Навчальне дослідження 9. Реакції йонного обміну між електролітами у водних розчинах (Григорович)

ВИЗНАЧАЄМО НЕБЕЗПЕКИ Й ОЦІНЮЄМО РИЗИКИ

• Які небезпечні та проблемні ситуації можуть відбутися під час роботи з названими речовинами та обладнанням?

Під час роботи з розчинами їдких речовин (хлоридною та сульфатною кислотами, натрій гідроксидом) є ризик їх потрапляння на шкіру, в очі або на одяг, що спричиняє хімічні опіки. Розчини солей барію та аргентуму є токсичними, а аргентум(I) нітрат залишає на шкірі стійкі темні плями. Під час роботи зі скляними пробірками та піпетками існує небезпека порізів у разі розбиття скляного посуду. Під час дослідів із натрій сульфітом виділяється задушливий газ (сульфур(IV) оксид), тому не можна нахилятися низько над пробіркою та вдихати пари на повні груди.

• Якими мають бути ваші дії в разі небезпеки?

У разі потрапляння кислоти або лугу на шкіру слід негайно промити уражену ділянку великою кількістю проточної холодної води та повідомити вчителя. Місце опіку кислотою після промивання водою обробляють слабким розчином питної соди, а місце опіку лугом — слабким розчином борної або оцтової кислоти. У разі пошкодження скляного посуду треба припинити роботу, повідомити вчителя і не прибирати уламки скла руками.

ЕТАПИ РОБОТИ

1. Сформулюйте мету дослідження відповідно до визначеного завдання.

Мета: експериментально дослідити хімічні реакції обміну між водними розчинами кислот, основ і солей, установити умови їх перебігу до кінця та скласти відповідні молекулярні й іонно-молекулярні рівняння.

2. Виконайте досліди.

ДОСЛІД 1

• Які зміни спостерігаєте?

У першій пробірці під час додавання хлоридної кислоти до розчину натрій карбонату спостерігається бурхливе виділення бульбашок безбарвного газу ( $C O_{2}$ ). У другій пробірці під час додавання розчину кальцій хлориду до розчину натрій карбонату миттєво випадає білий осад ( $CaC O_{3}$ ).

• Ці реакції є оборотними чи необоротними?

Обидві реакції є необоротними, тому що в першому випадку з розчину видаляється газ, а в другому утворюється нерозчинний у воді осад.

• Складіть рівняння реакцій.

Взаємодія натрій карбонату з хлоридною кислотою:
Молекулярне рівняння:
$N a_{2} C O_{3} + 2HCl \to 2NaCl + H_{2} O + C O_{2} ↑$
Повне йонне рівняння:
$2 N a^{+} + C O_{3}^{2 -} + 2 H^{+} + 2 C l^{-} \to 2 N a^{+} + 2 C l^{-} + H_{2} O + C O_{2} ↑$
Скорочене йонне рівняння:
$2 H^{+} + C O_{3}^{2 -} \to H_{2} O + C O_{2} ↑$

Взаємодія натрій карбонату з кальцій хлоридом:
Молекулярне рівняння:
$N a_{2} C O_{3} + CaC l_{2} \to CaC O_{3} ↓ + 2NaCl$
Повне йонне рівняння:
$2 N a^{+} + C O_{3}^{2 -} + C a^{2 +} + 2 C l^{-} \to CaC O_{3} ↓ + 2 N a^{+} + 2 C l^{-}$
Скорочене йонне рівняння:
$C a^{2 +} + C O_{3}^{2 -} \to CaC O_{3} ↓$

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

З хлоридною кислотою реакція відбуватиметься, тому що сильні кислоти розчиняють нерозчинні карбонати з виділенням вуглекислого газу:
$MgC O_{3} + 2HCl \to MgC l_{2} + H_{2} O + C O_{2} ↑$
З розчином кальцій хлориду реакція не відбуватиметься, тому що реакції обміну між двома солями протікають лише тоді, коли обидві вихідні солі є розчинними у воді.

ДОСЛІД 2

• Які зміни спостерігаєте?

В обох пробірках спостерігається випадання білих осадів.

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

Осади відрізняються і за виглядом, і за складом. У першій пробірці випадає важкий білий дрібнокристалічний осад барій сульфату ( $BaS O_{4}$ ), який швидко осідає на дно. У другій пробірці утворюється білий сирнистий осад аргентум(I) хлориду ( $AgCl$ ).

• Складіть рівняння реакцій.

