิก จะใช้สมการปฏิกิริยาไอออนิกแบบย่อและแบบย่อ นั่นคือสมการปฏิกิริยาไอออนิกแบบย่อ หากเราพิจารณาสมการไอออนิกซึ่งมีรูปแบบย่อ เราจะไม่สังเกตไอออนในนั้น กล่าวคือ พวกมันขาดหายไปจากทั้งสองส่วนของสมการไอออนิกที่สมบูรณ์
ลองดูตัวอย่างวิธีการเขียนสมการไอออนิกเชิงโมเลกุล แบบเต็ม และแบบย่อ:
ดังนั้นจึงควรจำไว้ว่าสูตรของสารที่ไม่สลายตัวตลอดจนสารที่ไม่ละลายน้ำและเป็นก๊าซมักจะเขียนในรูปแบบโมเลกุลเมื่อสร้างสมการไอออนิก
นอกจากนี้ควรจำไว้ว่าหากสารตกตะกอน จะมีลูกศรชี้ลง (↓) ติดกับสูตรดังกล่าว ในกรณีที่สารก๊าซถูกปล่อยออกมาระหว่างการทำปฏิกิริยา ถัดจากสูตรควรมีไอคอนเหมือนลูกศรขึ้น ()
ลองมาดูตัวอย่างให้ละเอียดยิ่งขึ้น หากเรามีสารละลายโซเดียมซัลเฟต Na2SO4 และเราเติมสารละลายแบเรียมคลอไรด์ BaCl2 ลงไป (รูปที่ 132) เราจะเห็นว่าเราได้เกิดตะกอนสีขาวของแบเรียมซัลเฟต BaSO4
ดูภาพที่แสดงปฏิสัมพันธ์ระหว่างโซเดียมซัลเฟตและแบเรียมคลอไรด์อย่างใกล้ชิด:
ตอนนี้เรามาเขียนสมการโมเลกุลของปฏิกิริยากัน:
ทีนี้มาเขียนสมการนี้ใหม่โดยที่อิเล็กโทรไลต์ที่แข็งแกร่งจะถูกแสดงในรูปของไอออนและปฏิกิริยาที่ออกจากทรงกลมจะถูกนำเสนอในรูปของโมเลกุล:
เราได้เขียนสมการไอออนิกที่สมบูรณ์สำหรับปฏิกิริยาแล้ว
ทีนี้ลองกำจัดไอออนที่เหมือนกันออกจากส่วนหนึ่งและอีกส่วนหนึ่งของความเท่าเทียมกันนั่นคือไอออนที่ไม่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา 2Na+ และ 2Cl จากนั้นเราจะได้สมการไอออนิกแบบย่อของปฏิกิริยาซึ่งจะมีลักษณะดังนี้ นี้:
จากสมการนี้ เราจะเห็นว่าแก่นแท้ทั้งหมดของปฏิกิริยานี้มาจากอันตรกิริยาของแบเรียมไอออน Ba2+ และซัลเฟตไอออน
และเป็นผลให้เกิดการตกตะกอนของ BaSO4 แม้ว่าอิเล็กโทรไลต์ตัวใดจะมีไอออนเหล่านี้อยู่ก่อนเกิดปฏิกิริยาก็ตาม
วิธีแก้สมการไอออนิก
และสุดท้าย เราจะสรุปบทเรียนของเราและกำหนดวิธีแก้สมการไอออนิก คุณและฉันรู้อยู่แล้วว่าปฏิกิริยาทั้งหมดที่เกิดขึ้นในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ระหว่างไอออนนั้นเป็นปฏิกิริยาไอออนิก ปฏิกิริยาเหล่านี้มักจะได้รับการแก้ไขหรืออธิบายโดยใช้สมการไอออนิก
นอกจากนี้ควรจำไว้ว่าสารประกอบทั้งหมดที่ระเหยง่าย ละลายยากหรือแยกตัวออกเล็กน้อยพบสารละลายในรูปแบบโมเลกุล นอกจากนี้เราไม่ควรลืมว่าในกรณีที่ไม่มีสารประกอบประเภทข้างต้นเกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ก็หมายความว่าปฏิกิริยาจะไม่เกิดขึ้นจริง
กฎสำหรับการแก้สมการไอออนิก
เพื่อเป็นตัวอย่างที่ชัดเจน มาดูการก่อตัวของสารประกอบที่ละลายน้ำได้น้อย เช่น:
Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2NaCl
ในรูปแบบไอออนิก นิพจน์นี้จะมีลักษณะดังนี้:
2Na+ +SO42- + Ba2+ + 2Cl- = BaSO4 + 2Na+ + 2Cl-
