Ионные уравнения реакций
Ионное уравнение показывает, какие ионы на самом деле реагируют в растворе. В полном ионном уравнении сильные электролиты — растворимые соли, сильные кислоты и щёлочи — записывают в виде ионов, а осадки, газы, воду и слабые электролиты — формулами. В сокращённом ионном уравнении остаются только частицы, которые участвуют в реакции: одинаковые ионы в обеих частях вычёркивают. Например, суть реакции хлорида бария с сульфатом натрия — Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓.
Полное и сокращённое ионное уравнение
Кислоты, щёлочи и соли в воде распадаются на ионы — об этом подробно на странице «Электролитическая диссоциация». Поэтому, когда сливают два раствора, реагируют не «молекулы» солей, а ионы. Одну и ту же реакцию BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl можно записать тремя способами:
- молекулярное уравнение — формулы веществ целиком, как выше;
- полное ионное: Ba²⁺ + 2Cl⁻ + 2Na⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ + 2Na⁺ + 2Cl⁻;
- сокращённое ионное: Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓.
Ионы Na⁺ и Cl⁻ есть и до, и после реакции — они в ней не участвуют, их называют ионами-наблюдателями. Сокращённое уравнение передаёт суть процесса: любая растворимая соль бария с любым растворимым сульфатом или серной кислотой даст тот же белый осадок. Поэтому одному сокращённому уравнению соответствует много молекулярных.
Как составить ионное уравнение: алгоритм
- Напишите молекулярное уравнение и расставьте коэффициенты.
- По таблице растворимости и силе электролитов определите, какие вещества записывают ионами.
- Запишите полное ионное уравнение: сильные электролиты — ионами с учётом индексов и коэффициентов (2Na₂SO₄ → 4Na⁺ + 2SO₄²⁻), остальное — формулами.
- Вычеркните одинаковые ионы в левой и правой части.
- Перепишите оставшееся — это сокращённое ионное уравнение. Если все коэффициенты делятся на общее число, сократите их.
- Проверьте: число атомов каждого элемента и суммарный заряд слева и справа должны совпадать.
Что не расписывают на ионы
Ионами записывают только сильные электролиты в растворе: сильные кислоты (HCl, HBr, HI, HNO₃, H₂SO₄), щёлочи (NaOH, KOH, Ba(OH)₂ и другие) и растворимые соли. Формулами оставляют:
- осадки — нерастворимые соли и основания: BaSO₄, AgCl, CaCO₃, Cu(OH)₂, Fe(OH)₃;
- газы: CO₂, SO₂, H₂S, NH₃, H₂;
- слабые электролиты: воду, уксусную кислоту CH₃COOH, H₂S, HF, H₂SO₃, гидрат аммиака NH₃·H₂O. Угольная кислота неустойчива, её записывают как CO₂↑ + H₂O;
- оксиды — CuO, CaO, CO₂ и любые другие;
- простые вещества — металлы, H₂, O₂, Cl₂, I₂.
Когда реакция ионного обмена идёт до конца
Реакция обмена в растворе идёт, если ионы связываются в частицы, которые выходят из раствора или почти не распадаются на ионы:
- выпадает осадок: Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓;
- выделяется газ: 2H⁺ + CO₃²⁻ → CO₂↑ + H₂O;
- образуется слабый электролит, чаще всего вода: H⁺ + OH⁻ → H₂O.
Если ни одно условие не выполнено, после вычёркивания ничего не остаётся. Например, при сливании растворов Na₂SO₄ и KCl в стакане просто окажутся четыре вида ионов — Na⁺, SO₄²⁻, K⁺, Cl⁻, и сокращённого ионного уравнения нет: реакция не идёт.
Примеры ионных уравнений с решением
1. Нейтрализация: щёлочь и сильная кислота
Полное: Na⁺ + OH⁻ + H⁺ + Cl⁻ → Na⁺ + Cl⁻ + H₂O. Сокращённое: H⁺ + OH⁻ → H₂O. Такое же сокращённое уравнение у любой реакции сильной кислоты со щёлочью, например KOH + HNO₃ → KNO₃ + H₂O. Конец нейтрализации показывает индикатор — опыт «Нейтрализация».
2. Гидроксид бария и серная кислота
Ba(OH)₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2H₂O
Полное: Ba²⁺ + 2OH⁻ + 2H⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ + 2H₂O. Вычёркивать нечего: все ионы связались — и в осадок, и в воду. Полное и сокращённое уравнения совпадают.
