Schimb și precipitare: lecție de chimie

1pe scurtstratul 1 din 2 · rezumatul lecției

Pe scurt

Într-o reacție de schimb, doi compuși își schimbă partenerii: $AB + CD \to AD + CB$ . Reacția dintre soluții are loc numai dacă una dintre substanțele formate iese din soluție sau se formează un compus slab ionizat:

un precipitat, adică o substanță greu solubilă care se separă ca solid, notată cu $↓$ ;
un gaz, notat cu $↑$ ;
apă, ca la neutralizare: $NaOH + HCl \to NaCl + H_{2} O$ .

Precipitatul se recunoaște cu ajutorul tabelului solubilității: azotații, sărurile de sodiu și sărurile de potasiu sunt solubile, iar $AgCl$ , $BaS O_{4}$ , $CaC O_{3}$ și hidroxizii de cupru și de fier sunt insolubili.

În soluție, sărurile, bazele tari și acizii tari se găsesc sub formă de ioni, adică particule încărcate electric. Reacția de schimb este întâlnirea ionilor care formează împreună o substanță ce părăsește soluția. Dacă toți ionii rămân liberi, nu are loc nicio reacție, ca la amestecarea soluțiilor de clorură de sodiu și de azotat de potasiu, care rămân limpezi. Precipitatul se separă de lichid prin filtrare, iar solidul rămas pe hârtia de filtru se spală și se usucă.

Neutralizarea este tot o reacție de schimb: un acid reacționează cu o bază și rezultă o sare și apă. Apa, o substanță foarte slab ionizată, este produsul care determină reacția.

Exemple cu observațiile lor:

$AgN O_{3} + NaCl \to AgCl ↓ + NaN O_{3}$ : precipitat alb, brânzos.
$BaC l_{2} + N a_{2} S O_{4} \to BaS O_{4} ↓ + 2NaCl$ : precipitat alb, fin.
$CuS O_{4} + 2NaOH \to Cu (OH)_{2} ↓ + N a_{2} S O_{4}$ : precipitat albastru.
$CaC O_{3} + 2HCl \to CaC l_{2} + H_{2} O + C O_{2} ↑$ : bule de dioxid de carbon.

Exemplu rezolvat: scriem ecuația dintre clorura de fier(III) și hidroxidul de sodiu.

Schimbăm partenerii: $F e^{3 +}$ se leagă de $O H^{-}$ și formează $Fe (OH)_{3}$ , iar $N a^{+}$ se leagă de $C l^{-}$ și formează $NaCl$ : $FeC l_{3} + NaOH \to Fe (OH)_{3} + NaCl$ .
Egalăm: trei grupări $OH$ cer $3 NaOH$ , iar apoi $3 NaCl$ .
Rezultă $FeC l_{3} + 3NaOH \to Fe (OH)_{3} ↓ + 3NaCl$ .
Hidroxidul de fier(III) este insolubil, deci reacția are loc: se vede un precipitat brun-roșcat.

Reacțiile de precipitare servesc la identificarea ionilor: ionul clorură se recunoaște cu soluție de azotat de argint, prin precipitatul alb de $AgCl$ , iar ionul sulfat cu soluție de clorură de bariu, prin precipitatul alb de $BaS O_{4}$ .

2în detaliustratul 2 din 2 · pentru clasă și Bacalaureat

În detaliu

Ecuația ionică netă. Electroliții tari dizolvați se scriu sub formă de ioni, iar ionii care apar neschimbați în ambele părți, numiți ioni spectatori, se elimină.

Exemplu 1. $CuS O_{4} (aq) + 2NaOH (aq) \to Cu (OH)_{2} (s) + N a_{2} S O_{4} (aq)$ .

Forma ionică: $C u^{2 +} + S O_{4}^{2 -} + 2N a^{+} + 2O H^{-} \to Cu (OH)_{2} (s) + 2N a^{+} + S O_{4}^{2 -}$ .
Se elimină $N a^{+}$ și $S O_{4}^{2 -}$ , spectatori.
Ecuația netă este $C u^{2 +} + 2O H^{-} \to Cu (OH)_{2} ↓$ . Sarcina totală este $0$ în ambele părți: $+ 2 - 2 = 0$ .

Neutralizarea are aceeași formă netă, $H^{+} + O H^{-} \to H_{2} O$ , deci și ea este o reacție de schimb, la care produsul slab ionizat este apa.

Exemplu 2: masa precipitatului. La $20, 8$ g $BaC l_{2}$ se adaugă sulfat de sodiu în exces.

$M (BaC l_{2}) = 137 + 2 \cdot 35, 5 = 208$ g/mol, deci $n = 20, 8/208 = 0, 10$ mol.
Raportul din ecuația $BaC l_{2} + N a_{2} S O_{4} \to BaS O_{4} + 2NaCl$ este $1 : 1$ , deci se formează $0, 10$ mol $BaS O_{4}$ .
$M (BaS O_{4}) = 137 + 32 + 64 = 233$ g/mol, deci precipitatul are $0, 10 \cdot 233 = 23, 3$ g.

Exemplu 3: recunoașterea a trei soluții. Trei eprubete conțin soluții incolore de $NaCl$ , $N a_{2} S O_{4}$ și $N a_{2} C O_{3}$ , în ordine necunoscută. Se lucrează pe probe separate, câte una pentru fiecare reactiv.

Într-o probă din fiecare soluție se adaugă acid clorhidric. Soluția la care apar bule conține carbonat: $C O_{3}^{2 -} + 2 H^{+} \to C O_{2} ↑ + H_{2} O$ .
În probe noi din celelalte două soluții se adaugă $BaC l_{2}$ . Precipitatul alb, care nu se dizolvă la adăugarea de acid, arată sulfat: $B a^{2 +} + S O_{4}^{2 -} \to BaS O_{4} ↓$ .
Într-o probă nouă din soluția rămasă se adaugă acid azotic, apoi $AgN O_{3}$ . Precipitatul alb de $AgCl$ arată clorură.

Carbonatul se identifică întâi cu acid, deoarece $BaC O_{3}$ este tot alb, dar se dizolvă în acid, iar $BaS O_{4}$ nu se dizolvă. Gazul se măsoară: $5, 3$ g $N a_{2} C O_{3}$ , adică $5, 3/106 = 0, 050$ mol, cu acid în exces dau $0, 050$ mol $C O_{2}$ , adică $1, 12$ L în condiții normale.

Exemplu 4: reactiv în deficit. Se amestecă $100$ mL soluție $AgN O_{3}$ $0, 10$ mol/L cu $100$ mL soluție $NaCl$ $0, 040$ mol/L.

$n (A g^{+}) = 0, 100 \cdot 0, 10 = 0, 010$ mol și $n (C l^{-}) = 0, 100 \cdot 0, 040 = 0, 0040$ mol.
Raportul din $A g^{+} + C l^{-} \to AgCl$ este $1 : 1$ , deci clorura este reactivul limitant: precipită $0, 0040$ mol $AgCl$ , adică $0, 0040 \cdot 143, 5 = 0, 574$ g.
Rămân în soluție $0, 010 - 0, 0040 = 0, 0060$ mol $A g^{+}$ , în volumul de $0, 200$ L: $c (A g^{+}) = 0, 030$ mol/L.
Ionii spectatori au $c (N a^{+}) = 0, 0040/0, 200 = 0, 020$ mol/L și $c (N O_{3}^{-}) = 0, 010/0, 200 = 0, 050$ mol/L. Soluția este neutră electric: $0, 030 + 0, 020 = 0, 050$ mol/L sarcină pozitivă, egală cu cea negativă.

Reguli de solubilitate în apă. Sunt solubili: azotații, sărurile de sodiu, de potasiu și de amoniu, clorurile (cu excepția $AgCl$ și $PbC l_{2}$ ), sulfații (cu excepția $BaS O_{4}$ și $PbS O_{4}$ ; $CaS O_{4}$ este slab solubil) și hidroxizii alcalini. Sunt insolubili carbonații, fosfații și sulfurile, în afară de cei ai metalelor alcaline și ai amoniului, precum și hidroxizii metalelor tranziționale.

Alte reacții de recunoaștere cu hidroxid de sodiu: $C u^{2 +}$ dă precipitat albastru, $F e^{3 +}$ precipitat brun-roșcat, $F e^{2 +}$ precipitat verde murdar, iar $N H_{4}^{+}$ degajă la încălzire amoniac, care albăstrește hârtia de turnesol roșie umezită.

Greșeli frecvente

Greșit: $N a^{+}$ se transformă în argint metalic în reacția $AgN O_{3} + NaCl$ .
Corect: $N a^{+}$ este ion spectator; produsul solid este $AgCl$ .
Greșit: $BaS O_{4}$ rămâne dizolvat după amestecarea soluțiilor.
Corect: precipită ca solid alb.
Greșit: Amestecarea oricăror două soluții de săruri produce o reacție, de exemplu $NaCl + KN O_{3} \to NaN O_{3} + KCl$ .
Corect: dacă nu se formează precipitat, gaz sau apă, ionii rămân dizolvați și reacția nu are loc.
Greșit: Orice precipitat alb obținut cu $BaC l_{2}$ dovedește prezența ionului sulfat.
Corect: și $BaC O_{3}$ este alb; adăugarea de acid îl dizolvă cu degajare de $C O_{2}$ , pe când $BaS O_{4}$ rămâne.

pentru adulți

Pentru părinți

Copilul exersează verificarea produsului și a solubilității lui.

Scrieți ecuația $BaC l_{2} + N a_{2} S O_{4} \to BaS O_{4} + 2NaCl$ .
Rugați-l să indice care produs este solid și să marcheze săgeata în jos.
Cereți-i să numere atomii și să explice de ce $NaCl$ rămâne dizolvat.

Întrebați: „De ce neutralizarea este reacție de schimb, chiar dacă nu vedem un precipitat?”

în contul tăuPremium

Testează-te pe această lecție

Lecția o citești aici, fără cont. Testele pe lecții și capitole sunt în cont, cu grile originale Didaxis și explicația fiecăreia: gratuit 10 grile pe zi, fără limită cu Premium, 49 de lei pe lună pentru fiecare copil.

Testează-te în cont

Înainte și după

ÎnainteSubstituție și seria metalelorReacțiile metalelor cu apă, acizi și săruri; aluminotermie.DupăNumăr de oxidareReguli de calcul și clasificarea reacțiilor.CapitolulReacții anorganiceToate lecțiile capitolului „Reacții anorganice”.

Surse și referințe

OMEN 3393/2017, anexa 2, Chimie VII–VIII, p. 11; rocnee.eu
Doicin, Gîrtan, Angelușiu, Chimie VIII, ART Klett 2025, «Reacția de schimb», pp. 66–79; catalog.manualedigitaleart.ro
OMECI 5099/2009, Chimie XII, programa 1/2, p. 7–9; rocnee.eu

Desene: Redactare proprie (desen original)