Сокращённое ионное уравнение: примеры и как составить

Сокращённое ионное уравнение - это запись реакции, в которой остаются только те частицы, что реально меняются: образуют осадок, газ или слабый электролит. Всё, что в растворе остаётся в неизменном виде, из уравнения вычёркивают. Именно поэтому сокращённая форма короче молекулярной и сразу показывает суть превращения, без лишних ионов-зрителей. Ниже на конкретных примерах разберём, как из молекулярного уравнения получить полное ионное, а из него - сокращённое, как распознать ионы-зрители, и как проверить запись по балансу атомов и заряда. Чтобы сразу увидеть все три формы записи рядом и понять, что именно вычёркивается, покрутите калькулятор ниже: он строит молекулярное, полное и сокращённое уравнение для типовых реакций и проверяет баланс заряда.

Три формы записи: молекулярное, полное ионное, сокращённое

Любую реакцию ионного обмена в растворе можно записать тремя способами, и важно не путать их между собой.

Молекулярное уравнение записывает вещества так, как их обычно пишут в формулах - целыми соединениями:

$\text{AgNO}_3 + \text{NaCl} \rightarrow \text{AgCl}\downarrow + \text{NaNO}_3.$

Полное ионное уравнение учитывает, что сильные растворимые электролиты в воде распадаются на ионы. Расписываем на ионы всё, что хорошо растворимо и является сильным электролитом, а осадки, газы и слабые электролиты оставляем в молекулярной форме:

$\text{Ag}^+ + \text{NO}_3^- + \text{Na}^+ + \text{Cl}^- \rightarrow \text{AgCl}\downarrow + \text{Na}^+ + \text{NO}_3^-.$

Сокращённое ионное уравнение получается, когда из полного убирают ионы-зрители - те, что стоят без изменений и слева, и справа:

$\text{Ag}^+ + \text{Cl}^- \rightarrow \text{AgCl}\downarrow.$

В этом примере ионы $\text{Na}^+$ и $\text{NO}_3^-$ не участвуют в превращении - они и есть зрители. Осадок $\text{AgCl}$ образуется только за счёт ионов серебра и хлорид-ионов, и именно это отражает сокращённая запись.

Как получить сокращённое уравнение: алгоритм

Чтобы перейти от молекулярного уравнения к сокращённому ионному, удобно действовать по шагам.

Рассчитать для своей задачи

1. Запишите молекулярное уравнение и расставьте коэффициенты, чтобы число атомов каждого элемента было одинаковым слева и справа.
2. Распишите на ионы все сильные растворимые электролиты - растворимые соли, сильные кислоты ($\text{HCl}$, $\text{HNO}_3$, $\text{H}_2\text{SO}_4$) и щёлочи ($\text{NaOH}$, $\text{KOH}$). Коэффициент перед формулой умножается на число ионов: $2\text{NaCl}$ даёт $2\text{Na}^+ + 2\text{Cl}^-$.
3. Не расписывайте осадки (помечены $\downarrow$), газы ($\uparrow$), воду и слабые электролиты - они остаются целыми молекулами.
4. Вычеркните ионы-зрители - те, что в одинаковом виде и количестве есть в обеих частях.
5. Проверьте баланс по числу атомов и по суммарному заряду левой и правой частей.

Главное правило: реакция ионного обмена идёт до конца только тогда, когда среди продуктов есть осадок, газ или слабый электролит. Если все вещества остаются растворимыми сильными электролитами, то после вычёркивания не остаётся ничего - реакция практически не идёт.

Пример с осадком

Классический пример - выпадение нерастворимого сульфата бария, качественная реакция на сульфат-ион. Молекулярное уравнение:

$\text{BaCl}_2 + \text{Na}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{BaSO}_4\downarrow + 2\text{NaCl}.$

Расписываем сильные электролиты на ионы (осадок $\text{BaSO}_4$ оставляем целым):

$\text{Ba}^{2+} + 2\text{Cl}^- + 2\text{Na}^+ + \text{SO}_4^{2-} \rightarrow \text{BaSO}_4\downarrow + 2\text{Na}^+ + 2\text{Cl}^-.$

Ионы $\text{Na}^+$ и $\text{Cl}^-$ повторяются слева и справа в одинаковом количестве - это зрители. После их вычёркивания остаётся сокращённое уравнение:

$\text{Ba}^{2+} + \text{SO}_4^{2-} \rightarrow \text{BaSO}_4\downarrow.$

Рассчитать для своей задачи

Обратите внимание на баланс заряда: слева суммарный заряд равен $(+2) + (-2) = 0$, справа осадок электронейтрален - тоже $0$. Если бы заряды не сошлись, это сигнал об ошибке в коэффициентах или в формулах ионов.