เนื่องจากคุณและฉันสังเกตว่ามีเพียงแบเรียมไอออนและซัลเฟตไอออนเท่านั้นที่ทำปฏิกิริยา และไอออนที่เหลือไม่ทำปฏิกิริยาและสถานะของพวกมันยังคงเหมือนเดิม จากนี้ไปเราจะทำให้สมการนี้ง่ายขึ้นและเขียนในรูปแบบย่อ:
Ba2+ + SO42- = BaSO4
ตอนนี้เรามาจำไว้ว่าเราควรทำอะไรเมื่อแก้สมการไอออนิก:
ขั้นแรก จำเป็นต้องกำจัดไอออนเดียวกันออกจากทั้งสองด้านของสมการ
ประการที่สอง เราไม่ควรลืมว่าผลรวมของประจุไฟฟ้าของสมการจะต้องเท่ากัน ทั้งทางด้านขวาและด้านซ้ายด้วย
เนื่องจากอิเล็กโทรไลต์ในสารละลายอยู่ในรูปของไอออน ปฏิกิริยาระหว่างสารละลายของเกลือ เบส และกรดจึงเป็นปฏิกิริยาระหว่างไอออน กล่าวคือ ปฏิกิริยาไอออนไอออนบางส่วนที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาทำให้เกิดการก่อตัวของสารใหม่ (สารที่แยกตัวออกต่ำ การตกตะกอน ก๊าซ น้ำ) ในขณะที่ไอออนอื่นๆ ที่มีอยู่ในสารละลายจะไม่สร้างสารใหม่ แต่ยังคงอยู่ในสารละลาย เพื่อแสดงให้เห็นว่าไอออนใดมีปฏิกิริยาต่อกันเพื่อสร้างสารใหม่ จึงได้มีการร่างสมการไอออนิกระดับโมเลกุลแบบสมบูรณ์และแบบย่อขึ้นมา
ใน สมการโมเลกุลสารทั้งหมดถูกนำเสนอในรูปของโมเลกุล สมการไอออนิกที่สมบูรณ์แสดงรายการไอออนทั้งหมดที่มีอยู่ในสารละลายระหว่างปฏิกิริยาที่กำหนด สมการไอออนิกสั้นๆประกอบด้วยไอออนเหล่านั้นเท่านั้น ซึ่งเป็นปฏิกิริยาระหว่างกันซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของสารใหม่ (สารที่แยกตัวออกต่ำ ตะกอน ก๊าซ น้ำ)
เมื่อเขียนปฏิกิริยาไอออนิกควรจำไว้ว่าสารจะแยกตัวออกเล็กน้อย (อิเล็กโทรไลต์อ่อน) ละลายได้เล็กน้อยและละลายได้น้อย (ตกตะกอน - “ เอ็น”, “ม” ดูภาคผนวกตารางที่ 4) และก๊าซเขียนในรูปของโมเลกุล อิเล็กโทรไลต์ชนิดแรงซึ่งแยกตัวออกเกือบทั้งหมดจะอยู่ในรูปของไอออน เครื่องหมาย "↓" หลังสูตรของสารบ่งชี้ว่าสารนี้ถูกกำจัดออกจากทรงกลมปฏิกิริยาในรูปของตะกอน และเครื่องหมาย "" บ่งชี้ว่าสารนี้ถูกกำจัดออกในรูปของก๊าซ
ขั้นตอนการเขียนสมการไอออนิกโดยใช้สมการโมเลกุลที่ทราบลองดูตัวอย่างปฏิกิริยาระหว่างสารละลายของ Na 2 CO 3 และ HCl
1. สมการปฏิกิริยาเขียนในรูปแบบโมเลกุล:
นา 2 CO 3 + 2HCl → 2NaCl + H 2 CO 3
2. สมการถูกเขียนใหม่ในรูปแบบไอออนิก โดยมีสารที่แยกตัวได้ดีเขียนในรูปของไอออน และสารที่แยกตัวได้ไม่ดี (รวมถึงน้ำ) ก๊าซ หรือสารที่ละลายได้ไม่ดี - ในรูปของโมเลกุล ค่าสัมประสิทธิ์หน้าสูตรของสารในสมการโมเลกุลจะใช้กับไอออนแต่ละตัวที่ประกอบเป็นสารเท่าๆ กัน ดังนั้นจึงถูกวางไว้หน้าไอออนในสมการไอออนิก:
2 นา + + CO 3 2- + 2H + + 2Cl -<=>2Na + + 2Cl - + CO 2 + H 2 O
3. จากทั้งสองด้านของความเท่าเทียมกัน ไอออนที่พบในด้านซ้ายและด้านขวาจะถูกแยกออก (ลดลง):
2นา++ CO 3 2- + 2H + + 2ซีแอล -<=> 2นา+ + 2ซีแอล -+ CO 2 + H 2 O
4. สมการไอออนิกถูกเขียนในรูปแบบสุดท้าย (สมการไอออนิกแบบสั้น):
2H + + คาร์บอนไดออกไซด์ 3 2-<=>CO 2 + H 2 O
