Навчальне дослідження № 9. «Реакції йонного обміну між електролітами у водних розчинах»

• Назад до змісту

Завдання дослідження: дослідити хімічні реакції між водними розчинами солей, кислот і основ.

Обладнання: пробірки, штатив для пробірок, піпетки.

Реактиви: розчини $\text{Na}_2\text{CO}_3$, $\text{HCl}$, $\text{CaCl}_2$, $\text{BaCl}_2$, $\text{Na}_2\text{SO}_4$, $\text{AgNO}_3$, $\text{KCl}$, $\text{KBr}$, $\text{KI}$, $\text{K}_3\text{PO}_4$, $\text{H}_2\text{SO}_4$, $\text{NaOH}$, $\text{Na}_2\text{SO}_3$, $\text{MgCl}_2$, розчин індикатора.

1. Сформулюйте мету дослідження відповідно до визначеного завдання.

Мета дослідження: дослідити експериментально перебіг реакцій йонного обміну між водними розчинами солей, кислот і основ та визначити умови, за яких ці реакції відбуваються до кінця.

2. Виконайте досліди.

Дослід 1. У дві пробірки налийте по 1 мл розчину натрій карбонату. У першу пробірку додайте кілька крапель хлоридної кислоти, а в другу — 1 мл розчину кальцій хлориду.

Які зміни спостерігаєте?

У першій пробірці спостерігається інтенсивне виділення безбарвного газу, а у другій пробірці утворюється білий осад.

Ці реакції є оборотними чи необоротними?

Ці реакції є необоротними, оскільки вони супроводжуються виділенням газу та утворенням осаду.

Запишіть рівняння реакцій:

Перша пробірка:
Молекулярне: $\text{Na}_2\text{CO}_3 + 2\text{HCl} = 2\text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow$
Повне йонне: $2\text{Na}^+ + \text{CO}_3^{2-} + 2\text{H}^+ + 2\text{Cl}^- = 2\text{Na}^+ + 2\text{Cl}^- + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow$
Скорочене йонне: $2\text{H}^+ + \text{CO}_3^{2-} = \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow$

Друга пробірка:
Молекулярне: $\text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{CaCl}_2 = \text{CaCO}_3\downarrow + 2\text{NaCl}$
Повне йонне: $2\text{Na}^+ + \text{CO}_3^{2-} + \text{Ca}^{2+} + 2\text{Cl}^- = \text{CaCO}_3\downarrow + 2\text{Na}^+ + 2\text{Cl}^-$
Скорочене йонне: $\text{Ca}^{2+} + \text{CO}_3^{2-} = \text{CaCO}_3\downarrow$

Чи відбуватимуться реакції, якщо замість розчину натрій карбонату використати нерозчинну сіль, наприклад, магній карбонат?

З хлоридною кислотою реакція відбуватиметься з розчиненням магній карбонату та виділенням газу ($\text{MgCO}_3 + 2\text{HCl} = \text{MgCl}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow$), а з розчином кальцій хлориду реакція не відбуватиметься, оскільки нерозчинні солі не вступають у реакції йонного обміну з іншими солями.

Дослід 2. У дві пробірки налийте по 1 мл розчину барій хлориду. У першу пробірку додайте 1 мл розчину натрій сульфату, у другу — кілька крапель розчину аргентум(1+) нітрату.

Які зміни спостерігаєте?

У першій пробірці спостерігається утворення білого дрібнокристалічного осаду, а у другій пробірці утворюється білий сирнистий осад.

Чи відрізняються осади в обох пробірках на вигляд і за складом?

Так, осади відрізняються за хімічним складом і зовнішнім виглядом: у першій пробірці утворюється дрібнокристалічний барій сульфат ($\text{BaSO}_4$), а у другій — сирнистий аргентум(I) хлорид ($\text{AgCl}$).

Запишіть рівняння реакцій:

Перша пробірка:
Молекулярне: $\text{BaCl}_2 + \text{Na}_2\text{SO}_4 = \text{BaSO}_4\downarrow + 2\text{NaCl}$
Повне йонне: $\text{Ba}^{2+} + 2\text{Cl}^- + 2\text{Na}^+ + \text{SO}_4^{2-} = \text{BaSO}_4\downarrow + 2\text{Na}^+ + 2\text{Cl}^-$
Скорочене йонне: $\text{Ba}^{2+} + \text{SO}_4^{2-} = \text{BaSO}_4\downarrow$

Друга пробірка:
Молекулярне: $\text{BaCl}_2 + 2\text{AgNO}_3 = 2\text{AgCl}\downarrow + \text{Ba(NO}_3)_2$
Повне йонне: $\text{Ba}^{2+} + 2\text{Cl}^- + 2\text{Ag}^+ + 2\text{NO}_3^- = 2\text{AgCl}\downarrow + \text{Ba}^{2+} + 2\text{NO}_3^-$
Скорочене йонне: $\text{Ag}^+ + \text{Cl}^- = \text{AgCl}\downarrow$

Дослід 3. У чотири пробірки налийте по 1 мл розчинів калій хлориду, калій броміду, калій йодиду та калій ортофосфату. У кожну пробірку додайте по кілька крапель розчину аргентум(1+) нітрату.

Які зміни спостерігаєте?

У всіх чотирьох пробірках спостерігається випадання осадів.

Чи відрізняються осади в усіх пробірках на вигляд і за складом?

Так, осади відрізняються за складом і кольором: у першій пробірці утворюється білий сирнистий осад, у другій — світло-жовтий, у третій — жовтий, у четвертій — яскраво-жовтий осад.

