Üsna sageli peavad kooliõpilased ja üliõpilased mekkima nn. ioonvõrrandid reaktsioonid. Eelkõige on sellele teemale pühendatud keemia ühtsel riigieksamil välja pakutud probleem 31. Selles artiklis käsitleme üksikasjalikult lühikeste ja täielike ioonvõrrandite kirjutamise algoritmi, analüüsime paljusid näiteid erinevad tasemed raskusi.

Miks on vaja ioonvõrrandeid

Tuletan meelde, et kui paljud ained lahustuvad vees (ja mitte ainult vees!) toimub dissotsiatsiooniprotsess – ained lagunevad ioonideks. Näiteks HCl molekulid sees veekeskkond dissotsieeruvad vesinikkatioonideks (H +, täpsemalt H 3 O +) ja kloorianioonideks (Cl -). Naatriumbromiid (NaBr) on vesilahuses mitte molekulide, vaid hüdraatunud Na + ja Br - ioonide kujul (muide, ioone leidub ka tahkes naatriumbromiidis).

"Tavaliste" (molekulaarsete) võrrandite kirjutamisel ei arvesta me sellega, et reaktsiooni ei sisene mitte molekulid, vaid ioonid. Näiteks siin on vahelise reaktsiooni võrrand vesinikkloriidhape ja naatriumhüdroksiid:

HCl + NaOH = NaCl + H 2 O. (1)

Muidugi ei kirjelda see diagramm protsessi päris õigesti. Nagu me juba ütlesime, ei ole vesilahuses praktiliselt HCl molekule, kuid on olemas H + ja Cl - ioonid. Sama kehtib ka NaOH kohta. Parem oleks kirjutada järgmine:

H + + Cl - + Na + + OH - = Na + + Cl - + H 2 O. (2)

Seda see on täielik ioonvõrrand. "Virtuaalsete" molekulide asemel näeme osakesi, mis tegelikult lahuses olemas on (katioonid ja anioonid). Me ei peatu küsimusel, miks oleme H 2 O molekulaarsel kujul kirjutanud. Seda selgitatakse veidi hiljem. Nagu näete, pole midagi keerulist: oleme asendanud molekulid ioonidega, mis tekivad nende dissotsiatsiooni käigus.

Kuid isegi täielik ioonvõrrand pole täiuslik. Tõepoolest, vaadake lähemalt: nii võrrandi (2) vasak- kui ka parempoolses osas on identsed osakesed - Na + katioonid ja Cl - anioonid. Need ioonid reaktsiooni käigus ei muutu. Milleks neid siis üldse vaja on? Eemaldame need ja võtame lühike ioonvõrrand:

H + + OH - = H2O. (3)

Nagu näete, taandub see kõik H + ja OH - ioonide koostoimele vee moodustumisega (neutraliseerimisreaktsioon).

Kõik täielikud ja lühikesed ioonvõrrandid kirjutatakse üles. Kui lahendaksime keemia eksamil ülesande 31, saaksime selle eest maksimumhinde - 2 punkti.

Niisiis, veel kord terminoloogia kohta:

• HCl + NaOH = NaCl + H 2 O - molekulaarvõrrand ("tavaline" võrrand, mis peegeldab skemaatiliselt reaktsiooni olemust);
• H + + Cl - + Na + + OH - = Na + + Cl - + H 2 O - täielik ioonvõrrand (reaalsed osakesed lahuses on nähtavad);
• H + + OH - = H 2 O - lühike ioonvõrrand (eemaldasime kõik "prügi" - osakesed, mis protsessis ei osale).

Ioonvõrrandite kirjutamise algoritm

1. Koostame reaktsiooni molekulaarvõrrandi.
2. Kõik osakesed, mis lahuses märgatavalt dissotsieeruvad, on kirjutatud ioonidena; ained, mis ei ole dissotsiatsioonile kalduvad, jätame "molekulide kujul".
3. Eemaldame võrrandi kahest osast nn. vaatlejaioonid, st osakesed, mis protsessis ei osale.
4. Kontrollime koefitsiente ja saame lõpliku vastuse – lühikese ioonvõrrandi.