หากในระหว่างการทำปฏิกิริยา และ/หรือแยกตัวออกเล็กน้อย และ/หรือละลายได้น้อย และ/หรือสารที่เป็นก๊าซ และ/หรือน้ำ เกิดขึ้น และสารประกอบดังกล่าวหายไปในสารตั้งต้น ปฏิกิริยาดังกล่าวจะไม่สามารถย้อนกลับได้ในทางปฏิบัติ (→) และด้วยเหตุนี้ จึงเป็นไปได้ที่จะสร้างสมการไอออนิกระดับโมเลกุลที่สมบูรณ์และโดยย่อได้ หากสารดังกล่าวมีอยู่ทั้งในรีเอเจนต์และผลิตภัณฑ์ ปฏิกิริยาจะย้อนกลับได้ (<=>):
สมการโมเลกุล: CaCO 3 + 2HCl<=>CaCl 2 + H 2 O + CO 2
สมการไอออนิกที่สมบูรณ์: CaCO 3 + 2H + + 2Cl –<=>Ca 2+ + 2Cl – + H 2 O + CO 2
ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไอออนเป็นปฏิกิริยาในสารละลายในน้ำระหว่างอิเล็กโทรไลต์ที่เกิดขึ้นโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงในสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบที่ก่อตัว
เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาระหว่างอิเล็กโทรไลต์ (เกลือ กรด และเบส) คือการก่อตัวของสารที่แยกตัวออกเล็กน้อย (น้ำ กรดอ่อน แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์) ตะกอนหรือก๊าซ
ลองพิจารณาปฏิกิริยาที่ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของน้ำ ปฏิกิริยาดังกล่าวรวมถึงปฏิกิริยาทั้งหมดระหว่างกรดและเบสใดๆ ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาของกรดไนตริกกับโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์:
HNO 3 + KOH = KNO 3 + H 2 O (1)
วัสดุเริ่มต้นเช่น กรดไนตริกและโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์รวมถึงหนึ่งในผลิตภัณฑ์คือโพแทสเซียมไนเตรตเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่แข็งแกร่งเช่น ในสารละลายที่เป็นน้ำมีอยู่ในรูปของไอออนเกือบทั้งหมดเท่านั้น น้ำที่ได้จะเป็นของอิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอเช่น ในทางปฏิบัติไม่สลายตัวเป็นไอออน ดังนั้น สมการข้างต้นจึงสามารถเขียนใหม่ได้แม่นยำมากขึ้นโดยการระบุสถานะที่แท้จริงของสารในสารละลายที่เป็นน้ำ กล่าวคือ ในรูปของไอออน:
H + + NO 3 − + K + + OH − = K + + NO 3 − + H 2 O (2)
ดังที่เห็นได้จากสมการ (2) ทั้งก่อนและหลังปฏิกิริยา มีไอออน NO 3 − และ K + อยู่ในสารละลาย กล่าวอีกนัยหนึ่ง โดยพื้นฐานแล้ว ไนเตรตไอออนและโพแทสเซียมไอออนไม่ได้มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเลย ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นเนื่องจากการรวมกันของอนุภาค H + และ OH เข้ากับโมเลกุลของน้ำ ดังนั้น โดยการดำเนินการลดพีชคณิตของไอออนที่เหมือนกันในสมการ (2):
H + + NO 3 − + K + + OH − = K + + NO 3 − + H 2 O
เราจะได้รับ:
เอช + + OH - = เอช 2 โอ (3)
สมการของรูปแบบ (3) เรียกว่า สมการไอออนิกแบบย่อ, พิมพ์ (2) - สมการไอออนิกที่สมบูรณ์และพิมพ์ (1) - สมการปฏิกิริยาโมเลกุล.