3. Хлорид серебра
Полное: Ag⁺ + NO₃⁻ + Na⁺ + Cl⁻ → AgCl↓ + Na⁺ + NO₃⁻. Сокращённое: Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓ — белый творожистый осадок, качественная реакция на хлорид-ион. С иодидом осадок жёлтый: Ag⁺ + I⁻ → AgI↓ (опыт «Иодид-ион»).
4. Гидроксид меди(II)
CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄
Полное: Cu²⁺ + SO₄²⁻ + 2Na⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂↓ + 2Na⁺ + SO₄²⁻. Сокращённое: Cu²⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂↓ — голубой осадок (опыт «Ионы меди»).
5. Углекислый газ из соды
Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + CO₂↑ + H₂O
Полное: 2Na⁺ + CO₃²⁻ + 2H⁺ + 2Cl⁻ → 2Na⁺ + 2Cl⁻ + CO₂↑ + H₂O. Сокращённое: CO₃²⁻ + 2H⁺ → CO₂↑ + H₂O.
6. Мрамор и кислота: нерастворимая соль
CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O
Карбонат кальция нерастворим, его пишут формулой. Полное: CaCO₃ + 2H⁺ + 2Cl⁻ → Ca²⁺ + 2Cl⁻ + CO₂↑ + H₂O. Сокращённое: CaCO₃ + 2H⁺ → Ca²⁺ + CO₂↑ + H₂O. Горящая лучина в выделившемся газе гаснет (опыт «Углекислый газ»).
7. Нерастворимое основание и кислота
Полное: Cu(OH)₂ + 2H⁺ + 2Cl⁻ → Cu²⁺ + 2Cl⁻ + 2H₂O. Сокращённое: Cu(OH)₂ + 2H⁺ → Cu²⁺ + 2H₂O — голубой осадок растворяется, получается голубовато-зелёный раствор.
8. Аммиак из соли аммония
NH₄Cl + NaOH → NaCl + NH₃↑ + H₂O при нагревании
Полное: NH₄⁺ + Cl⁻ + Na⁺ + OH⁻ → Na⁺ + Cl⁻ + NH₃↑ + H₂O. Сокращённое: NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃↑ + H₂O — качественная реакция на ион аммония: появляется запах аммиака, влажная красная лакмусовая бумажка синеет.
Как составить молекулярное уравнение по сокращённому ионному
Обратная задача часто встречается в контрольных и на ОГЭ: дано сокращённое ионное уравнение, нужно подобрать вещества. Каждый ион левой части берут в составе сильного электролита, а ион-партнёр выбирают так, чтобы он не дал своего осадка или газа.
Дано: Fe³⁺ + 3OH⁻ → Fe(OH)₃↓. Ионы Fe³⁺ даёт растворимая соль, например FeCl₃, ионы OH⁻ — щёлочь NaOH: FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3NaCl. Подошли бы и Fe(NO₃)₃ с KOH, а вот нерастворимая соль железа не годится — она не даёт ионов Fe³⁺ в раствор.
Дано: 2H⁺ + SO₃²⁻ → SO₂↑ + H₂O. Подходят растворимый сульфит и сильная кислота: Na₂SO₃ + 2HCl → 2NaCl + SO₂↑ + H₂O.
Таблица растворимости для ионных уравнений
Растворимость веществ определяют по таблице: «Р» — растворимо, «М» — малорастворимо, «Н» — нерастворимо, прочерк — вещество не существует или разлагается водой. Как пользоваться таблицей, подробно рассказано на странице «Таблица растворимости».
