Руководство для начинающих химиков: составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций

Химия - наука, которая интересна и полезна каждому. Но иногда ее формулы и реакции кажутся сложными для понимания. К счастью, составление молекулярных и ионных уравнений - проще, чем вы думаете. Эта статья поможет разобраться в основах и с легкостью научит составлять нужные уравнения.

Основы составления молекулярных уравнений

Для начала давайте разберемся с базовыми понятиями и терминами. Молекулярное уравнение - это запись химической реакции с использованием молекулярных формул веществ. Например:

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

Здесь в левой части записаны молекулы оксида кальция и воды, а в правой части - молекула гидроксида кальция.

4 основных класса неорганических соединений

Для составления молекулярных уравнений важно знать 4 класса неорганических веществ:

1. Оксиды
2. Основания
3. Кислоты
4. Соли

Нужно понимать химические свойства каждого класса и уметь записывать молекулярные формулы.

Примеры молекулярных формул

Давайте запишем молекулярные формулы некоторых соединений:

• Оксид фосфора (V) - P₂O₅
• Азотная кислота - HNO₃
• Гидроксид натрия - NaOH
• Сульфат меди (II) - CuSO₄

Алгоритм составления молекулярных уравнений

Чтобы составить молекулярное уравнение, нужно:

1. Определить исходные вещества
2. Понять, возможна ли между ними реакция
3. Записать продукты реакции

Давайте разберем на примерах этот алгоритм подробнее.

Пример 1

Даны: оксид кальция и азотная кислота.

1) Определяем исходные вещества. Это оксид CaO и азотная кислота HNO₃.

2) Анализируем, возможна ли реакция. Между основными оксидами и кислотами всегда происходит реакция.

3) Записываем продукты реакции - образуется соль Ca(NO₃)₂ и вода H₂O.

Получаем молекулярное уравнение:

CaO + 2HNO₃ = Ca(NO₃)₂ + H₂O

А теперь потренируйтесь в составлении молекулярных уравнений на примере знакомых вам реакций!

Переход к ионным уравнениям

Молекулярные уравнения дают общее представление о химической реакции. Но они не отражают то, что на самом деле происходит в растворе. При растворении многие вещества диссоциируют (распадаются) на ионы. Поэтому для более точного описания реакций используют ионные уравнения.

Полные и краткие ионные уравнения

Различают полные и краткие ионные уравнения. В полном ионном уравнении все растворимые вещества записаны в ионном виде. Например, для реакции соляной кислоты и гидроксида натрия:

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

полное ионное уравнение будет:

H⁺ + Cl^- + Na⁺ + OH^- → Na⁺ + Cl^- + H₂O

В кратком ионном уравнении оставлены только те ионы, которые непосредственно участвуют в реакции. Для нашего примера это будет:

H⁺ + OH^- → H₂O

Правила записи веществ в ионной форме

Чтобы правильно составить ионные уравнения, нужно знать два важных правила о том, какие вещества писать в виде молекул, а какие - в виде ионов.

Список 1: Что записываем в виде ионов

• Сильные кислоты (HCl, HNO₃, H₂SO₄)
• Щелочи (NaOH, KOH)
• Растворимые соли

Список 2: Что оставляем в молекулярной форме

• Малорастворимые основания
• Слабые кислоты и основания
• Нерастворимые соли
• Вода

Примеры полных ионных уравнений

Давайте на примерах разберем, как составлять полные ионные уравнения.

Пример 1

Дано: гидроксид меди (II) и соляная кислота.

Составляем полное ионное уравнение:

Cu(OH)₂ + 2H⁺ + 2Cl^- → Cu²⁺ + 2Cl^- + 2H₂O

А теперь могу предложить вам потренируйтесь составить полные ионные уравнения для знакомых вам реакций!

Особенности кратких ионных уравнений

Краткая форма записи ионных уравнений имеет ряд преимуществ. Во-первых, она наглядно показывает суть химической реакции. Во-вторых, позволяет легко составить электронный баланс и рассчитать окислительно-восстановительный потенциал.

Алгоритм составления кратких ионных уравнений

Чтобы перейти от полного ионного уравнения к краткому, нужно:

1. Удалить все одинаковые ионы в левой и правой частях
2. Оставить только те ионы, которые являются ключевыми участниками реакции

Рассмотрим этот алгоритм на конкретных примерах.

Пример 1

Дано: оксид магния и серная кислота

Полное ионное уравнение:

MgO + 2H⁺ + SO₄^2- → Mg²⁺ + SO₄^2- + H₂O

Убираем одинаковые ионы SO₄^2-. Оставляем ключевые ионы H⁺ и O^2-. Получаем:

O^2- + 2H⁺ → H₂O

Примеры кратких ионных уравнений

Давайте рассмотрим еще несколько примеров составления кратких ионных уравнений для разных типов реакций.