ในความเป็นจริง สมการไอออนิกของปฏิกิริยาสะท้อนถึงแก่นแท้ของมันได้มากที่สุด ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้เกิดขึ้นได้อย่างแน่นอน ควรสังเกตว่าปฏิกิริยาต่างๆ มากมายสามารถสอดคล้องกับสมการไอออนิกแบบย่อเพียงสมการเดียวได้ แน่นอนว่าถ้าเราใช้กรดไนตริกไม่ใช่กรดไฮโดรคลอริกและแทนที่จะใช้โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์เราใช้แบเรียมไฮดรอกไซด์เรามีสมการปฏิกิริยาโมเลกุลดังต่อไปนี้:
2HCl+ Ba(OH) 2 = BaCl 2 + 2H 2 O
กรดไฮโดรคลอริก แบเรียมไฮดรอกไซด์ และแบเรียมคลอไรด์เป็นอิเล็กโทรไลต์เข้มข้น กล่าวคือ มีอยู่ในสารละลายในรูปของไอออนเป็นหลัก ตามที่กล่าวไว้ข้างต้นน้ำเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอซึ่งมีอยู่ในสารละลายเกือบเฉพาะในรูปของโมเลกุลเท่านั้น ดังนั้น, สมการไอออนิกที่สมบูรณ์ปฏิกิริยานี้จะมีลักษณะดังนี้:
2H + + 2Cl − + บา 2+ + 2OH − = บา 2+ + 2Cl − + 2H 2 O
ลองยกเลิกไอออนเดียวกันทางซ้ายและขวาแล้วได้:
2H + + 2OH - = 2H 2 O
เมื่อหารทั้งด้านซ้ายและด้านขวาด้วย 2 เราจะได้:
H + + OH - = H 2 O,
ได้รับ สมการไอออนิกแบบย่อเกิดขึ้นพร้อมกันอย่างสมบูรณ์กับสมการไอออนิกแบบย่อสำหรับปฏิกิริยาของกรดไนตริกและโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์
เมื่อเขียนสมการไอออนิกในรูปของไอออน ให้เขียนเฉพาะสูตร:
1) กรดแก่ (HCl, HBr, HI, H 2 SO 4, HNO 3, HClO 4) (ต้องเรียนรู้รายชื่อกรดแก่!)
2) เบสแก่ (ไฮดรอกไซด์ของโลหะอัลคาไล (ALM) และโลหะอัลคาไลน์เอิร์ท (ALM))
3) เกลือที่ละลายน้ำได้
สูตรเขียนอยู่ในรูปโมเลกุล:
1) น้ำ H 2 O
2) กรดอ่อน (H 2 S, H 2 CO 3, HF, HCN, CH 3 COOH (และอื่น ๆ เกือบทั้งหมดเป็นสารอินทรีย์))
3) เบสอ่อน (NH 4 OH และไฮดรอกไซด์ของโลหะเกือบทั้งหมด ยกเว้นโลหะอัลคาไลและโลหะอัลคาไล
4) เกลือที่ละลายได้เล็กน้อย (↓) (“M” หรือ “H” ในตารางความสามารถในการละลาย)
5) ออกไซด์ (และสารอื่นๆ ที่ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์)
ลองเขียนสมการระหว่างเหล็ก (III) ไฮดรอกไซด์กับกรดซัลฟิวริก ในรูปแบบโมเลกุล สมการปฏิสัมพันธ์ของพวกมันเขียนได้ดังนี้:
2เฟ(OH) 3 + 3H 2 SO 4 = เฟ2 (SO 4) 3 + 6H 2 O
เหล็ก (III) ไฮดรอกไซด์สอดคล้องกับการกำหนด "H" ในตารางความสามารถในการละลายซึ่งบอกเราเกี่ยวกับความไม่ละลายน้ำของมันนั่นคือ ในสมการไอออนิกจะต้องเขียนให้ครบถ้วนนั่นคือ เป็นเฟ(OH) 3 . กรดซัลฟิวริกละลายได้และเป็นของอิเล็กโทรไลต์เข้มข้นนั่นคือมีอยู่ในสารละลายส่วนใหญ่อยู่ในสถานะแยกตัวออกจากกัน เหล็ก (III) ซัลเฟตก็เหมือนกับเกลืออื่นๆ เกือบทั้งหมด คืออิเล็กโทรไลต์เข้มข้น และเนื่องจากมันสามารถละลายได้ในน้ำ จึงจำเป็นต้องเขียนเป็นไอออนในสมการไอออนิก เมื่อคำนึงถึงทั้งหมดข้างต้น เราได้รับสมการไอออนิกที่สมบูรณ์ในรูปแบบต่อไปนี้:
2เฟ(OH) 3 + 6H + + 3SO 4 2- = 2เฟ 3+ + 3SO 4 2- + 6H 2 O
เมื่อลดไอออนซัลเฟตทางซ้ายและขวาเราจะได้:
2เฟ(OH) 3 + 6H + = 2เฟ 3+ + 6H 2 โอ
เมื่อหารทั้งสองข้างของสมการด้วย 2 เราจะได้สมการไอออนิกแบบย่อ:
เฟ(OH) 3 + 3H + = เฟ 3+ + 3H 2 O
ทีนี้มาดูปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไอออนที่ทำให้เกิดการตกตะกอน ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาระหว่างเกลือที่ละลายน้ำได้ 2 ชนิด:
เกลือทั้งสามชนิด ได้แก่ โซเดียมคาร์บอเนต แคลเซียมคลอไรด์ โซเดียมคลอไรด์ และแคลเซียมคาร์บอเนต (ใช่เช่นกัน) เป็นเกลืออิเล็กโทรไลต์เข้มข้น และเกลือทั้งหมดยกเว้นแคลเซียมคาร์บอเนตสามารถละลายได้ในน้ำ กล่าวคือ เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยานี้ในรูปของไอออน:
2Na + + CO 3 2- + Ca 2+ + 2Cl − = CaCO 3 ↓+ 2Na + + 2Cl −
เมื่อยกเลิกไอออนเดียวกันทางซ้ายและขวาในสมการนี้ เราจะได้สมการไอออนิกแบบย่อ:
CO 3 2- + Ca 2+ = CaCO 3 ↓
สมการสุดท้ายสะท้อนถึงสาเหตุของปฏิกิริยาระหว่างสารละลายของโซเดียมคาร์บอเนตและแคลเซียมคลอไรด์ แคลเซียมไอออนและคาร์บอเนตไอออนรวมกันเป็นโมเลกุลแคลเซียมคาร์บอเนตที่เป็นกลาง ซึ่งเมื่อรวมกันแล้วจะทำให้เกิดผลึกขนาดเล็กของ CaCO 3 ตกตะกอนของโครงสร้างไอออนิก
หมายเหตุสำคัญสำหรับการผ่านการสอบ Unified State ในวิชาเคมี เพื่อให้ปฏิกิริยาของเกลือ1 กับเกลือ2 ดำเนินต่อไป นอกเหนือจากข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับการเกิดปฏิกิริยาไอออนิก (ก๊าซ ตะกอน หรือน้ำในผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา) ยังมีข้อกำหนดอีกประการหนึ่งที่กำหนดให้กับปฏิกิริยาดังกล่าว - เกลือตั้งต้นจะต้องเป็น ละลายน้ำได้ กล่าวคือ ตัวอย่างเช่น CuS + Fe(NO 3) 2 ≠ FeS + Cu (NO 3) 2 ไม่มีปฏิกิริยาใดๆFeS – อาจก่อให้เกิดการตกตะกอนได้เนื่องจาก ไม่ละลายน้ำ เหตุผลที่ไม่เกิดปฏิกิริยาคือความไม่ละลายของเกลือเริ่มต้นตัวใดตัวหนึ่ง (CuS) แต่ตัวอย่างเช่น นา 2 CO 3 + CaCl 2 = CaCO 3 ↓+ 2NaCl เกิดขึ้นเนื่องจากแคลเซียมคาร์บอเนตไม่ละลายน้ำและเกลือตั้งต้นละลายได้ เช่นเดียวกับปฏิกิริยาระหว่างเกลือกับเบส นอกเหนือจากข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับการเกิดปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไอออนแล้ว เพื่อให้เกลือทำปฏิกิริยากับเบสได้ ความสามารถในการละลายของทั้งสองสิ่งจึงมีความจำเป็น ดังนั้น: Cu(OH) 2 + นา 2 S – ไม่รั่วไหล เพราะลูกบาศ์ก(OH) 2 ไม่ละลายน้ำ แม้ว่าจะเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีศักยภาพก็ตามCuS จะเป็นตะกอน นี่คือปฏิกิริยาระหว่าง.NaOH และลูกบาศ์ก(NO 3) ดำเนินการ 2 ครั้ง ดังนั้นสารตั้งต้นทั้งสองจึงละลายได้และให้ตะกอนลูกบาศ์ก(โอ้) 2: 2NaOH + Cu(NO 3) 2 = Cu(OH) 2 ↓+ 2NaNO 3 ความสนใจ! ไม่ว่าในกรณีใด คุณไม่ควรขยายข้อกำหนดความสามารถในการละลายของสารตั้งต้นให้เกินกว่าเกลือของปฏิกิริยา 1 + เกลือ 2 และเกลือ + เบส ตัวอย่างเช่น สำหรับกรด ก็ไม่จำเป็นต้องมีข้อกำหนดนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กรดที่ละลายน้ำได้ทั้งหมดจะทำปฏิกิริยาได้ดีกับคาร์บอเนตทุกชนิด รวมถึงกรดที่ไม่ละลายน้ำด้วย กล่าวอีกนัยหนึ่ง: 1) เกลือ 1 + เกลือ 2 - ปฏิกิริยาเกิดขึ้นหากเกลือดั้งเดิมละลายได้ แต่มีการตกตะกอนในผลิตภัณฑ์ 2) เกลือ + โลหะไฮดรอกไซด์ - ปฏิกิริยาเกิดขึ้นหากสารตั้งต้นละลายได้และผลิตภัณฑ์มีตะกอนหรือแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ |
พิจารณาเงื่อนไขที่สามสำหรับการเกิดปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไอออน - การก่อตัวของก๊าซ พูดอย่างเคร่งครัดจากการแลกเปลี่ยนไอออนเท่านั้น การก่อตัวของก๊าซจะเกิดขึ้นได้เฉพาะในกรณีที่หายากเท่านั้น เช่น ในระหว่างการก่อตัวของก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์:
K 2 S + 2HBr = 2KBr + H 2 S
ในกรณีอื่น ๆ ส่วนใหญ่ก๊าซจะเกิดขึ้นจากการสลายตัวของผลิตภัณฑ์ตัวใดตัวหนึ่งจากปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไอออน ตัวอย่างเช่น คุณต้องรู้อย่างแน่นอนว่าเป็นส่วนหนึ่งของการตรวจสอบ Unified State ว่าด้วยการก่อตัวของก๊าซเนื่องจากความไม่เสถียร ผลิตภัณฑ์เช่น H 2 CO 3, NH 4 OH และ H 2 SO 3 สลายตัว:
เอช 2 CO 3 = เอช 2 โอ + คาร์บอนไดออกไซด์ 2
NH 4 OH = H 2 O + NH 3
ชม 2 ดังนั้น 3 = ชม 2 O + ดังนั้น 2
กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากการแลกเปลี่ยนไอออนทำให้เกิดกรดคาร์บอนิก แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ หรือกรดซัลฟิวรัส ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไอออนจะเกิดขึ้นเนื่องจากการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ที่เป็นก๊าซ:
ให้เราเขียนสมการไอออนิกสำหรับปฏิกิริยาข้างต้นทั้งหมดที่นำไปสู่การก่อตัวของก๊าซ 1) สำหรับปฏิกิริยา:
K 2 S + 2HBr = 2KBr + H 2 S
โพแทสเซียมซัลไฟด์และโพแทสเซียมโบรไมด์จะถูกเขียนในรูปไอออนิกเพราะว่า เป็นเกลือที่ละลายน้ำได้เช่นเดียวกับกรดไฮโดรโบรมิกเพราะว่า หมายถึงกรดแก่ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ซึ่งเป็นก๊าซที่ละลายน้ำได้ต่ำและแยกตัวเป็นไอออนได้ไม่ดี จะถูกเขียนในรูปแบบโมเลกุล:
2K + + ส 2- + 2H + + 2Br — = 2K + + 2Br — + H 2 ส