Näide 1. Kirjutage täielik ja lühike ioonvõrrand, mis kirjeldab baariumkloriidi ja naatriumsulfaadi vesilahuste vastasmõju.

Lahendus. Tegutseme vastavalt pakutud algoritmile. Kõigepealt paneme paika molekulaarvõrrandi. Baariumkloriid ja naatriumsulfaat on kaks soola. Vaatame teatmeteose osa "Anorgaaniliste ühendite omadused". Näeme, et soolad võivad üksteisega suhelda, kui reaktsiooni käigus tekib sade. Kontrollime:

2. harjutus. Täitke võrrandid järgmiste reaktsioonide jaoks:

1. KOH + H2SO4 \u003d
2. H 3 PO 4 + Na 2 O \u003d
3. Ba(OH)2 + CO 2 =
4. NaOH + CuBr 2 =
5. K 2 S + Hg (NO 3) 2 \u003d
6. Zn + FeCl2 =

3. harjutus. Kirjutage molekulaarvõrrandid reaktsioonide (vesilahuses) vahel: a) naatriumkarbonaat ja lämmastikhape, b) nikkel(II)kloriid ja naatriumhüdroksiid, c) ortofosforhape ja kaltsiumhüdroksiid, d) hõbenitraadi ja kaaliumkloriid, e. ) fosforoksiid (V) ja kaaliumhüdroksiid.

Loodan siiralt, et teil ei olnud nende kolme ülesande täitmisel probleeme. Kui see nii ei ole, peate naasma teema juurde " Keemilised omadused anorgaaniliste ühendite põhiklassid".

Kuidas muuta molekulaarvõrrand täielikuks ioonvõrrandiks

Kõige huvitavam algab. Peame aru saama, millised ained tuleks kirjutada ioonidena ja millised jätta "molekulaarsesse vormi". Peate meeles pidama järgmist.

Ioonide kujul kirjutage:

• lahustuvad soolad (rõhutan, et vees hästi lahustuvad ainult soolad);
• leelised (tuletan meelde, et vees lahustuvaid aluseid nimetatakse leelisteks, kuid mitte NH 4 OH);
• tugevad happed (H 2 SO 4, HNO 3, HCl, HBr, HI, HClO 4, HClO 3, H 2 SeO 4, ...).

Nagu näete, on seda loendit lihtne meeles pidada: see sisaldab tugevaid happeid ja aluseid ning kõiki lahustuvaid sooli. Muide, eriti valvsatele noortele keemikutele, kes võivad olla nördinud tõsiasjast, et tugevaid elektrolüüte (lahustumatuid sooli) selles loendis ei sisaldu, võin teile öelda järgmist: Lahustumatute soolade MITTE lisamine sellesse loendisse ei lükka sugugi tagasi tõsiasi, et need on tugevad elektrolüüdid.

Kõik muud ained peavad ioonvõrrandites esinema molekulide kujul. Need nõudlikud lugejad, keda ei rahulda ebamäärane mõiste "kõik muud ained" ja kes kuulsa filmi kangelase eeskujul nõuavad "teatamist täielik nimekiri Annan järgmise teabe.

Molekulide kujul kirjutage:

• kõik lahustumatud soolad;
• kõik nõrgad alused (sh lahustumatud hüdroksiidid, NH 4 OH jms ained);
• kõik nõrgad happed (H 2 CO 3, HNO 2, H 2 S, H 2 SiO 3, HCN, HClO, peaaegu kõik orgaanilised happed ...);
• üldiselt kõik nõrgad elektrolüüdid (ka vesi!!!);
• oksiidid (igat tüüpi);
• kõik gaasilised ühendid (eelkõige H 2, CO 2, SO 2, H 2 S, CO);
• lihtained (metallid ja mittemetallid);
• peaaegu kõik orgaanilised ühendid(erand - orgaaniliste hapete vees lahustuvad soolad).

Pheh, ma ei usu, et ma midagi unustasin! Kuigi nimekirja nr 1 on minu meelest lihtsam meeles pidada. Põhimõtteliselt olulistest nimekirjas nr 2 märgin veel kord vee.