Запишіть рівняння реакцій:

1. Перша пробірка:
   Молекулярне: $\text{KCl} + \text{AgNO}_3 = \text{AgCl}\downarrow + \text{KNO}_3$
   Повне йонне: $\text{K}^+ + \text{Cl}^- + \text{Ag}^+ + \text{NO}_3^- = \text{AgCl}\downarrow + \text{K}^+ + \text{NO}_3^-$
   Скорочене йонне: $\text{Ag}^+ + \text{Cl}^- = \text{AgCl}\downarrow$

2. Друга пробірка:
   Молекулярне: $\text{KBr} + \text{AgNO}_3 = \text{AgBr}\downarrow + \text{KNO}_3$
   Повне йонне: $\text{K}^+ + \text{Br}^- + \text{Ag}^+ + \text{NO}_3^- = \text{AgBr}\downarrow + \text{K}^+ + \text{NO}_3^-$
   Скорочене йонне: $\text{Ag}^+ + \text{Br}^- = \text{AgBr}\downarrow$

3. Третя пробірка:
   Молекулярне: $\text{KI} + \text{AgNO}_3 = \text{AgI}\downarrow + \text{KNO}_3$
   Повне йонне: $\text{K}^+ + \text{I}^- + \text{Ag}^+ + \text{NO}_3^- = \text{AgI}\downarrow + \text{K}^+ + \text{NO}_3^-$
   Скорочене йонне: $\text{Ag}^+ + \text{I}^- = \text{AgI}\downarrow$

4. Четверта пробірка:
   Молекулярне: $\text{K}_3\text{PO}_4 + 3\text{AgNO}_3 = \text{Ag}_3\text{PO}_4\downarrow + 3\text{KNO}_3$
   Повне йонне: $3\text{K}^+ + \text{PO}_4^{3-} + 3\text{Ag}^+ + 3\text{NO}_3^- = \text{Ag}_3\text{PO}_4\downarrow + 3\text{K}^+ + 3\text{NO}_3^-$
   Скорочене йонне: $3\text{Ag}^+ + \text{PO}_4^{3-} = \text{Ag}_3\text{PO}_4\downarrow$

Дослід 4. У чотири пробірки налийте по 1 мл розчину сульфатної кислоти та додайте по кілька крапель розчину індикатора. У першу пробірку краплинами додавайте розчин лугу, допоки розчин стане нейтральним. У другу пробірку додайте 1 мл розчину барій хлориду. У третю додайте 1 мл розчину натрій сульфіту. У четверту — 1 мл розчину магній хлориду. Результати спостережень зафіксуйте в таблиці.

Чи змінюється кислотність середовища в пробірці 2?

Ні, кислотність середовища у пробірці 2 практично не змінюється, оскільки катіони Гідрогену $\text{H}^+$ залишаються у розчині.

Визначте запах у пробірці 3 (обережно!).

У пробірці 3 відчувається гострий, ядучий запах сірчистого газу ($\text{SO}_2$).

Запишіть рівняння реакцій:

Пробірка 1:
Молекулярне: $\text{H}_2\text{SO}_4 + 2\text{NaOH} = \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$
Повне йонне: $2\text{H}^+ + \text{SO}_4^{2-} + 2\text{Na}^+ + 2\text{OH}^- = 2\text{Na}^+ + \text{SO}_4^{2-} + 2\text{H}_2\text{O}$
Скорочене йонне: $\text{H}^+ + \text{OH}^- = \text{H}_2\text{O}$

Пробірка 2:
Молекулярне: $\text{H}_2\text{SO}_4 + \text{BaCl}_2 = \text{BaSO}_4\downarrow + 2\text{HCl}$
Повне йонне: $2\text{H}^+ + \text{SO}_4^{2-} + \text{Ba}^{2+} + 2\text{Cl}^- = \text{BaSO}_4\downarrow + 2\text{H}^+ + 2\text{Cl}^-$
Скорочене йонне: $\text{Ba}^{2+} + \text{SO}_4^{2-} = \text{BaSO}_4\downarrow$

Пробірка 3:
Молекулярне: $\text{H}_2\text{SO}_4 + \text{Na}_2\text{SO}_3 = \text{Na}_2\text{SO}_4 + \text{H}_2\text{O} + \text{SO}_2\uparrow$
Повне йонне: $2\text{H}^+ + \text{SO}_4^{2-} + 2\text{Na}^+ + \text{SO}_3^{2-} = 2\text{Na}^+ + \text{SO}_4^{2-} + \text{H}_2\text{O} + \text{SO}_2\uparrow$
Скорочене йонне: $2\text{H}^+ + \text{SO}_3^{2-} = \text{H}_2\text{O} + \text{SO}_2\uparrow$

Пробірка 4:
Молекулярне: $\text{H}_2\text{SO}_4 + \text{MgCl}_2 \neq$ (реакція не відбувається, оскільки не утворюється осад, газ чи слабодисоційована речовина).

Якщо реакцію сульфатної кислоти з лугом проводити без використання індикатора, чи будуть помітними зміни протягом реакції?

Ні, зовнішніх помітних змін спостерігатися не буде, оскільки вихідні розчини та продукти реакції є безбарвними.

Чи відбуватиметься реакція?

Так, реакція нейтралізації відбуватиметься.

ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ

1. За яких умов відбуваються реакції йонного обміну в розчинах?

Реакції йонного обміну в розчинах перебігають до кінця (є необоротними), якщо серед продуктів реакції утворюється осад ($\downarrow$), виділяється газ ($\uparrow$) або утворюється малодисоційована речовина (наприклад, вода $\text{H}_2\text{O}$).

2. За якими ознаками ви зробили висновок про перебіг реакцій у кожному досліді?

Висновок про перебіг реакцій зроблено на основі таких зовнішніх ознак: утворення осадів різного кольору та хімічного складу, виділення газу, у тому числі з характерним запахом, та зміна кольору індикатора.