Условие задачи
Закончите молекулярные уравнения возможных реакций, запишите соответствующие им ионные уравнения: а) P2O5 + KOH(изб) →
б) Fe(OH)2 + HNO3(изб) →
в) (NH4)2SO4 + NaOH(изб) →
г) Ca(OH)2(изб) + CO2 →
д) Ba(OH)2 + Fe(NO3)3 →
е) KOH + NaNO3 →
ж) Mg(OH)2 + FeO →
з) CuOH →
Если реакция не будет протекать, укажите причину этого.
Решение
Ниже представлено подробное решение задачи по неорганической химии (реакции обмена, кислотно-основные, диспропорционирование) с использованием уравнений реакции и соответствующих ионных уравнений. При записи формул используется обычный текст с символами Unicode (без LaTeX).
─────────────────────────────
а) Реакция между диоксидом фосфора (P₂O₅) и избытком гидроксида калия (KOH)
P₂O₅ является кислотным оксидом, при взаимодействии с водой даёт фосфорную кислоту, которая затем полностью нейтрализуется избытком гидроксида калия до соответствующей соли. Итоговая реакция представляет собой образование калиевой соли фосфорной кислоты, а именно трифосфат-иона. Для полного нейтралирования фосфорной кислоты полное уравнение можно записать так:
Молекулярное уравнение:
P₂O₅ + 6 KOH → 2 K₃PO₄ + 3 H₂O
Пояснение по балансировке:
• Левая часть: P – 2, K – 6, O – 5 (из P₂O₅) + 6 (из 6 KOH) = 11, H – 6.
• Правая часть: 2 K₃PO₄ дает K – 6, P – 2, O – 8; плюс 3 H₂O дают O – 3 и H – 6; всего O = 11, H = 6.
Полное ионное уравнение (так как KOH и K₃PO₄ являются сильными электролитами):
P₂O₅ + 6 K⁺ + 6 OH⁻ → 6 K⁺ + 2 PO₄³⁻ + 3 H₂O
Нет изменений для ионов калия; поэтому чистое (нетранзиторное) ионное уравнение можно записать в виде нейтрализации – по сути реакция превращения групп гидроксидов в воду путём «переноса протонов», однако поскольку P₂O₅ не диссоциирует в растворе, записываемый ионный вид наиболее нагляден при замене P₂O₅ на эквивалентную H₃PO₄ (см. ниже):
Альтернативно (через образование фосфорной кислоты):
1) P₂O₅ + 3 H₂O → 2 H₃PO₄
2) 2 H₃PO₄ + 6 KOH → 2 K₃PO₄ + 6 H₂O
Итого: P₂O₅ + 6 KOH → 2 K₃PO₄ + 3 H₂O
А ионное уравнение для нейтрализации (с участием H₃PO₄):
H₃PO₄ + 3 OH⁻ → PO₄³⁻ + 3 H₂O
─────────────────────────────
б) Реакция между гидроксидом железа(II) (Fe(OH)₂) и избытком азотной кислоты (HNO₃)
Fe(OH)₂ является слаборастворимым гидроксидом; в кислой среде он растворяется с образованием соли – нитрата железа(II).
Молекулярное уравнение:
Fe(OH)₂ + 2 HNO₃ → Fe(NO₃)₂ + 2 H₂O
Полное ионное уравнение (HNO₃ – сильная кислота, диссоциирует полностью; Fe(OH)₂ принято писать как осадок):
Fe(OH)₂(s) + 2 H⁺ + 2 NO₃⁻ → Fe²⁺ + 2 NO₃⁻ + 2 H₂O
Отсюда чистое (нетранзиторное) ионное уравнение:
Fe(OH)₂(s) + 2 H⁺ → Fe²⁺ + 2 H₂O
─────────────────────────────
в) Реакция между сульфатом аммония ((NH₄)₂SO₄) и избытком гидроксида натрия (NaOH)
При добавлении избытка оснований из ионов OH⁻ происходит нейтрализация аммониевых ионов с выделением аммиака (NH₃) – летучего вещества.
Молекулярное уравнение:
(NH₄)₂SO₄ + 2 NaOH → Na₂SO₄ + 2 NH₃↑ + 2 H₂O
Полное ионное уравнение:
2 NH₄⁺ + SO₄²⁻ + 2 Na⁺ + 2 OH⁻ → 2 Na⁺ + SO₄²⁻ + 2 NH₃↑ + 2 H₂O
Нетерзиторное (чистое) ионное уравнение (процесс образования аммиака):
NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃↑ + H₂O
─────────────────────────────
г) Реакция между избытком гидроксида кальция (Ca(OH)₂) и углекислым газом (CO₂)
Гидроксид кальция реагирует с диоксидом углерода с образованием карбоната кальция – малорастворимого осадка – и воды.
Молекулярное уравнение:
Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃(s) + H₂O
Полное ионное уравнение:
Ca²⁺ + 2 OH⁻ + CO₂ → CaCO₃(s) + H₂O
Можно также рассмотреть поэтапно: сначала CO₂ реагирует с OH⁻:
2 OH⁻ + CO₂ → CO₃²⁻ + H₂O
а затем осаждение:
Ca²⁺ + CO₃²⁻ → CaCO₃(s)
─────────────────────────────
д) Реакция между гидроксидом бария (Ba(OH)₂) и нитратом железа(III) (Fe(NO₃)₃)
В данном случае под действием гидроксид-ионов Fe³⁺ осаждается в виде нерастворимого гидроксида железа(III) (Fe(OH)₃), а Ba⁺² остаётся в растворе в виде нитрата.