Teeme trenni!

Näide 2. Koostage täielik ioonvõrrand, mis kirjeldab vask(II)hüdroksiidi ja vesinikkloriidhappe vastasmõju.

Lahendus. Alustame muidugi molekulaarvõrrandist. Vask(II)hüdroksiid on lahustumatu alus. Kõik lahustumatud alused reageerivad tugevate hapetega, moodustades soola ja vee:

Cu(OH)2 + 2HCl = CuCl2 + 2H2O.

Ja nüüd saame teada, milliseid aineid kirjutada ioonide kujul ja milliseid molekulide kujul. Ülaltoodud loendid aitavad meid. Vask(II)hüdroksiid on lahustumatu alus (vt lahustuvuse tabelit), nõrk elektrolüüt. Lahustumatud alused on kirjutatud molekulaarsel kujul. HCl- tugev hape, dissotsieerub lahuses peaaegu täielikult ioonideks. CuCl2 on lahustuv sool. Me kirjutame ioonsel kujul. Vesi – ainult molekulide kujul! Saame täieliku ioonvõrrandi:

Cu (OH) 2 + 2H + + 2Cl - \u003d Cu 2+ + 2Cl - + 2H 2O.

Näide 3. Kirjutage täielik ioonvõrrand süsihappegaasi ja NaOH vesilahuse reaktsiooni kohta.

Lahendus. Süsinikdioksiid on tüüpiline happeline oksiid, NaOH on leelis. Kui happelised oksiidid interakteeruvad leeliste vesilahustega, moodustub sool ja vesi. Koostame molekulaarse reaktsiooni võrrandi (muide, ärge unustage koefitsiente):

CO 2 + 2NaOH \u003d Na 2 CO 3 + H 2 O.

CO 2 - oksiid, gaasiline ühend; säilitada molekuli kuju. NaOH - tugev alus (leelised); kirjutatud ioonide kujul. Na 2 CO 3 - lahustuv sool; kirjutada ioonide kujul. Vesi on nõrk elektrolüüt, praktiliselt ei dissotsieeru; jäta see molekulaarsesse vormi. Saame järgmise:

CO 2 + 2Na + + 2OH - \u003d Na 2+ + CO 3 2- + H 2 O.

Näide 4. Vesilahuses olev naatriumsulfiid reageerib tsinkkloriidiga, moodustades sademe. Kirjutage selle reaktsiooni täielik ioonvõrrand.

Lahendus. Naatriumsulfiid ja tsinkkloriid on soolad. Kui need soolad interakteeruvad, sadestub tsinksulfiid:

Na 2 S + ZnCl 2 \u003d ZnS ↓ + 2NaCl.

Panen kohe kirja täieliku ioonvõrrandi ja te analüüsite seda ise:

2Na + + S 2- + Zn 2+ + 2Cl - = ZnS↓ + 2Na + + 2Cl - .

Siin on teile mõned ülesanded iseseisev töö ja väike test.

4. harjutus. Kirjutage molekulaar- ja täisioonvõrrandid järgmiste reaktsioonide jaoks:

1. NaOH + HNO3 =
2. H2SO4 + MgO =
3. Ca(NO 3) 2 + Na 3 PO 4 =
4. CoBr 2 + Ca(OH) 2 =

5. harjutus. Kirjutage täielikud ioonvõrrandid, mis kirjeldavad: a) lämmastikoksiidi (V) koosmõju baariumhüdroksiidi vesilahusega, b) tseesiumhüdroksiidi lahust vesinikjodiidhappega, c) vasksulfaadi ja kaaliumsulfiidi vesilahuseid, d) kaltsiumhüdroksiidi ja vesilahus raud(III)nitraat.

Erinevat tüüpi kemikaalide ja elementide vahelised reaktsioonid on keemia üks peamisi õppeaineid. Et mõista, kuidas reaktsioonivõrrandit koostada ja neid oma eesmärkidel kasutada, on vaja üsna sügavat arusaamist kõigist ainete koostoime mustritest, aga ka keemiliste reaktsioonidega protsessidest.