การลดไอออนที่เหมือนกันที่เราได้รับ:
ส 2- + 2H + = ชม 2 ส
2) สำหรับสมการ:
นา 2 CO 3 + H 2 SO 4 = นา 2 SO 4 + H 2 O + CO 2
ในรูปแบบไอออนิก Na 2 CO 3, Na 2 SO 4 จะถูกเขียนเป็นเกลือที่ละลายน้ำได้สูงและ H 2 SO 4 เป็นกรดแก่ น้ำเป็นสารที่แยกตัวได้ไม่ดี และ CO 2 ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์เลย ดังนั้นสูตรจึงเขียนอยู่ในรูปโมเลกุล:
2Na + + CO 3 2- + 2H + + SO 4 2- = 2Na + + SO 4 2 + H 2 O + CO 2
CO 3 2- + 2H + = H 2 O + CO 2
3) สำหรับสมการ:
NH 4 NO 3 + KOH = KNO 3 + H 2 O + NH 3
โมเลกุลของน้ำและแอมโมเนียจะถูกเขียนอย่างครบถ้วน และ NH 4 NO 3, KNO 3 และ KOH จะถูกเขียนในรูปแบบไอออนิก เพราะ ไนเตรตทั้งหมดเป็นเกลือที่ละลายน้ำได้สูงและ KOH เป็นไฮดรอกไซด์ของโลหะอัลคาไลเช่น ฐานที่แข็งแกร่ง:
NH 4 + + NO 3 − + K + + OH − = K + + NO 3 − + H 2 O + NH 3
NH 4 + + OH - = H 2 O + NH 3
สำหรับสมการ:
นา 2 SO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O + SO 2
สมการแบบเต็มและแบบย่อจะมีลักษณะดังนี้:
2Na + + SO 3 2- + 2H + + 2Cl − = 2Na + + 2Cl − + H 2 O + SO 2
คำแนะนำ
ลองพิจารณาตัวอย่างการก่อตัวของสารประกอบที่ละลายน้ำได้น้อย
Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2NaCl
หรือเวอร์ชันไอออนิก:
2Na+ +SO42- +Ba2++ 2Cl- = BaSO4 + 2Na+ + 2Cl-
เมื่อแก้สมการไอออนิกต้องปฏิบัติตามกฎต่อไปนี้:
ไม่รวมไอออนที่เหมือนกันจากทั้งสองส่วน
ควรจำไว้ว่าผลรวมของประจุไฟฟ้าทางด้านซ้ายของสมการจะต้องเท่ากับผลรวมของประจุไฟฟ้าทางด้านขวาของสมการ
เขียนสมการไอออนิกสำหรับอันตรกิริยาระหว่างสารละลายในน้ำของสารต่อไปนี้: a) HCl และ NaOH; b) AgNO3 และ NaCl; ค) K2CO3 และ H2SO4; d) CH3COOH และ NaOH
สารละลาย. เขียนสมการปฏิสัมพันธ์ของสารเหล่านี้ในรูปแบบโมเลกุล:
ก) HCl + NaOH = NaCl + H2O
ข) AgNO3 + NaCl = AgCl + NaNO3
ค) K2CO3 + H2SO4 = K2SO4 + CO2 + H2O
ง) CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O
โปรดทราบว่าปฏิกิริยาของสารเหล่านี้เป็นไปได้ เนื่องจากผลลัพธ์คือการจับตัวของไอออนกับการก่อตัวของสารชนิดอ่อน (H2O) หรือสารที่ละลายได้น้อย (AgCl) หรือก๊าซ (CO2)
โดยไม่รวมไอออนที่เหมือนกันจากด้านซ้ายและด้านขวาของความเท่าเทียมกัน (ในกรณีของตัวเลือก a) - ไอออน และ ในกรณี b) - โซเดียมไอออน และ -ไอออน ในกรณี c) - โพแทสเซียมไอออนและซัลเฟตไอออน) d) - โซเดียมไอออน คุณจะแก้สมการไอออนิกเหล่านี้ได้:
ก) H+ + OH- = H2O
b) Ag+ + Cl- = AgCl
ค) CO32- + 2H+ = CO2 + H2O
ง) CH3COOH + OH- = CH3COO- + H2O
บ่อยครั้งในงานอิสระและงานทดสอบมีงานที่เกี่ยวข้องกับการแก้สมการปฏิกิริยา อย่างไรก็ตามหากไม่มีความรู้ ทักษะ และความสามารถแม้แต่สารเคมีที่ง่ายที่สุด สมการอย่าเขียน