Пример 1

Дано: хлорид железа (III) и гидроксид натрия

Полное ионное уравнение:

FeCl₃ + 3Na⁺ + 3OH^- → Fe(OH)₃ + 3Na⁺ + 3Cl^-

Удаляем одинаковые ионы Na⁺ и Cl^-. Оставляем ключевые ионы Fe³⁺ и OH^-. Получаем:

Fe³⁺ + 3OH^- → Fe(OH)₃

Пример 2

Дано: карбонат кальция и азотная кислота

Полное ионное уравнение:

CaCO₃ + 2H⁺ + NO₃^- → Ca²⁺ + NO₃^- + H₂O + CO₂

Удаляем одинаковые ионы Ca²⁺, NO₃^-. Оставляем ключевые ионы H⁺ и CO₃^2-. Получаем:

H⁺ + CO₃^2- → H₂O + CO₂

Как видите, составление кратких ионных уравнений подчиняется определенному алгоритму. А теперь предлагаю вам потренируйтесь в переводе полных ионных уравнений в краткий вид на знакомых вам примерах реакций.

Решение задачи 31 ЕГЭ

Одно из практических применений умения составлять ионные уравнения реакций - это решение задачи 31 на ЕГЭ по химии.

Формулировка задачи 31 ЕГЭ

Дано: записано уравнение реакции между двумя веществами.

Задание: составить молекулярное, полное и краткое ионное уравнение для данной реакции.

Критерии оценки

За верно записанное молекулярное уравнение - 1 балл.

За верно записанные полное и краткое ионное уравнение - 2 балла.

Рассмотрим примеры решения этой задачи.

Пример 1

Дано: H2SO4 + NaOH = Na2SO4 + H2O

Решение:

1) Молекулярное уравнение дано в условии.

2) Полное ионное уравнение:

2H⁺ + SO₄^2- + 2Na⁺ + 2OH^- → 2Na⁺ + SO₄^2- + 2H₂O

3) Краткое ионное уравнение:

2H⁺ + 2OH^- → 2H₂O

Получаем 2 балла: уравнения записаны верно.

Пример 2

Дано: CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃ + H₂O

Решение:

1) Молекулярное уравнение дано.

2) Полное ионное уравнение:

CO₂ + Ca(OH)₂ → Ca²⁺ + CO₃^2- + H₂O

3) Краткое ионное уравнение:

CO₂ + OH^- → HCO₃^-

2 балла получаем и в этом примере.

Как видите, алгоритм решения задачи 31 не вызывает затруднений, если вы хорошо владеете правилами составления молекулярных и ионных уравнений. Потренируйтесь на других примерах и успешно справитесь с этим заданием на экзамене!

Дополнительные рекомендации

В завершение этой статьи давайте еще раз перечислим полезные рекомендации, которые помогут вам без труда составлять любые молекулярные и ионно-молекулярные уравнения химических реакций:

• Знайте химические свойства основных классов неорганических соединений
• Помните правила записи веществ в ионной форме
• Сначала составьте молекулярное уравнение
• Затем переходите к полному, а далее - к краткому ионному уравнению

Следуя этим простым рекомендациям и имея химическую практику, вы без труда научитесь составлять любые молекулярные и ионные уравнения!

Типичные ошибки

Несмотря на кажущуюся простоту алгоритмов, при составлении молекулярных и ионно-молекулярных уравнений часто допускаются различные ошибки. Давайте разберем наиболее распространенные из них.

Ошибки в молекулярных уравнениях

• Неправильно определено, возможна ли реакция между данными веществами
• Допущены ошибки в названиях или формулах исходных веществ или продуктов реакции
• Не соблюден принцип электронейтральности (не уравновешены заряды)

Ошибки в ионных уравнениях

• Неправильно выбрано, какие вещества записывать в молекулярном виде, а какие - в ионном
• Допущена ошибка в зарядах ионов
• В кратком уравнении оставлены лишние ионы-наблюдатели

Чтобы избежать подобных ошибок, еще раз внимательно изучите правила записи молекулярных и ионных уравнений, рассмотренные в этой статье.

Тренировочные задания

В заключение приведу несколько полезных упражнений, которые помогут закрепить ваши знания и навыки по теме составления молекулярных и ионно-молекулярных уравнений реакций.

Упражнение 1. Дополните следующие уравнения реакций:

а) HBr + Ca(OH)₂ → ___________ + ____________

б) Al₂(SO₄)₃ + NaOH → ___________ + ____________

в) CO + NaOH → __________ + ___________

Проверьте себя по составленным вами молекулярным и полным ионным уравнениям.

Упражнение 2. Переведите следующие полные ионные уравнения в краткий вид:

а) Zn(OH)₂ + 2H⁺ + 2NO₃^- → Zn²⁺ + 2NO₃^- + 2H₂O

б) CaCO₃ + 2H⁺ + 2Cl^- → Ca²⁺ + 2Cl^- + H₂O + CO₂

в) FeO + 2HNO₃ → Fe²⁺ + 2NO₃^- + H₂O

Упражнение 3. Решите задачу 31 ЕГЭ:

Дано: Mg(OH)₂ + HCl = MgCl₂ + H₂O

Составьте молекулярное, полное и краткое ионно-молекулярное уравнение.