Пример с выделением газа

Когда реакция сопровождается выделением газа, движущая сила - уход газа из раствора. Карбонат натрия с соляной кислотой:

$\text{Na}_2\text{CO}_3 + 2\text{HCl} \rightarrow 2\text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow.$

Полное ионное уравнение (расписываем растворимые соль и кислоту, а воду и газ оставляем целыми):

$2\text{Na}^+ + \text{CO}_3^{2-} + 2\text{H}^+ + 2\text{Cl}^- \rightarrow 2\text{Na}^+ + 2\text{Cl}^- + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow.$

Зрители здесь - $\text{Na}^+$ и $\text{Cl}^-$. Сокращённое уравнение показывает реальное превращение:

$2\text{H}^+ + \text{CO}_3^{2-} \rightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow.$

Проверка заряда: слева $2 \cdot (+1) + (-2) = 0$, справа обе частицы нейтральны - заряд сходится. Этот же результат получится для любой реакции карбоната с сильной кислотой, потому что суть одна - карбонат-ион связывает протоны.

Пример с образованием воды

Реакция нейтрализации сильной кислоты сильной щёлочью - самый короткий пример сокращённого уравнения. Молекулярная запись:

$\text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}.$

В полном ионном уравнении вода остаётся целой, так как это слабый электролит:

$\text{H}^+ + \text{Cl}^- + \text{Na}^+ + \text{OH}^- \rightarrow \text{Na}^+ + \text{Cl}^- + \text{H}_2\text{O}.$

После вычёркивания зрителей $\text{Na}^+$ и $\text{Cl}^-$ остаётся универсальное уравнение нейтрализации любой сильной кислоты любой сильной щёлочью:

$\text{H}^+ + \text{OH}^- \rightarrow \text{H}_2\text{O}.$

Именно поэтому тепловой эффект нейтрализации сильной кислоты сильным основанием почти всегда одинаков: реальная реакция везде одна и та же - соединение ионов водорода и гидроксид-ионов в молекулу воды.

Частые ошибки

• Расписывают на ионы осадок, газ или воду. Эти частицы остаются в молекулярной форме. Расписывать $\text{H}_2\text{O}$ на $\text{H}^+ + \text{OH}^-$ нельзя - вода слабый электролит.
• Забывают умножить ион на коэффициент. Перед $2\text{NaCl}$ стоит двойка, значит в ионном уравнении будет $2\text{Na}^+ + 2\text{Cl}^-$, а не по одному иону.
• Оставляют заряд без проверки. Суммарный заряд левой и правой частей сокращённого уравнения обязан совпадать. Несовпадение означает ошибку.
• Расписывают слабые кислоты и нерастворимые основания. Слабые электролиты ($\text{H}_2\text{CO}_3$, $\text{CH}_3\text{COOH}$, $\text{NH}_3\cdot\text{H}_2\text{O}$) и нерастворимые гидроксиды остаются в молекулярной форме.
• Пишут сокращённое уравнение там, где реакция не идёт. Если нет осадка, газа или слабого электролита, все ионы окажутся зрителями и сокращать будет нечего.

FAQ

Что такое ионы-зрители простыми словами? Это ионы, которые до и после реакции остаются в растворе в одном и том же виде и не участвуют в образовании продукта. Они присутствуют и в левой, и в правой части полного ионного уравнения в одинаковом количестве, поэтому их вычёркивают.

Чем сокращённое ионное уравнение отличается от полного? Полное ионное уравнение содержит все частицы, включая ионы-зрители. Сокращённое получается из полного после их удаления и показывает только реально реагирующие частицы. Молекулярное же записывает вещества целыми соединениями.

Когда реакция ионного обмена идёт до конца? Только если среди продуктов есть осадок, газ или слабый электролит (чаще всего вода). В этих случаях ионы связываются и выводятся из раствора, поэтому в сокращённом уравнении что-то остаётся. Если все продукты растворимы и сильные, реакция практически не протекает.

Коротко

Сокращённое ионное уравнение оставляет только частицы, которые образуют осадок, газ или слабый электролит, и убирает ионы-зрители. Чтобы его составить, запишите молекулярное уравнение, распишите на ионы сильные растворимые электролиты, оставьте целыми осадки, газы и воду, вычеркните повторяющиеся ионы и проверьте баланс атомов и заряда. На примерах с $\text{AgCl}$, $\text{BaSO}_4$, $\text{CO}_2$ и водой видно, что сокращённая запись отражает саму суть превращения, одинаковую для целого класса похожих реакций.