Взаємодія барій хлориду з натрій сульфатом:
Молекулярне рівняння:
$BaC l_{2} + N a_{2} S O_{4} \to BaS O_{4} ↓ + 2NaCl$
Повне йонне рівняння:
$B a^{2 +} + 2 C l^{-} + 2 N a^{+} + S O_{4}^{2 -} \to BaS O_{4} ↓ + 2 N a^{+} + 2 C l^{-}$
Скорочене йонне рівняння:
$B a^{2 +} + S O_{4}^{2 -} \to BaS O_{4} ↓$

Взаємодія барій хлориду з аргентум(I) нітратом:
Молекулярне рівняння:
$BaC l_{2} + 2AgN O_{3} \to 2AgCl ↓ + Ba (N O_{3})_{2}$
Повне йонне рівняння:
$B a^{2 +} + 2 C l^{-} + 2 A g^{+} + 2 N O_{3}^{-} \to 2 AgCl ↓ + B a^{2 +} + 2 N O_{3}^{-}$
Скорочене йонне рівняння:
$A g^{+} + C l^{-} \to AgCl ↓$

ДОСЛІД 3

• Які зміни спостерігаєте?

В усіх чотирьох пробірках спостерігається випадання осадів різного забарвлення.

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

Осади відрізняються за хімічним складом і забарвленням:

У першій пробірці утворюється білий сирнистий осад аргентум(I) хлориду ( $AgCl$ ).
У другій пробірці утворюється світло-жовтий сирнистий осад аргентум(I) броміду ( $AgBr$ ).
У третій пробірці випадає насичено жовтий осад аргентум(I) йодиду ( $AgI$ ).
У четвертій пробірці випадає яскраво-жовтий осад аргентум(I) ортофосфату ( $A g_{3} P O_{4}$ ).

• Складіть рівняння реакцій.

Взаємодія калій хлориду з аргентум(I) нітратом:
Молекулярне рівняння:
$KCl + AgN O_{3} \to AgCl ↓ + KN O_{3}$
Повне йонне рівняння:
$K^{+} + C l^{-} + A g^{+} + N O_{3}^{-} \to AgCl ↓ + K^{+} + N O_{3}^{-}$
Скорочене йонне рівняння:
$A g^{+} + C l^{-} \to AgCl ↓$

Взаємодія калій броміду з аргентум(I) нітратом:
Молекулярне рівняння:
$KBr + AgN O_{3} \to AgBr ↓ + KN O_{3}$
Повне йонне рівняння:
$K^{+} + B r^{-} + A g^{+} + N O_{3}^{-} \to AgBr ↓ + K^{+} + N O_{3}^{-}$
Скорочене йонне рівняння:
$A g^{+} + B r^{-} \to AgBr ↓$

Взаємодія калій йодиду з аргентум(I) нітратом:
Молекулярне рівняння:
$KI + AgN O_{3} \to AgI ↓ + KN O_{3}$
Повне йонне рівняння:
$K^{+} + I^{-} + A g^{+} + N O_{3}^{-} \to AgI ↓ + K^{+} + N O_{3}^{-}$
Скорочене йонне рівняння:
$A g^{+} + I^{-} \to AgI ↓$

Взаємодія калій ортофосфату з аргентум(I) нітратом:
Молекулярне рівняння:
$K_{3} P O_{4} + 3AgN O_{3} \to A g_{3} P O_{4} ↓ + 3KN O_{3}$
Повне йонне рівняння:
$3 K^{+} + P O_{4}^{3 -} + 3 A g^{+} + 3 N O_{3}^{-} \to A g_{3} P O_{4} ↓ + 3 K^{+} + 3 N O_{3}^{-}$
Скорочене йонне рівняння:
$3 A g^{+} + P O_{4}^{3 -} \to A g_{3} P O_{4} ↓$

ДОСЛІД 4

• У першу пробірку краплинами додавайте розчин лугу, допоки розчин стане нейтральним.

Під час додавання лугу ( $NaOH$ ) червоне забарвлення індикатора (лакмусу або метилоранжу) змінюється на забарвлення, властиве нейтральному середовищу (фіолетове для лакмусу або помаранчеве для метилоранжу), що свідчить про повну нейтралізацію кислоти.

• У другу пробірку додайте 1 мл розчину барій хлориду. Чи відбувається реакція? Чи змінюється кислотність середовища в пробірці?

Реакція відбувається, про що свідчить негайне утворення білого осаду барій сульфату. Кислотність середовища не змінюється, оскільки в розчині утворюється сильна хлоридна кислота, катіони Гідрогену $H^{+}$ залишаються у вільному стані, тому розчин зберігає кисле середовище (індикатор залишається червоним).

• У третю пробірку додайте 1 мл розчину натрій сульфіту. Що спостерігаєте? Визначте запах у пробірці. Чи відбувається реакція? За якою ознакою це можна визначити?

Спостерігається виділення бульбашок безбарвного газу. У пробірці відчувається різкий задушливий запах сірчистого газу (запах запаленого сірника). Реакція відбувається, і це визначається за виділенням газу та появою характерного запаху.

• У четверту пробірку додайте 1 мл розчину магній хлориду. Чи відбувається реакція? За якими ознаками це можна визначити?

Реакція не відбувається. Це визначається за повною відсутністю зовнішніх змін: розчин залишається прозорим, осад не випадає, газ не виділяється і колір індикатора не змінюється.

• Запишіть рівняння реакцій.

Взаємодія сульфатної кислоти з розчином лугу:
Молекулярне рівняння:
$H_{2} S O_{4} + 2NaOH \to N a_{2} S O_{4} + 2 H_{2} O$
Повне йонне рівняння:
$2 H^{+} + S O_{4}^{2 -} + 2 N a^{+} + 2 O H^{-} \to 2 N a^{+} + S O_{4}^{2 -} + 2 H_{2} O$
Скорочене йонне рівняння:
$H^{+} + O H^{-} \to H_{2} O$

Взаємодія сульфатної кислоти з барій хлоридом:
Молекулярне рівняння:
$H_{2} S O_{4} + BaC l_{2} \to BaS O_{4} ↓ + 2HCl$
Повне йонне рівняння:
$2 H^{+} + S O_{4}^{2 -} + B a^{2 +} + 2 C l^{-} \to BaS O_{4} ↓ + 2 H^{+} + 2 C l^{-}$
Скорочене йонне рівняння:
$B a^{2 +} + S O_{4}^{2 -} \to BaS O_{4} ↓$

Взаємодія сульфатної кислоти з натрій сульфітом:
Молекулярне рівняння:
$H_{2} S O_{4} + N a_{2} S O_{3} \to N a_{2} S O_{4} + H_{2} O + S O_{2} ↑$
Повне йонне рівняння:
$2 H^{+} + S O_{4}^{2 -} + 2 N a^{+} + S O_{3}^{2 -} \to 2 N a^{+} + S O_{4}^{2 -} + H_{2} O + S O_{2} ↑$
Скорочене йонне рівняння:
$2 H^{+} + S O_{3}^{2 -} \to H_{2} O + S O_{2} ↑$

Взаємодія сульфатної кислоти з магній хлоридом:
$H_{2} S O_{4} + MgC l_{2} \to$ реакція не відбувається, оскільки ймовірні продукти реакції ( $MgS O_{4}$ і $HCl$ ) є добре розчинними сильними електролітами, тому йони вільно рухаються в розчині і між ними не утворюється осад, газ чи вода.

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

Зовнішні зміни не будуть помітними, оскільки обидва вихідні розчини та продукти реакції безбарвні і прозорі, а осад чи газ під час реакції не утворюються. Проте сама хімічна реакція відбувається, тому що йони $H^{+}$ та $O H^{-}$ зв’язуються в молекули малодисоційованої речовини — води.

3. За результатами дослідження зробіть висновки.

Реакції йонного обміну у водних розчинах відбуваються до кінця і є необоротними лише в тому випадку, коли між йонами відбувається хімічна взаємодія з утворенням нерозчинної речовини (осаду), леткої речовини (газу) або слабкого електроліту (води). Якщо серед можливих продуктів реакції таких речовин немає, процес не відбувається, а всі йони залишаються в розчині у вільному гідратованому стані.

ДЛЯ ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ РОБОТИ ОБГОВОРІТЬ ПИТАННЯ

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

Реакції йонного обміну у водних розчинах протікають за умов, якщо в результаті взаємодії:

випадає нерозчинний у воді осад;
виділяється газувата речовина;
утворюється малодисоційована сполука (вода).

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

Висновок про перебіг реакцій зроблено за такими зовнішніми ознаками:

Дослід 1: у першій пробірці спостерігається виділення бульбашок газу ( $C O_{2}$ ), а в другій — утворення білого осаду кальцій карбонату ( $CaC O_{3}$ ).
Дослід 2: в обох пробірках зафіксовано випадання білих нерозчинних осадів ( $BaS O_{4}$ та $AgCl$ ).
Дослід 3: перебіг реакцій підтверджено утворенням характерних осадів різного кольору — білого ( $AgCl$ ), світло-жовтого ( $AgBr$ ) та жовтого ( $AgI$ , $A g_{3} P O_{4}$ ).
Дослід 4: у першій пробірці реакцію виявлено за зміною кольору індикатора; у другій — за утворенням білого осаду ( $BaS O_{4}$ ); у третій — за виділенням газу ( $S O_{2}$ ) і появою різкого запаху; у четвертій пробірці ознаки були відсутні, що вказує на відсутність реакції.

Навчальне дослідження 9. Реакції йонного обміну між електролітами у водних розчинах (Григорович)

Теги статті:

До уроку