Александр Кудрявцев - Составление химических уравнений
Химические реакции могут быть выражены уравнениями разных типов: молекулярными
CdSO4 + Na2S = ↓CdS + Na2SO4
ионно-молекулярными
Cd2+ + SO42− + 2Na+ + S2− = ↓CdS + 2Na+ + SO42−
ионными
Cd2+ + S2− = ↓CdS
В последнем случае указываются только ионы, непосредственно вступающие в реакцию.
Составляют уравнения реакций в такой последовательности.
Сначала записывают левую часть уравнения в молекулярной или ионной форме, соединив формулы реагирующих веществ знаком плюс
CaCl2 + Na3PO4 →
или
Ca2+ + 2Cl− + 3Na+ + PO43− →
Затем, пользуясь сведениями, изложенными ранее, и зная химические свойства реагирующих веществ, записывают формулы образующихся продуктов и соединяют их знаком плюс (пока не обращая внимания на коэффициенты):
CaCl2 + Na3PO4 → ↓Ca3(PO4)2 + NaCl
или
Ca2+ + 2Cl− + 3Na+ + PO43− → ↓Ca3(PO4)2 + Na+ + Cl−
Направляющей реакцией, которая смещает равновесие, в данном случае является образование осадка Ca3(PO4)2, так как соединение Ca3(PO4)2 является малорастворимым. Его растворимость в воде равна 6,4·10−4 моль/л.
Напротив, NaCl хорошо растворяется в воде, его растворимость 5,8 моль/л.
Поэтому в данной реакции из находящихся в растворе ионов Ca2+ и PO43− образуется осадок ↓Ca3(PO4)2, который в $\frac{5{,}8}{6{,}4\cdot 10^{-4}} = 9062{,}5$ раз менее растворим, чем NaCl.
Затем подбирают соответствующие коэффициенты перед формулами, чтобы число атомов каждого элемента в обеих частях уравнения было равным
3CaCl2 + 2Na3PO4 = ↓Ca3(PO4)2 + 6NaCl
или
3Ca2+ + 6Cl− + 6Na+ + 2PO43− = ↓Ca3(PO4)2 + 6Na+ + 6Cl−
Конечно, нет необходимости переписывать каждое уравнение по нескольку раз, как это сделано нами для наглядности. Все вышеуказанные операции следует производить с одним и тем же уравнением.
Уравнение этой же реакции можно записать в виде структурных формул
Составление уравнений реакций получения кислот, оснований и солей
Кислоты могут быть получены:
1. Действием кислоты (обычно серной) на соль
2NaNO3 + H2SO4 = 2HNO3 + Na2SO4
2. Взаимодействием оксидов неметаллов и высших оксидов некоторых металлов с водой
P2O3 + 3H2O = 2H3PO3
Mn2O7 + H2O = 2HMnO4
3. Взаимодействием галогенангидридов с водой
PCl5 + 4H2O = H3PO4 + 5HCl
4. Окислением кислотообразующих веществ в водном растворе
3P + 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO
5. Электролизом водных растворов солей кислородных кислот при соответствующих условиях.
6. Взаимодействием некоторых неметаллов с водородом и растворением полученного продукта в воде, например, при соединении хлора с водородом получается газообразный хлороводород, который при растворении в воде образует соляную кислоту.
Для ряда кислот имеются свои особые способы получения.
Основания могут быть получены:
1. Электролизом водных растворов солей щелочных и щелочноземельных металлов, например: KCl, NaCl, BaCl2.
2. Действием щелочей на растворимые соли соответствующих металлов
FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3 + 3NaCl
3. Взаимодействием оксидов активных металлов с водой
BaO + H2O = Ba(OH)2
4. Действием наиболее активных металлов на воду
2Na + 2H2O = H2 + 2NaOH
Соли могут быть получены:
1. Действием металла на кислоту
Zn + H2SO4 = H2 + ZnSO4
2. Взаимодействием кислоты с основанием
HNO3 + KOH = H2O + KNO3
3. Действием кислоты на оксид металла
CuO + H2SO4 = H2O + CuSO4
4. Взаимодействием двух солей (реакция ионного обмена)
BaCl2 + Na2CO3 = BaCO3 + 2NaCl
5. Действием кислоты на соль
CaCO3 + 2HCl = H2O + CO2 + CaCl2
6. Непосредственным соединением металла с неметаллом
Fe + S = FeS
7. Соединением оксида металла с оксидом неметалла
CaO + SO3 = CaSO4
8. Действием оксида неметалла на основание
Ca(OH)2 + CO2 = H2O + CaCO3
9. Взаимодействием металла с солью другого металла
Fe + CuSO4 = Cu + FeSO4
В некоторых случаях образуются кислые или основные соли.
Кислые соли получаются:
1. При неполном замещении иона водорода в многоосновной кислоте (избыток кислоты)
Ba(OH)2 + 2H3PO4 = 2H2O + Ba(H2PO4)2
2. Действием многоосновной кислоты на среднюю соль
K2SO4 + H2SO4 = 2KHSO4
Основные соли получаются:
1. При неполной нейтрализации основания кислотой (недостаток кислоты)
Fe(OH)3 + HCl = H2O + Fe(OH)2Cl
2. При взаимодействии средней соли с основанием
Bi(NO3)3 + 2KOH = Bi(OH)2NO3 + 2KNO3
Кислые и основные соли могут образоваться также при гидролизе средних солей.
Разумеется, здесь приведены только основные случаи химических реакций получения кислот, оснований и солей.
Упражнения
Реакции, протекающие с образованием газов
1. Написать в молекулярной и ионной форме уравнения реакций:
1) * сульфида железа (II) с соляной кислотой;
2) сульфида сурьмы (III) с соляной кислотой;
3) силицида магния с серной кислотой;
4) фосфида кальция с азотной кислотой;
5) карбида кальция с водой;
6) нитрида магния с водой;
7) арсенида цинка с соляной кислотой;
8) карбида алюминия с водой,
9) карбоната калия с соляной кислотой;
10) сульфата аммония с едким кали;
11) карбоната кальция с азотной кислотой.
Реакции, протекающие с образованием и растворением осадков
При составлении уравнений реакций с образованием осадков необходимо руководствоваться данными о растворимости солей (приложения 3 и 4).
2. Написать в молекулярной и ионной форме уравнения реакций:
1) хлорида железа (III) с фосфатом натрия;
2) хлорида бария с хроматом калия;
3) сульфата железа (II) с едким кали;
4) хлорида стронция с серной кислотой;
5) нитрата кобальта (II) с гидроокисью бария;
6) бромида марганца (II) с сульфидом аммония;
7) нитрата свинца с сероводородом;
8) сульфата натрия с нитратом серебра;
9) хлорида титана (IV) с нитратом серебра;
10) хлорида висмута (III) с сероводородом;
11) сульфида натрия с сульфатом никеля;
12) нитрата свинца с хлоридом натрия;
13) хлорида алюминия с сульфатом серебра;
14) фосфата натрия с сульфатом алюминия;
15) хлорида железа (II) с фосфатом кальция.
3. Написать ионные уравнения образования нерастворимых солей, которые могут получиться при взаимодействии растворов солей, взятых попарно: KCl, Na3PO4, (NH4)2S, CuSO4, Ba(NO3)2, AgNO3.
4. Выразить ионными уравнениями реакции:
2BiCl3 + 3H2S → ↓Bi2S3 + 6HCl
AlCl3 + Na2HPO4 + NH4OH → ↓AlPO4 + 2NaCl + NH4Cl + H2O
5. Закончить уравнения следующих реакций:
Cr3+ + Ba(OH)2 → ↓Cr(OH)3 + Ba2+
Co2+ + H2S → ↓CoS
6.** Объяснить, при каких условиях происходит образование и растворение осадков.
7. На основании значений величин произведения растворимости объяснить, почему в разбавленной соляной кислоте ZnS растворяется, а HgS не растворяется.
Реакции, протекающие с образованием слабых электролитов
8. Написать в молекулярной и ионной форме уравнения реакций (в растворах) между следующими веществами:
1)* фосфорной кислотой и гидроксидом кальция;
2) гидросульфатом натрия и едким натром;
3) сернистой кислотой и едким кали;
4) гидро-арсенитом натрия (однозамещенным) и едким кали;
5) гидрокарбонатом кальция и гидроксидом кальция;
6) гидроксидом алюминия и серной кислотой;
7) силицидом натрия и соляной кислотой;
8) гидрокарбонатом кальция и бромистоводородной кислотой;
9) уксуснокислой основной солью алюминия и уксусной кислотой;
10) сернокислой основной солью хрома и серной кислотой;
11) цианидом натрия и серной кислотой;
12) оксалатом калия и азотной кислотой;
13) хлоридом аммония и гидроксидом лития;
14) гидроксидом кальция и диоксидом углерода.
9. Составить уравнения, в которых равновесие смещается в сторону образования следующих слабых электролитов: HCN, H2SiO3, H3BO3.
10.** Написать уравнения реакций гидролиза и указать реакцию среды в растворе каждой соли:
1) сульфида рубидия; 2) ортофосфата натрия; 3) сульфата меди; 4) нитрата алюминия; 5) нитрата цинка; 6) хлорида магния; 7) сульфида хрома; 8) оксалата железа.
11. Объяснить, какая соль более полно гидролизуется:
1) (NH4)2CO3 или NH4Cl
2) K2S или Al2S3
12. Какие факторы влияют на смещение равновесия при гидролизе той или иной соли?
13. Найти вещества, при взаимодействии водных растворов которых реакции между ними могли бы быть выражены следующими ионными уравнениями:
1) C2H3O2− + H+ = HC2H3O2
2) H+ + OH− = H2O
3) NH4+ + OH− = NH3 + H2O
14. Закончить следующие уравнения:
1) CN− + HCl = HCN + Cl−
2) Be(OH)2 + 2H+ = 2H2O + Be2+
15. Имея в виду возможность гидролиза получаемых продуктов, закончить уравнения:
1) Al2(SO4)3 + K2S →
2) FeCl3 + (NH4)2S →
3) K2CO3 + Fe2(SO4)3 →
16. С помощью каких реакций с кислотами или основаниями нижеперечисленные основные и кислые соли могут быть переведены в средние?
1) MgOCl2 или MgOHCl (по мнению редакции сайта)
2) Cu2(OH)2CO3
3) BiONO3
4) Na2HPO4
5) Cr2(OH)4SO4
6) NaH2AsO4
7) Fe(OH)(C2H3O2)2
8) Ca(H2PO4)2
17. Написать уравнения реакций нейтрализации соответствующих оснований кислотами с получением следующих солей:
1) фосфата кальция; 2) нитрата алюминия; 3) арсената кальция; 4) сульфата цинка; 5) карбоната калия.
18. Написать уравнения реакций неполной нейтрализации оснований кислотами (образуются кислые соли):
1) Ca(OH)2 + H3PO4 →
2) NaOH + H3PO4 →
3) KOH + H2SO4 →
4) NaOH + H2CO3 →
19. Написать уравнения реакций образования основных солей:
1) Bi(OH)3 + HNO3 →
2) Bi(NO3)3 + NaOH →
3) Fe(OH)3 + HCl →
4) Mg(OH)2 + HCl →
20. Закончить уравнения реакций образования средних, кислых и основных солей между следующими кислотами и основаниями:
1) Mg(OH)2 + H3PO4 → Mg3(PO4)2
2) Cr(OH)3 + H2SO4 → CrH(SO4)2
3) Zn(OH)2 + H3AsO4 → Zn2(OH)AsO4
4) Mg(OH)2 + H4SiO4 → Mg3(OH)2SiO4
5) Ca(OH)2 + H2CO3 → Ca(HCO3)2
Реакции, протекающие с образованием комплексных ионов *
21. Написать в молекулярной и ионной форме уравнения реакций:
1) роданида кобальта (II) с роданидом аммония [Co(CNS)4]2−;
2) цианида калия с цианидом никеля, [Ni(CN)4]2−;
3) хлорида меди (II) с гидроксидом аммония, [Cu(NH3)4]2+;
4) сульфата кадмия с аммиаком, [Cd(NH3)4]2+;
5) иодида серебра с тиосульфатом натрия, [Ag(S2O3)2]3−;
6) хлорида кадмия с цианидом калия, [Cd(CN)4]2−.
22. Зная, что комплексообразователями являются ионы Ag+, Co3+, Cr3+, Pt4+, определить заряд следующих комплексных ионов:
[Ag(CN)2], [Co(CN)6], [Cr(NH3)5Cl], [PtCl6]
23. Определить заряд комплексообразователя в следующих соединениях:
1) [NH4]Br
2) [Cu(NH3)4]SO4
3) K2[PtCl6]
24. Определить координационное число и заряд комплексообразователя в следующих соединениях:
1) [Ag(NH3)2]NO3
2) [Pt(NH3)4]Cl2
3) K4[Mo(CN)7]
4) K3[TaCl8]
5) K5[ZrF9]
25. Написать структурные формулы:
1) аммиаката; 2) кристаллогидрата; 3) карбонила; 4) полигалогенида; 5) полисульфида.
26. Написать следующие формулы в виде комплексных соединений:
1) 2KCl·PtCl4
2) CrCl3·6H2O
3) Co(CN)3·3KCN
4) CuSO4·5H2O
27. Написать уравнения диссоциации на ионы следующих солей:
1) KMgCl3
2) Na3[Ag(S2O3)2]
3) K2[Cd(CN)4]
4) Na3[Co(NO2)6]
5) [Cr(H2O)4Cl2]Cl
28. Объяснить, почему раствор комплексной соли K2[Cd(CN)4] с сероводородом образует осадок, а со щелочью не образует.
29. Написать выражения для констант нестойкости следующих ионов:
1) [Fe(CN)6]3−
2) [Cr(NH3)6]3+
3) [Ag(S2O3)2]3−
30. В чем заключается изомерия комплексных соединений **.
1) гидратная; 2) ионизационная; 3) координационная; 4) цис — транс; 5) зеркальная.
* Звездочкой обозначены упражнения, к которым даны решения в конце книги.
** Двумя звездочками при номере обозначены упражнения, к которым даны ответы в конце книги (ч. V).
* В скобках указаны комплексные ионы, в сторону образования которых смещаются равновесия реакций.
** См. Б. В. Некрасов. Курс общей химии. Госхимиздат, 1962, стр. 807—811.