Võrrandite kirjutamine

Üks viis keemilise reaktsiooni väljendamiseks on keemiline võrrand. See sisaldab lähteaine ja produkti valemit, koefitsiente, mis näitavad, kui palju molekule igal ainel on. Kõik teadaolevad keemilised reaktsioonid jagunevad nelja tüüpi: asendamine, kombineerimine, vahetus ja lagunemine. Nende hulgas on: redoks-, eksogeensed, ioonilised, pöörduvad, pöördumatud jne.

Lisateave võrrandite kirjutamise kohta keemilised reaktsioonid:

1. On vaja määrata reaktsioonis üksteisega interakteeruvate ainete nimetused. Kirjutame need võrrandi vasakule küljele. Vaatleme näiteks keemilist reaktsiooni, mis toimus väävelhappe ja alumiiniumi vahel. Meil on vasakul reaktiivid: H2SO4 + Al. Järgmisena kirjutage võrdusmärk. Keemias näete noolemärki, mis osutab paremale, või kahte vastassuunalist noolt, mis tähendavad "pööravust". Metalli ja happe vastastikmõju tulemuseks on sool ja vesinik. Pärast reaktsiooni saadud saadused kirjutage "võrdusmärgi" järele, see tähendab paremale. H2SO4+Al= H2+Al2(SO4)3. Niisiis, me näeme reaktsiooniskeemi.
2. Koostamiseks keemiline võrrand peate leidma koefitsiendid. Läheme tagasi eelmise diagrammi juurde. Vaatame selle vasakut külge. Väävelhape sisaldab vesiniku, hapniku ja väävli aatomeid ligikaudu vahekorras 2:4:1. Paremal pool on soolas 3 väävliaatomit ja 12 hapnikuaatomit. Gaasi molekulis on kaks vesinikuaatomit. Vasakul küljel on nende elementide suhe 2:3:12
3. Alumiinium(III)sulfaadi koostises olevate hapniku- ja väävliaatomite arvu võrdsustamiseks tuleb võrrandi vasakul poolel oleva happe ette panna koefitsient 3. Nüüd on meil 6 vesinikuaatomit vasak pool. Vesiniku elementide arvu võrdsustamiseks peate võrrandi paremale küljele vesiniku ette panema 3.
4. Nüüd jääb üle vaid alumiiniumi kogus ühtlustada. Kuna soola koostis sisaldab kahte metalliaatomit, siis vasakul pool alumiiniumi ees seame koefitsiendi 2. Selle tulemusena saame selle skeemi reaktsioonivõrrandi: 2Al + 3H2SO4 = Al2 (SO4) 3 + 3H2

Reaktsioonivõrrandi kirjutamise põhiprintsiipide mõistmine keemilised ained, edaspidi ei tekita suuri raskusi keemia seisukohalt ühegi, ka kõige eksootilisema reaktsiooni kirja panemine.

Kirjutage üles keemiline võrrand. Näiteks kaaluge järgmist reaktsiooni:

• C 3 H 8 + O 2 –> H 2 O + CO 2
• See reaktsioon kirjeldab propaani (C 3 H 8) põlemist hapniku juuresolekul vee ja süsinikdioksiidi (süsinikdioksiidi) moodustumiseks.

Kirjutage iga elemendi aatomite arv. Tehke seda võrrandi mõlema poole jaoks. Aatomite koguarvu määramiseks pange tähele iga elemendi kõrval olevaid alaindekseid. Kirjutage võrrandi iga elemendi sümbol üles ja märkige üles vastav aatomite arv.

• Näiteks vaadeldava võrrandi paremal küljel saame liitmise tulemusena 3 hapnikuaatomit.
• Vasakul pool on meil 3 süsinikuaatomit (C3), 8 vesinikuaatomit (H 8) ja 2 hapnikuaatomit (O 2).
• Paremal pool on meil 1 süsinikuaatom (C), 2 vesinikuaatomit (H 2) ja 3 hapnikuaatomit (O + O 2).