Сначала подберём стехиометрию. Для осаждения одного моля Fe(OH)₃ необходимо 3 моль OH⁻. При диссоциации Ba(OH)₂ получаем 1 моль Ba²⁺ и 2 моль OH⁻. Чтобы обеспечить нужное количество OH⁻ для Fe³⁺, удобно взять:
Молекулярное уравнение:
2 Fe(NO₃)₃ + 3 Ba(OH)₂ → 2 Fe(OH)₃(s) + 3 Ba(NO₃)₂
Проверка баланса:
Fe: 2, Ba: 3, NO₃: 6, OH: 3×2 = 6, а в Fe(OH)₃ суммарно 2×3 = 6 – всё сходится.
Полное ионное уравнение:
2 Fe³⁺ + 6 NO₃⁻ + 3 Ba²⁺ + 6 OH⁻ → 2 Fe(OH)₃(s) + 3 Ba²⁺ + 6 NO₃⁻
Нетерзиторное (чистое) ионное уравнение:
2 Fe³⁺ + 6 OH⁻ → 2 Fe(OH)₃(s)
─────────────────────────────
е) Реакция между гидроксидом калия (KOH) и нитратом натрия (NaNO₃)
В данном случае оба реагента – сильные электролиты, при смешивании они дают только сопряжённые ионы K⁺, OH⁻, Na⁺ и NO₃⁻, ни один из которых не образует малорастворимой соли или слабого электролита. Следовательно, реакция не происходит.
Причина: Нет образования осадка, газа, воды или слабого электролита; все продукты остаются в виде свободных ионов в растворе.
─────────────────────────────
ж) Реакция между гидроксидом магния (Mg(OH)₂) и оксидом железа(II) (FeO)
Оба вещества являются слабо растворимыми гидроксидами/оксидами и являются основными по своей природе. Для протекания обменной или кислотно-основной реакции необходим дополнительный кислотно-основной или окислительно-восстановительный фактор. Здесь же отсутствует «движущая сила» (например, образование нерастворимого соединения, выделение газа или изменение степени окисления).
Вывод: Такие вещества не вступают между собой в реакцию в водном растворе, поэтому реакция не происходит.
Причина: Оба вещества являются основными, не обнаруживается общности для обмена, и отсутствует термодинамически выгодное образование нового нерастворимого продукта.
─────────────────────────────
з) Разложение гидроксида меди(I) (CuOH)
Гидроксид меди(I) является нестабильным соединением, поскольку ион Cu⁺ имеет склонность к диспропорционированию. При отсутствии стабилизирующих факторов CuOH разлагается с образованием оксида меди(I) – Cu₂O – и воды.
Молекулярное уравнение (диспропорционирование):
2 CuOH → Cu₂O + H₂O
Проверка:
Левая сторона: 2 Cu, 2 O, 2 H;
Правая сторона: Cu₂O содержит 2 Cu и 1 O; H₂O – 1 O, 2 H; всего 2 Cu, 2 O, 2 H.
Поскольку процесс является внутренним разложением, ионное уравнение записывать нецелесообразно.
─────────────────────────────
Итоговые ответы:
а) P₂O₅ + 6 KOH → 2 K₃PO₄ + 3 H₂O
Ионное (для нейтрализации): H₃PO₄ + 3 OH⁻ → PO₄³⁻ + 3 H₂O
б) Fe(OH)₂ + 2 HNO₃ → Fe(NO₃)₂ + 2 H₂O
Ионное: Fe(OH)₂(s) + 2 H⁺ → Fe²⁺ + 2 H₂O
в) (NH₄)₂SO₄ + 2 NaOH → Na₂SO₄ + 2 NH₃↑ + 2 H₂O
Ионное: NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃↑ + H₂O
г) Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃(s) + H₂O
Ионное (поэтапно):
2 OH⁻ + CO₂ → CO₃²⁻ + H₂O
Ca²⁺ + CO₃²⁻ → CaCO₃(s)
д) 2 Fe(NO₃)₃ + 3 Ba(OH)₂ → 2 Fe(OH)₃(s) + 3 Ba(NO₃)₂
Ионное: 2 Fe³⁺ + 6 OH⁻ → 2 Fe(OH)₃(s)
е) KOH + NaNO₃ – реакция не происходит (все вещества являются сильными электролитами, при смешивании получаются свободные ионы без образования осадка, газа или слабого электролита).
ж) Mg(OH)₂ + FeO – реакция не происходит, поскольку оба вещества являются основными (основными оксидами/гидроксидами) и не имеют реакционной тенденции к обмену при отсутствии окислительно-восстановительных или кислотно-основных процессов.
з) 2 CuOH → Cu₂O + H₂O
(Диспропорционирование нестабильного меди(I) гидроксида в оксид меди(I) с образованием воды.)
Таким образом, задача решается методами инвентаризации реакционных типов (кислотно-основные реакции, осаждения, диспропорционирование) и составлением молекулярных и соответствующих ионных уравнений для каждого случая.