Если к раствору соли, образованной сильным основанием и слабой кислотой приливать сильную кислоту, то при определенном количестве добавленной кислоты начнется гидратообразование - выпадение осадка малорастворимой кислоты:
AnZ- + nH+ = HZAn(ТВ) .
Согласно уравнению (51), выражение для произведения растворимости малорастворимой кислоты HnAn(ТВ.) имеет вид:
. (55)
рН начала гидратообразования – выпадения осадка малорастворимой кислоты – можно рассчитать из уравнения (55):
рНгидратообр. = 
, (56)
где z - заряд аниона, 
- начальная концентрация аниона в растворе.
Задача 4.7.
К раствору соли Na2WO4 c концентрацией 0,13 моль/л добавляют раствор соляной кислоты. Рассчитайте, при каком значении рН начинается выпадение осадка малорастворимой вольфрамовой кислоты.
Решение. Осадок кислоты выпадает в результате реакции в растворе:
Na2WO4 + HCl = H2WO4(ТВ.) + 2 NaСl.
Произведение растворимости вольфрамовой кислоты:
. (57)
Уравнение гетерогенного равновесия имеет вид:
H2WO4(ТВ.) 
2Н+ + WO42- .
Из уравнения (57) выведем формулу для расчета рН начала выпадения малорастворимой кислоты Н2WO4:
рН = - 
. (58)
Ответ. В заданных условиях осадок малорастворимой вольфрамовой кислоты начнет выпадать при достижении рН = 2,5.
Ионообменные реакции в водных растворах
Электролитов
Обменные реакции в растворах электролитов относятся к реакциям, протекающим без обмена электронами между частицами и без изменения степеней окисления элементов. Необходимым условием протекания обменных реакций в растворах электролитов является удаление из раствора тех или иных ионов вследствие образования малодиссоциирующих соединений (слабых электролитов и комплексных частиц), малорастворимых соединений (осадков или газов) или более устойчивых в данной среде других ионов.
В растворах электролитов реакции идут между ионами, поэтому суть ионообменных реакций отражают ионные, а не молекулярные реакции.
В ионном уравнении все сильные хорошо растворимые электролиты записывают в виде ионов, в виде молекул записывают только слабые электролиты, малорастворимые и газообразные вещества.
Пример 5.1.
Ионообменные реакции , сопровождаемые выпадением осадка малорастворимого вещества.
а) NaCl + AgNO3 = AgCl(ТВ.) + NaNO3 - молекулярное уравнение;
ПРAgCl = 1,8∙10-10 << 10-2;
Na+ + Cl- + Ag+ + NO3- = AgCl(ТВ.) + Na+ + Cl - ионное уравнение.
Исключая из ионного уравнения ионы, не участвовавшие в реакции (Na+,Cl- ,NO3), получаем краткое ионное уравнение:
Ag+ + Cl- = AgCl(ТВ.) ,
отражающее суть данной практически необратимой обменной реакции.
б) Al2 (SO4)3 + 6 NaOH = 2 Al(OH)3(ТВ.) + 3 Na2SO4;
ПРAl(OH)3 = 1,9∙10-33<< 10-2;
2 Al3+ + 3 (SO4)2- + 6 Na+ + 6 OH- = 2 Al(OH)3 + 6 Na+ + 3(SO4)2-;
Al3+ + 3 (OH)- = Al(OH)3(ТВ).
в) Na2Mo2O7 + HCl = 2 NaCl + H2Mo2O7(ТВ) ;
1,5∙10-7 < 10-2;
2 Na+ + (Mo2O7)2- + 2 H+ + 2 Cl- = H2Mo2O7(ТВ) + 2 Na+ + 2 Cl-;
2 H+ + (Mo2O7)2- = H2Mo2O7(ТВ).
Пример 5.2.
Ионообменные реакции, обусловленные образованием газообразных веществ.
a) Na2CO3 + 2 HNO3 = CO2(Г) + Н2О + 2 NaNO3;
2 Na+ + CO32- + 2 H+ + 2 NO3- = CO2(Г) + Н2О + 2 Na+ + 2NO3 –;
CO32- + 2 H+ = CO2(Г) + Н2О.
б) Na2S + 2 HCl = H2S(Г) + 2 NaCl;
2 Na+ + S2- + 2 H+ + 2 Cl- = Н2S(Г) + 2 Na+ + 2 Cl-;
2 H+ + S2- + = Н2S(Г).
Пример 5.3.
Ионообменные реакции с образованием слабых электролитов.
а) Все реакции между кислотами и основаниями (реакции нейтрализации) сопровождаются образованием слабого электролита воды.
1,8∙10-16.
Эти реакции идут практически необратимо.
Н2SO4 + KOH = K2SO4 + Н2O.
2 H+ + SO4-2 + K+ + OH- = Н2O + 2 K+ + (SO4) 2-.
H+ + OH- = Н2O.