| H⁺ | NH₄⁺ | Li⁺ | K⁺ | Na⁺ | Ag⁺ | Ba²⁺ | Ca²⁺ | Mg²⁺ | Zn²⁺ | Cu²⁺ | Hg²⁺ | Pb²⁺ | Fe²⁺ | Fe³⁺ | Al³⁺ | Cr³⁺ | Mn²⁺ | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| OH⁻ | — | Р | Р | Р | Р | — | Р | М | Н | Н | Н | — | Н | Н | Н | Н | Н | Н |
| Cl⁻ | Р | Р | Р | Р | Р | Н | Р | Р | Р | Р | Р | Р | М | Р | Р | Р | Р | Р |
| Br⁻ | Р | Р | Р | Р | Р | Н | Р | Р | Р | Р | Р | М | М | Р | Р | Р | Р | Р |
| I⁻ | Р | Р | Р | Р | Р | Н | Р | Р | Р | Р | — | Н | Н | Р | — | Р | Р | Р |
| S²⁻ | Р | Р | Р | Р | Р | Н | Р | М | — | Н | Н | Н | Н | Н | — | — | — | Н |
| SO₃²⁻ | Р | Р | Р | Р | Р | Н | Н | Н | М | М | — | — | Н | Н | — | — | — | Н |
| SO₄²⁻ | Р | Р | Р | Р | Р | М | Н | М | Р | Р | Р | — | Н | Р | Р | Р | Р | Р |
| NO₃⁻ | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р |
| PO₄³⁻ | Р | Р | Н | Р | Р | Н | Н | Н | Н | Н | Н | Н | Н | Н | Н | Н | Н | Н |
| CO₃²⁻ | Р | Р | Р | Р | Р | Н | Н | Н | Н | Н | — | — | Н | Н | — | — | — | Н |
| SiO₃²⁻ | Н | — | Р | Р | Р | — | Н | Н | Н | Н | — | — | Н | Н | — | — | — | Н |
| CH₃COO⁻ | Р | Р | Р | Р | Р | М | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | — | — | — | Р |
- Р — растворимо (больше 1 г в 100 г воды)
- М — малорастворимо (0,01–1 г)
- Н — нерастворимо (меньше 0,01 г)
- «—» — не существует или разлагается водой
Ионные реакции в лаборатории онлайн
Почти все готовые опыты лаборатории — реакции ионного обмена. Проведите опыт, запишите молекулярное уравнение, а затем полное и сокращённое ионное:
- ионы меди: Cu²⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂↓;
- иодид-ион: Ag⁺ + I⁻ → AgI↓;
- «Золотой дождь»: Pb²⁺ + 2I⁻ → PbI₂↓;
- гидроксид алюминия: Al³⁺ + 3OH⁻ → Al(OH)₃↓;
- углекислый газ и нейтрализация — примеры 6 и 1 с этой страницы.
В свободном режиме есть растворы BaCl₂, Na₂SO₄, AgNO₃, NaCl, CuCl₂, FeCl₃, щёлочи и кислоты — проверьте любое ионное уравнение со страницы. Продолжение темы — гидролиз солей и качественные реакции на ионы.
Проведите опыт онлайн
Эти опыты есть в виртуальной лаборатории: запустите прямо здесь или откройте на весь экран.
Ионы меди(II)
Щёлочь к раствору медного купороса — голубой осадок гидроксида меди(II).
Иодид-ион и нитрат серебра
Нитрат серебра с иодидом калия — жёлтый осадок иодида серебра.
Нейтрализация
Щёлочь с фенолфталеином титруют кислотой, пока малиновая окраска не исчезнет.
Гидроксид алюминия
Щёлочь к хлориду алюминия — белый студенистый осадок, в избытке растворяется.
Золотой дождь
Нитрат свинца(II) и иодид калия — «золотой дождь» из кристаллов PbI₂.
Читайте также
- Электролитическая диссоциация
- Таблица растворимости веществ в воде
- Гидролиз солей
- Качественные реакции в химии
- Уравнения химических реакций
- Химия 9 класс: реакции, диссоциация, ОВР — уроки и опыты онлайн
- ОГЭ по химии: задания, теория и химический эксперимент онлайн
- Химические реакции: типы, признаки, примеры
Частые вопросы
Чем полное ионное уравнение отличается от сокращённого?
В полном ионном уравнении все сильные электролиты записаны ионами, в том числе те, что не участвуют в реакции. В сокращённом одинаковые ионы из обеих частей вычеркнуты и остаются только частицы, которые действительно реагируют.
Какие вещества не расписывают на ионы?
Осадки (нерастворимые вещества), газы, слабые электролиты, включая воду, оксиды и простые вещества. Ионами записывают только сильные кислоты, щёлочи и растворимые соли.
Расписывают ли воду на ионы?
Нет. Вода — очень слабый электролит, в ионных уравнениях её всегда записывают формулой H₂O. Именно образование воды делает реакцию нейтрализации необратимой.
Как проверить ионное уравнение?
Посчитайте атомы каждого элемента и сложите заряды частиц в левой и правой части. И атомы, и суммарный заряд должны совпасть. Например, в Cu²⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂ заряд слева +2 − 2 = 0, справа — 0.
Почему у разных реакций одинаковое сокращённое ионное уравнение?
Потому что ионы-наблюдатели не влияют на суть процесса. Любая сильная кислота со щёлочью даёт H⁺ + OH⁻ → H₂O, а любая растворимая соль бария с растворимым сульфатом — Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄.