Условие задачи

Закончите молекулярные уравнения возможных реакций, протекающих в растворах, и запишите соответствующие им ионные уравнения:
а) HCl + Na2SO4 →
б) H3PO4 + CaCl2 →
в) FeCl3 + AgNO3 →
г) KNO3 + NaCl →
д) NaOH+ FeS →
е) KOH + Al2(SO4)3 →
ж) Ca + CuCl2 →
з) Cu + AgNO3 →
и) Mg + ZnS →
к) Cu + Fe(NO3)2 →
Если реакция не может быть осуществлена, объясните почему

Решение

Ниже приводится подробное решение задачи по неорганической химии (реакции в водных растворах, обмен реакциями и реакции замещения), с записью как молекулярных уравнений, так и ионных (некоторых реакций).

─────────────────────────────
а) HCl + Na₂SO₄

При перемещении ионов из HCl (сильная кислота, полностью диссоциированная) и Na₂SO₄ (соль сильной кислоты – H₂SO₄ – и сильного основания – NaOH) все образующиеся соли являются хорошо растворимыми. Если записать возможное уравнение обмена,

HCl + Na₂SO₄ → H₂SO₄ + NaCl

мы увидим, что обе кислота (H₂SO₄) и соль (NaCl) находятся в растворе. Кроме того, H₂SO₄ при растворении почти полностью диссоциирует (по крайней мере, первый протон диссоциирован) и не даёт осадка или образования слабого электролита. Поэтому никакого заметного химического изменения не происходит.

Вывод: реакции не происходит.

─────────────────────────────
б) H₃PO₄ + CaCl₂

При перемешивании фосфорной кислоты (H₃PO₄) с раствором хлорида кальция (CaCl₂) возможен обмен ионов. Хотя H₃PO₄ – слабая кислота, её анион – фосфат (PO₄³⁻) – может образовывать малорастворимую соль с Ca²⁺ – фосфат кальция, обозначается Ca₃(PO₄)₂.

Чтобы уравнять молекулы, подберём коэффициенты:
2 H₃PO₄ (aq) + 3 CaCl₂ (aq) → Ca₃(PO₄)₂ (s) + 6 HCl (aq)

Обратите внимание, что HCl в растворе диссоциирует, но поскольку H₃PO₄ остаётся неионизированной в значительной степени, в составе нетационных уравнений принято записывать мало-ионизированные кислоты. Однако для упрощённого ионного уравнения выделяют соль, которая осаждается.

Полное ионное уравнение (с учётом сильных электролитов и с учётом того, что H₃PO₄ не диссоциируется полностью, его можем не разбивать):
3 Ca²⁺ (aq) + 6 Cl⁻ (aq) + 2 H₃PO₄ (aq) → Ca₃(PO₄)₂ (s) + 6 H⁺ (aq) + 6 Cl⁻ (aq)

Из него, вычеркивая ионы-«зрители» (Cl⁻), получаем чистое ионное уравнение (при условном представлении фосфат-ионов):
3 Ca²⁺ (aq) + 2 PO₄³⁻ (aq) → Ca₃(PO₄)₂ (s)

Таким образом, в растворе происходит осаждение кальциевого фосфата.

─────────────────────────────
в) FeCl₃ + AgNO₃

При смешивании раствора железа(III) хлорида с раствором нитрата серебра ожидается образование малорастворимого хлорида серебра AgCl. Молекулярное уравнение:

FeCl₃ (aq) + 3 AgNO₃ (aq) → 3 AgCl (s) + Fe(NO₃)₃ (aq)

Полное ионное уравнение:
Fe³⁺ (aq) + 3 Cl⁻ (aq) + 3 Ag⁺ (aq) + 3 NO₃⁻ (aq) → 3 AgCl (s) + Fe³⁺ (aq) + 3 NO₃⁻ (aq)

Вычеркивая ионы-«зрители» (Fe³⁺ и NO₃⁻), получаем чистое (нетто) ионное уравнение:

Ag⁺ (aq) + Cl⁻ (aq) → AgCl (s)

(Можно записывать с коэффициентом 3, но принято указывать соотношение 1:1 для образования одного «кусочка» осадка.)

─────────────────────────────
г) KNO₃ + NaCl

При смешивании растворов нитрата калия и хлорида натрия все образующиеся ионы (K⁺, NO₃⁻, Na⁺, Cl⁻) остаются в растворе, так как как соли, так и кислоты/основания при растворении полностью диссоциируют, и ни один из продуктов не является малорастворимым, слабым электролитом или газом.

Вывод: реакции не происходит.

─────────────────────────────
д) NaOH + FeS

Здесь рассматривается обмен между раствором гидроксида натрия (NaOH) и сульфидом железа(II) (FeS), который обычно встречается в виде осадка. Возможна реакция, при которой происходит обмен ионов – Fe²⁺ и S²⁻ переходят в новые соединения.

Ожидаемая молекулярная реакция обмена выглядит следующим образом:

FeS (s) + 2 NaOH (aq) → Fe(OH)₂ (s) + Na₂S (aq)

Проверим: исходно железо связано с сульфидом (FeS – мало растворим), а в продуктах Fe(OH)₂ (малорастворимый гидроксид) и щёлочной растворимый сульфид натрия Na₂S. Такая реакция возможна как обмен с образованием нового осадка.

Полное ионное уравнение (учитывая, что NaOH диссоциирует, а Na₂S – растворим):
FeS (s) + 2 Na⁺ (aq) + 2 OH⁻ (aq) → Fe(OH)₂ (s) + 2 Na⁺ (aq) + S²⁻ (aq)

Вычеркиваем Na⁺, получаем чистое ионное уравнение:

FeS (s) + 2 OH⁻ (aq) → Fe(OH)₂ (s) + S²⁻ (aq)

─────────────────────────────
е) KOH + Al₂(SO₄)₃

При смешивании раствора гидроксида калия (KOH) с раствором сульфата алюминия (Al₂(SO₄)₃) возможна осадительная реакция, так как в слабощелочной среде алюминий образует малорастворимый гидроксид – Al(OH)₃.

Составим молекулярное уравнение. Для балансировки подберём коэффициенты:
Al₂(SO₄)₃ (aq) + 6 KOH (aq) → 2 Al(OH)₃ (s) + 3 K₂SO₄ (aq)

Полное ионное уравнение (учитываем, что KOH и K₂SO₄ полностью диссоциированы, а Al(OH)₃ является осадком):

Диссоциация:
Al₂(SO₄)₃ (aq) → 2 Al³⁺ (aq) + 3 SO₄²⁻ (aq)
6 KOH (aq) → 6 K⁺ (aq) + 6 OH⁻ (aq)
3 K₂SO₄ (aq) → 6 K⁺ (aq) + 3 SO₄²⁻ (aq)

Таким образом, полное ионное уравнение:
2 Al³⁺ (aq) + 3 SO₄²⁻ (aq) + 6 K⁺ (aq) + 6 OH⁻ (aq) → 2 Al(OH)₃ (s) + 6 K⁺ (aq) + 3 SO₄²⁻ (aq)

Вычеркиваем зрительские ионы K⁺ и SO₄²⁻:
Чистое (нетто) ионное уравнение:
2 Al³⁺ (aq) + 6 OH⁻ (aq) → 2 Al(OH)₃ (s)

Можно сократить на 2, поделив все коэффициенты на 2:
Al³⁺ (aq) + 3 OH⁻ (aq) → Al(OH)₃ (s)

─────────────────────────────
ж) Ca + CuCl₂

Рассмотрим реакцию металлического кальция (Ca) с раствором медного(II) хлорида (CuCl₂). Согласно ряду активности металлов, кальций значительно активнее меди, поэтому происходит реакция замещения: кальций вытесняет медь из соли.