б) NH4NO3 + KOH = NH4OH + KNO3
- в данной реакции образуется слабый электролит – слабое основание гидроксид аммония .
;
NH4+ + NO3- + К+ + ОН- = NH4OН + К+ + NO3-;
NH4+ + ОН- = NH4OН.
в) СН3СООNa + HCl = СН3СООH + NaCl
- реакция сопровождается образованием слабого электролита – слабой уксусной кислоты.
;
СН3СОО- + Na+ + H+ + Cl- = СН3СООH + Na+ + Cl-;
H+ + СН3СОО- = СН3СООH.
Пример 5.4.
Ионообменные реакции с образованием в данной среде более устойчивых ионов.
В кислой среде устойчивы ионы Cr2O72-, а растворы дихроматов имеют оранжевую окраску. В щелочной и нейтральной средах более устойчив ион хромата (CrO4)-2, а растворы хроматов имеют желтый цвет.
(Cr2O7 ) 2- ⇄ (CrO4)-2
рН < 7 pH ≥ 7
оранж. цвет желт. цвет
2 К2CrO4 + 2 HCl = K2Cr2O7 + H2O + 2 KCl;
4 K+ + 2 (CrO4)-2 + 2 H+ + 2 Cl- = (Cr2O7 )2- + H2O + 4 K+ + 2 Cl-;
2 H+ + 2 (CrO4)-2 = (Cr2O72) + H2O.
В реакции образуется также слабый электролит – вода.
Пример 5.5.
Ионообменные реакции, сопровождающиеся растворением осадка.
а) Малорастворимые кислоты можно растворить в растворах щелочей:
H2WO4(ТВ) + KOH = K2WO4 + H2O;
H2WO4(ТВ) + OH- = (WO4)2- + H2O.
б) Малорастворимые основания можно растворить в растворах сильных кислот:
Fe(OH)3(ТВ) + 3 HCl = FeCl3 + 3 H2O;
Fe(OH)3(ТВ) + 3H+ = Fe3+ + 3 H2O.
Обе реакции идут с образованием слабого электролита – воды.
в) Малорастворимые соли можно растворить в результате реакций комплексообразования :
AgCl(ТВ,) + 4 NH3 = [Ag(NH3)4]Cl.
Контрольное задание № 5
Используя соответствующие таблицы с исходными данными согласно номеру своего варианта, письменно ответьте на следующие вопросы.
В Д ВОПРОС 1. Дано неорганическое соединение (см. табл.23)
а) Укажите, к какому классу оно относится:
А. Оксид Б. Основание В. Кислота Г. Соль;
б) Дайте характеристику этого соединения:
А. Хорошо растворимый, сильный электролит;
Б. Хорошо растворимый, слабый электролит;
В. Малорастворимый, сильный электролит;
Г. Малорастворимый, слабый электролит.
в) Определите правильную форму записи этого соединения в ионных уравнениях.
ВОПРОС 2. Укажите формулы веществ, которые в ионных уравнениях необходимо записывать в виде молекул (см.табл.24).
ВОПРОС 3. Укажите формулы веществ, которые в ионных уравнениях необходимо записывать в виде ионов (см. табл.25).
ВОПРОС 4. Укажите те из двух веществ, между которыми можно пред-
сказать обменную реакцию в водных растворах (см. табл.26). Напишите предполагаемые уравнения реакций в молекулярной и ионной формах.