Jätke vesinik ja hapnik hilisemaks, kuna need on osa mitmest vasakul ja paremal küljel olevast ühendist. Vesinik ja hapnik on osa mitmest molekulist, seega on kõige parem neid viimasena tasakaalustada.

• Enne vesiniku ja hapniku tasakaalustamist peate aatomid uuesti loendama, kuna teiste elementide tasakaalustamiseks võib vaja minna täiendavaid tegureid.

Alustage kõige harvemini esinevast elemendist. Kui teil on vaja tasakaalustada mitut elementi, valige üks, mis on osa ühest reagentide molekulist ja ühest reaktsiooniproduktide molekulist. Nii et esimene asi, mida teha, on süsiniku tasakaalustamine.

Tasakaalu saavutamiseks lisage üksiku süsinikuaatomi ette koefitsient. Asetage võrrandi paremale küljele ühe süsiniku ette koefitsient, et tasakaalustada seda vasakpoolse 3 süsinikuga.

• C 3 H 8 + O 2 –> H 2 O + 3 CO 2
• Tegur 3 võrrandi paremal küljel süsiniku ees näitab, et seal on kolm süsinikuaatomit, mis vastavad kolmele vasakpoolses propaanimolekulis sisalduvale süsinikuaatomile.
• Keemilises võrrandis saate muuta aatomite ja molekulide ees olevaid koefitsiente, kuid alamindeksid peavad jääma muutumatuks.

Seejärel tasakaalustage vesinikuaatomid. Pärast seda, kui võrdsustasite süsinikuaatomite arvu vasakul ja paremal küljel, jäid vesinik ja hapnik tasakaalust välja. Võrrandi vasak pool sisaldab 8 vesinikuaatomit, sama arv peaks olema ka paremal. Saavutage see suhtega.

• C 3 H 8 + O 2 –> 4 H 2 O + 3CO 2
• Lisasime paremale küljele koefitsiendi 4, sest alaindeks näitab, et meil on juba kaks vesinikku.
• Kui korrutate teguri 4 alaindeksiga 2, saate 8.
• Selle tulemusena saadakse paremal pool 10 hapnikuaatomit: 3x2=6 aatomit kolmes 3CO 2 molekulis ja veel neli aatomit neljas veemolekulis.

I osa

1. Lomonossovi-Lavoisier' seadus – ainete massi jäävuse seadus:

2. Keemilise reaktsiooni võrrandid on keemilise reaktsiooni tingimuslik tähistus kasutades keemilised valemid ja matemaatilised sümbolid.

3. Keemiline võrrand peab vastama seadusele ainete massi säilitamine, mis saavutatakse koefitsientide järjestamisega reaktsioonivõrrandis.

4. Mida näitab keemiline võrrand?
1) Millised ained reageerivad.
2) Millised ained tekivad selle tulemusena.
3) Reaktsioonis olevate ainete kvantitatiivsed suhted, st reageerivate ja reaktsioonis moodustunud ainete hulk.
4) Keemilise reaktsiooni tüüp.

5. Reeglid koefitsientide paigutamiseks keemilise reaktsiooni skeemis baariumhüdroksiidi ja fosforhappe interaktsiooni näitel baariumfosfaadi ja vee moodustumisega.
a) Kirjutage üles reaktsiooniskeem, st reageerivate ja moodustunud ainete valemid:

b) alustage reaktsiooniskeemi võrdsustamist soola valemiga (kui see on olemas). Samal ajal pidage meeles, et aluse või soola koostises on mitu kompleksiooni tähistatud sulgudes ja nende arv on näidatud sulgudest väljapoole jäävate indeksitega:

c) võrdsustage vesinik eelviimases kurvis:

d) võrdsustada hapnik viimasena - see on koefitsientide õige paigutuse näitaja.
Enne lihtaine valemit on võimalik kirjutada murdosa koefitsient, mille järel tuleb võrrand kahekordsete kordajatega ümber kirjutada.

II osa

1. Koostage reaktsioonivõrrandid, mille skeemid on järgmised:

2. Kirjutage keemiliste reaktsioonide võrrandid:

3. Loo vastavus skeemi ja keemilise reaktsiooni koefitsientide summa vahel.

4. Looge vastavus lähteainete ja reaktsioonisaaduste vahel.

5. Mida näitab järgmise keemilise reaktsiooni võrrand?

1) Vaskhüdroksiid ja vesinikkloriidhape on reageerinud;
2) Tekib soola ja vee reaktsiooni tulemusena;
3) Koefitsiendid enne lähteaineid 1 ja 2.

6. Kirjutage järgmise diagrammi abil keemilise reaktsiooni võrrand, kasutades murdosa koefitsiendi kahekordistamist:

7. Keemilise reaktsiooni võrrand:
4P+5O2=2P2O5
näitab lähteainete ja saaduste ainekogust, nende massi või mahtu:
1) fosfor - 4 mol ehk 124 g;
2) fosfor(V)oksiid - 2 mol, 284 g;
3) hapnik - 5 mol ehk 160 liitrit.

Allolev kalkulaator on loodud keemiliste reaktsioonide võrdsustamiseks.

Nagu teate, on keemiliste reaktsioonide tasakaalustamiseks mitu meetodit:

• Koefitsiendi valiku meetod
• matemaatiline meetod
• Garcia meetod
• Elektroonilise tasakaalu meetod
• Elektronioonide tasakaalu meetod (poolreaktsiooni meetod)

Viimast kahte kasutatakse redoksreaktsioonide jaoks.

See kalkulaator kasutab matemaatiline meetod- reeglina on keeruliste keemiliste võrrandite puhul käsitsi arvutamiseks üsna töömahukas, kuid see toimib suurepäraselt, kui arvuti kõik teie eest välja arvutab.

Matemaatiline meetod põhineb massi jäävuse seadusel. Massi jäävuse seadus ütleb, et iga elemendi ainekogus enne reaktsiooni on võrdne iga elemendi ainekogusega pärast reaktsiooni. Seega peab keemilise võrrandi vasakul ja paremal küljel olema ühe või teise elemendi aatomeid ühepalju. See võimaldab tasakaalustada mis tahes reaktsioonide võrrandeid (kaasa arvatud redoksreaktsioonid). Selleks kirjutage sisse reaktsioonivõrrand üldine vaade, mis põhineb materjalibilansil (teatud masside võrdsus keemiline element alg- ja saadud ainetes) matemaatiliste võrrandite süsteemi koostamiseks ja selle lahendamiseks.

Vaatame seda meetodit näitega:

Olgu antud keemiline reaktsioon:

Tähistage tundmatuid koefitsiente:

Koostame iga keemilises reaktsioonis osaleva elemendi aatomite arvu võrrandid:
Fe jaoks:
Cl jaoks:
Na jaoks:
P jaoks:
O jaoks:

Kirjutame need üldise süsteemi kujul:

Sel juhul on meil viis võrrandit nelja tundmatu jaoks ja viienda saab neljanda neljaga korrutades, nii et selle saab ohutult kõrvale jätta.

Kirjutame selle lineaarse süsteemi ümber algebralised võrrandid maatriksi kujul:

Seda süsteemi saab lahendada Gaussi meetodiga. Tegelikult ei ole alati nii õnnelik, et võrrandite arv langeb kokku tundmatute arvuga. Gaussi meetodi ilu seisneb aga selles, et see võimaldab lihtsalt lahendada süsteeme mis tahes arvu võrrandite ja tundmatutega. Spetsiaalselt selleks kirjutati kalkulaator Lineaarvõrrandisüsteemi lahendamine Gaussi meetodil üldlahenduse leidmisega, mida kasutatakse keemiliste reaktsioonide võrdsustamisel.
See tähendab, et allolev kalkulaator analüüsib reaktsiooni valemit, koostab SLAE ja edastab selle ülaltoodud lingilt kalkulaatorile, mis lahendab SLAE Gaussi meetodil. Lahendust kasutatakse seejärel tasakaalustatud võrrandi kuvamiseks.

Keemilised elemendid tuleks kirjutada nii, nagu need on perioodilisustabelis kirjas, st võtta arvesse suuri ja väikeseid tähti (Na3PO4 - õige, na3po4 - vale).