Молекулярное уравнение:
Ca (s) + CuCl₂ (aq) → CaCl₂ (aq) + Cu (s)

Полное ионное уравнение:
Ca (s) + Cu²⁺ (aq) + 2 Cl⁻ (aq) → Ca²⁺ (aq) + 2 Cl⁻ (aq) + Cu (s)

Вычеркиваем хлориды (Cl⁻):
Чистое (нетто) ионное уравнение:
Ca (s) + Cu²⁺ (aq) → Ca²⁺ (aq) + Cu (s)

─────────────────────────────
з) Cu + AgNO₃

Металлическая медь (Cu) при добавлении раствора нитрата серебра (AgNO₃) замещает серебро, поскольку медь активнее серебра. Молекулярное уравнение:

Cu (s) + 2 AgNO₃ (aq) → Cu(NO₃)₂ (aq) + 2 Ag (s)

Полное ионное уравнение:
Cu (s) + 2 Ag⁺ (aq) + 2 NO₃⁻ (aq) → Cu²⁺ (aq) + 2 NO₃⁻ (aq) + 2 Ag (s)

Вычеркиваем NO₃⁻:
Чистое (нетто) ионное уравнение:
Cu (s) + 2 Ag⁺ (aq) → Cu²⁺ (aq) + 2 Ag (s)

─────────────────────────────
и) Mg + ZnS

В этой реакции металлический магний (Mg) может замещать цинк из сульфида цинка (ZnS), если ряд активности позволяет такое замещение. Магний активнее цинка, поэтому происходит реакция:

Молекулярное уравнение:
Mg (s) + ZnS (s) → MgS (s) + Zn (s)

Заметим, что в данном случае и исходное вещество ZnS, и продукт MgS являются малорастворимыми твердыми фазами, а обмен происходит в однородной фазе твердого вещества. Ионное уравнение здесь не составляется, так как в растворе обмен ионы не участвуют (реакция происходит между твердыми телами).

─────────────────────────────
к) Cu + Fe(NO₃)₂

При реакции металлической меди (Cu) с раствором железа(II) нитрата (Fe(NO₃)₂) необходимо свериться с рядом активности металлов. Медь находится ниже железа в активности, то есть медь менее активна по сравнению с железом. Таким образом, медь не способна замещать железо из соли.

Вывод: данная реакция не протекает, так как Cu не может восстановить Fe²⁺ до металлического железа.

─────────────────────────────
Краткое резюме ответов:

а) HCl + Na₂SO₄ → реакции не происходит
(Нет осадка, газообразного продукта или образования слабого электролита)

б) 2 H₃PO₄ (aq) + 3 CaCl₂ (aq) → Ca₃(PO₄)₂ (s) + 6 HCl (aq)
Нетто: 3 Ca²⁺ (aq) + 2 PO₄³⁻ (aq) → Ca₃(PO₄)₂ (s)

в) FeCl₃ (aq) + 3 AgNO₃ (aq) → 3 AgCl (s) + Fe(NO₃)₃ (aq)
Нетто: Ag⁺ (aq) + Cl⁻ (aq) → AgCl (s)

г) KNO₃ + NaCl → реакции не происходит
(Все соли хорошо растворимы)

д) FeS (s) + 2 NaOH (aq) → Fe(OH)₂ (s) + Na₂S (aq)
Нетто: FeS (s) + 2 OH⁻ (aq) → Fe(OH)₂ (s) + S²⁻ (aq)

е) Al₂(SO₄)₃ (aq) + 6 KOH (aq) → 2 Al(OH)₃ (s) + 3 K₂SO₄ (aq)
Нетто: Al³⁺ (aq) + 3 OH⁻ (aq) → Al(OH)₃ (s)

ж) Ca (s) + CuCl₂ (aq) → CaCl₂ (aq) + Cu (s)
Нетто: Ca (s) + Cu²⁺ (aq) → Ca²⁺ (aq) + Cu (s)

з) Cu (s) + 2 AgNO₃ (aq) → Cu(NO₃)₂ (aq) + 2 Ag (s)
Нетто: Cu (s) + 2 Ag⁺ (aq) → Cu²⁺ (aq) + 2 Ag (s)

и) Mg (s) + ZnS (s) → MgS (s) + Zn (s)
(Реакция замещения между твердыми веществами; ионное уравнение не составляется)

к) Cu (s) + Fe(NO₃)₂ (aq) → реакция не протекает
(Медь не активна по отношению к Fe²⁺)

─────────────────────────────
Таким образом, при решении задач подобного типа необходимо анализировать вид реакции – обмен, осаждение, образование слабых электролитов (воды, слабых кислот, оснований, амфотерных гидроксидов) или газов, а также учитывать активность металлов в реакциях замещения.Решить задачу Телеграмм бот