คำแนะนำ
ก่อนอื่นคุณต้องศึกษาสารประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์พื้นฐานก่อน ทางเลือกสุดท้าย คุณสามารถมีเอกสารสรุปที่เหมาะสมไว้ข้างหน้าซึ่งสามารถช่วยได้ระหว่างทำงาน หลังการฝึกอบรม ความรู้และทักษะที่จำเป็นจะยังคงอยู่ในความทรงจำของคุณ
มีการคลุมวัสดุพื้นฐานตลอดจนวิธีการได้รับสารประกอบแต่ละชนิด โดยปกติจะแสดงในรูปแบบของแผนภาพทั่วไป เช่น 1. + ฐาน = เกลือ + น้ำ
2. กรดออกไซด์ + เบส = เกลือ + น้ำ
3. ออกไซด์พื้นฐาน + กรด = เกลือ + น้ำ
4. โลหะ + กรด (เจือจาง) = เกลือ + ไฮโดรเจน
5. เกลือที่ละลายน้ำได้ + เกลือที่ละลายน้ำได้ = เกลือที่ไม่ละลายน้ำ + เกลือที่ละลายน้ำได้
6. เกลือที่ละลายน้ำได้ + = เบสที่ไม่ละลายน้ำ + เกลือที่ละลายน้ำได้
มีตารางการละลายเกลือต่อหน้าต่อตาคุณและคุณสามารถตัดสินใจได้เช่นเดียวกับเอกสารโกง สมการปฏิกิริยา สิ่งสำคัญคือต้องมีรายการโครงร่างดังกล่าวทั้งหมด รวมถึงข้อมูลเกี่ยวกับสูตรและชื่อของสารประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์ประเภทต่างๆ
หลังจากสมการเสร็จสิ้นแล้ว จำเป็นต้องตรวจสอบความถูกต้องของการสะกดสูตรเคมี ตรวจสอบกรด เกลือ และเบสได้อย่างง่ายดายโดยใช้ตารางความสามารถในการละลาย ซึ่งแสดงประจุของสารตกค้างที่เป็นกรดและไอออนของโลหะ สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าสิ่งใดสิ่งหนึ่งโดยทั่วไปจะต้องเป็นกลางทางไฟฟ้า นั่นคือจำนวนประจุบวกจะต้องตรงกับจำนวนประจุลบ ในกรณีนี้ จำเป็นต้องคำนึงถึงดัชนีซึ่งคูณด้วยค่าธรรมเนียมที่เกี่ยวข้องด้วย
หากผ่านขั้นตอนนี้ไปแล้วและมั่นใจในความถูกต้องของการสะกดคำ สมการเคมี ปฏิกิริยาจากนั้นคุณสามารถตั้งค่าสัมประสิทธิ์ได้อย่างปลอดภัยแล้ว สมการทางเคมีแสดงด้วยสัญกรณ์ทั่วไป ปฏิกิริยาโดยใช้สัญลักษณ์ทางเคมี ดัชนี และสัมประสิทธิ์ ในขั้นตอนนี้ของงาน คุณต้องปฏิบัติตามกฎ: ค่าสัมประสิทธิ์จะอยู่ด้านหน้าสูตรทางเคมีและใช้กับองค์ประกอบทั้งหมดที่ประกอบเป็นสาร
ดัชนีจะถูกวางไว้หลังองค์ประกอบทางเคมีที่ต่ำกว่าเล็กน้อย และอ้างอิงถึงองค์ประกอบทางเคมีทางด้านซ้ายเท่านั้น
หากกลุ่ม (เช่น กรดตกค้างหรือกลุ่มไฮดรอกซิล) อยู่ในวงเล็บ คุณต้องเข้าใจว่าดัชนีสองตัวที่อยู่ติดกัน (ก่อนและหลังวงเล็บ) จะถูกคูณกัน
เมื่อนับอะตอมขององค์ประกอบทางเคมี ค่าสัมประสิทธิ์จะคูณ (ไม่บวก!) ด้วยดัชนี
ถัดไป คำนวณปริมาณขององค์ประกอบทางเคมีแต่ละองค์ประกอบเพื่อให้จำนวนองค์ประกอบทั้งหมดที่รวมอยู่ในสารตั้งต้นตรงกับจำนวนอะตอมที่รวมอยู่ในสารประกอบที่เกิดขึ้นในผลิตภัณฑ์ ปฏิกิริยา- คุณสามารถเรียนรู้วิธีแก้ปัญหาได้โดยการวิเคราะห์และใช้กฎข้างต้น สมการปฏิกิริยารวมอยู่ในสายโซ่ของสาร