Таблица 23
К вопросу 1
| Варианты | Неорганические соединения | Варианты | Неорганические соединения | ||
| CrBr3 | ZnI2 | ||||
| Be(OH)2 | H2SnO2 | ||||
| H3PO4 | Zn(OH)2 | ||||
| Li2CO3 | CaCrO4 | ||||
| HVO3 | H2PbO2 | ||||
| Fe(NO3)3 | SnF2 | ||||
| Sc(OH)3 | La(OH)3 | ||||
| NaIO4 | H3BO3 | ||||
| HAlO2 | Cu(OH)2 | ||||
| K2SiF6 | H2MoO4 | ||||
| H4GeO4 | Cu(CH3COO)2 | ||||
| MnSO4 | H2WO4 | ||||
| HIO | Ni(OH)2 | ||||
| Mg3(PO4)2 | H2TiO3 | ||||
| Al(OH)3 | H2ZrO3 |
Таблица 24
К вопросу 2
| Варианты | Неорганические соединения | |||
| А | Б | В | Г | |
| HNO3 | HBO2 | NH4F | Ca(OH)2 | |
| H4P2O6 | HAlO2 | In(OH)3 | NaF | |
| H3GaO3 | H2SO4 | KF | AuOH | |
| H2S2O3 | NH4Cl | H2CO3 | Fe(OH)2 | |
| H2SnO3 | BaCl2 | H4P2O7 | Sr3(PO4)2 | |
| HClO2 | H2SiO3 | Tl(OH)3 | NaBr | |
| HClO3 | H2O2 | CaBr2 | Pu(OH)3 | |
| HClO4 | H2ZrO3 | CsIO4 | SnCl2 | |
| HBr | CrCl3 | H2N2O4 | CaSO3 | |
| H3PO4 | HMnO4 | KBr | SrSO4 | |
| А | Б | В | Г | |
| SnF2 | H3AsO4 | HgCl2 | BaCrO4 | |
| HBrO4 | H3SbO4 | FeCl2 | Mg(OH)2 | |
| HIO | Be(OH)2 | NaOH | H2S | |
| H2CrO4 | H2TeO4 | Hg(NO3)2 | CaSO4 | |
| H2SeO3 | MgCl2 | KI | Hg(OH)2 | |
| H2Te | Sn(OH)4 | Al(NO3)3 | Na3PO4 | |
| Bi(OH)3 | K2CO3 | Na2SiO3 | H2TeO3 | |
| Cu(OH)2 | FeBr2 | MgF2 | NaNO3 | |
| MnBr2 | MgCO3 | Au(OH)3 | AlI3 | |
| NH4OH | CuSO4 | GeS | NH4NO3 | |
| K2SO3 | HF | VO2OH | BaS | |
| FeSO4 | HClO | (NH4)2S | W(OH)4 | |
| BaMoO4 | ZnSO4 | Ag2S | HIO3 | |
| H2TiO3 | Na2SO3 | V(OH)3 | NH4I | |
| HBrO | ZnBr2 | Pd(OH)4 | HgSO4 | |
| Ba(NO3)2 | H2WO4 | Th(OH)4 | FeI2 | |
| Pu(OH)4 | H2MoO4 | K2SO4 | BaI2 | |
| Hg(NO3)2 | H3VO4 | MgI2 | Pb(OH)2 | |
| HVO3 | CrI3 | Mn(OH)2 | Sn(NO3)2 | |
| Fe(NO3)2 | Fe(OH)2 | Bi2(SO4)3 | Fe(OH)3 |
Таблица 25
К вопросу 3
| Варианты | Неорганические соединения | |||
| А | Б | В | Г | |
| Ge(OH)4 | H3PO3 | H2B4O7 | NaCl | |
| H2SO3 | AlCl3 | Ga(OH)3 | KIO4 | |
| HSCN | H2PbO2 | KCl | CsClO4 | |
| H2SeO4 | CH3COOH | AlF3 | La(OH)3 | |
| HCOOH | HCl | NH4Br | Al(OH)3 | |
| HI | ZnCl2 | HN3 | SrCrO4 | |
| SrMoO4 | LiOH | Ac(OH)3 | AgF | |
| CrF3 | H4SiO4 | MgBr2 | Y(OH)3 | |
| H2MnO4 | H3AsO3 | Am(OH)4 | CuCl2 | |
| FeF3 | HAsO2 | BaBr2 | BaCO3 | |
| FeCl3 | H4[Fe(CN)6] | HSbO2 | Zr(OH)4 | |
| H2S | VO(OH)2 | CaCl2 | HIO4 | |
| H5IO6 | Ce(OH)3 | MgBr2 | SrCO3 | |
| H2Cr2O7 | AlBr3 | H2Se | Hf(OH)4 | |
| H2SnO2 | FeBr3 | SrSO3 | Cu(NO3)2 | |
| H2Te | Sb(OH)3 | (NH4)2SO4 | Na2CO3 | |
| NaI | H2GeO3 | Ca3(PO4)2 | AgNO3 | |
| А | Б | В | Г | |
| AgOH | CaCO3 | Bi(NO3)3 | Na2S | |
| Cr(NO3)3 | Sc(OH)3 | K2S | MgSO3 | |
| SnBr2 | Tl3PO4 | H2Mo2O7 | MnI2 | |
| K3SiO3 | Co(OH)2 | PbMoO4 | SnSO4 | |
| CaI2 | BaSO3 | PbCO3 | Mn(NO3)2 | |
| Fe(NO3)2 | Tl2SO4 | La2S3 | H4P2O7 | |
| Cr2(SO4)3 | SnS | Cr(OH)3 | Zn(NO3)2 | |
| Sc(OH)3 | AuI | (NH4)2CO3 | Fe2(SO4)3 | |
| Ti(OH)3 | K3PO4 | MgSO4 | Tl2S | |
| MgS | H4TiO4 | (NH4)3PO4 | AuI3 | |
| BaSO4 | Al2(SO4)3 | KNO3 | Cu2S | |
| PbF2 | Na2SO4 | Ca(NO3)2 | CdS | |
| H5IO6 | Ca(OH)2 | Ni(OH)2 | PbCl2 |
Таблица 26
К вопросу 4