Чтобы составить сокращённое ионное уравнение реакции в водном растворе, сначала запишите и уравняйте молекулярное уравнение. Затем разложите на ионы растворённые сильные электролиты, оставив осадок, газ, воду и слабые электролиты в виде формул. Из полного ионного уравнения уберите одинаковые ионы по обе стороны и проверьте число атомов и общий заряд.
Например, для реакции растворов HCl и KOH краткая запись имеет вид H⁺ + OH⁻ → H₂O. Ионы K⁺ и Cl⁻ есть в растворе до и после реакции в одинаковом количестве, поэтому их не показывают в сокращённом уравнении. Это не означает, что они физически исчезли. Порядок записи молекулярного, полного и сокращённого уравнений описан в учебнике OpenStax Chemistry 2e и материале Фоксфорда о реакциях ионного обмена.
Шаг 1. Проверьте молекулярное уравнение
Начинайте с веществ из условия и правильно определённых формул продуктов. Коэффициенты ставьте перед формулами, чтобы число атомов каждого элемента слева и справа совпадало. Если молекулярная запись неверна, последующее сокращение ионов её не исправит.
Возьмём учебный пример нейтрализации: HCl(раствор) + KOH(раствор) → KCl(раствор) + H₂O. Коэффициенты здесь равны единице. Слева и справа по одному атому калия и хлора; два атома водорода и один атом кислорода образуют воду.
Состояние продукта важно для следующего шага. В другом примере AgNO₃(раствор) + NaCl(раствор) → AgCl↓ + NaNO₃(раствор). Значок ↓ показывает осадок хлорида серебра. Его нельзя на следующей строке записать как свободные Ag⁺ и Cl⁻, иначе исчезнет то изменение, ради которого составляют сокращённое уравнение.
Не начинайте с механического «размена» частей формул. Два раствора солей не обязаны давать реакцию обмена с наблюдаемым результатом. Сначала выясните, появляется ли в принятой школьной модели осадок, газ или малодиссоциирующее вещество. После этого есть смысл оформлять полную ионную запись.
Шаг 2. Решите, что записывать ионами
В полном ионном уравнении растворённые сильные электролиты показывают отдельными ионами. В примере с HCl и KOH это H⁺ и Cl⁻, K⁺ и OH⁻; растворённый KCl даёт K⁺ и Cl⁻. Воду оставляют формулой H₂O.
Растворимость и сила электролита — разные признаки. Растворимое вещество не обязательно записывают полностью разошедшимся на ионы: слабый электролит в такой школьной записи обычно оставляют формулой. Поэтому правило «всё с пометкой раствор расписывать на ионы» приводит к ошибкам. Газ и осадок тоже записывают формулами.
При раскрытии формулы сохраняйте и количество ионов, и их заряды. Например, CuCl₂(раствор) даёт один ион Cu²⁺ и два иона Cl⁻. Число 2 в Cu²⁺ означает заряд одного иона меди, а число 2 перед Cl⁻ — количество ионов хлора. Это разные роли цифры; одна не заменяет другую.
То же относится к коэффициенту перед веществом. Запись 2KOH(раствор) означает два иона K⁺ и два иона OH⁻. Если после раскрытия коэффициент исчезнет, атомы и заряд перестанут сходиться. При сомнении полезно вслух проговорить произведение коэффициента и индекса; похожий приём самопроверки при домашней работе помогает заметить пропущенную двойку ещё до сокращения.
Шаг 3. Сократите ионы наблюдатели
Раскроем первый пример целиком:
H⁺ + Cl⁻ + K⁺ + OH⁻ → K⁺ + Cl⁻ + H₂O.
Ион K⁺ находится по обе стороны в количестве одного и с тем же зарядом. То же верно для Cl⁻. После их сокращения остаётся H⁺ + OH⁻ → H₂O. Слева один атом кислорода и два атома водорода, как и справа. Общий заряд слева равен +1 − 1 = 0; справа молекула воды имеет заряд 0.
Сокращать можно только одинаковые ионы в одинаковом количестве. Нельзя убрать Cl⁻ слева и «хлор внутри AgCl» справа: справа уже не свободный ион, а часть формулы осадка. Нельзя также менять заряд иона ради красивого сокращения. Если числа ионов отличаются, сперва ищите ошибку в коэффициентах молекулярного уравнения и в раскрытии формул.
Проверим осадок из второго примера. Полное ионное уравнение:
Ag⁺ + NO₃⁻ + Na⁺ + Cl⁻ → AgCl↓ + Na⁺ + NO₃⁻.
Сокращаются Na⁺ и NO₃⁻. Остаётся Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓. Слева один атом серебра и один атом хлора, справа столько же. Сумма зарядов слева +1 − 1 = 0, заряд осадка справа 0. Именно образование AgCl отражает краткая запись.
При записи в тетради удобно сначала обвести или подчеркнуть совпадающие свободные ионы по обе стороны, а затем выписать оставшееся отдельно. Так легче увидеть, что ион нитрата NO₃⁻ сокращают целиком. Делить его на N и O при сокращении нельзя: в уравнении он записан как один ион.
Разберите случай, где важны коэффициенты и заряды
Пусть дано молекулярное уравнение CuCl₂(раствор) + 2KOH(раствор) → Cu(OH)₂↓ + 2KCl(раствор). Проверьте исходную строку: слева один атом меди, два атома хлора, два атома калия, два атома кислорода и два атома водорода. Справа количества тех же элементов совпадают.
Теперь раскрываем только растворённые сильные электролиты:
Cu²⁺ + 2Cl⁻ + 2K⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂↓ + 2K⁺ + 2Cl⁻.
Здесь Cu(OH)₂ остаётся целой формулой осадка. По обе стороны одинаково записаны 2K⁺ и 2Cl⁻, поэтому их сокращаем. Получаем Cu²⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂↓.
Проверка заряда: слева +2 + 2 · (−1) = 0, справа заряд осадка 0. Проверка атомов: слева один Cu, два O и два H; справа в Cu(OH)₂ те же количества. Коэффициент 2 перед OH⁻ обязателен. Если убрать его потому, что в Cu²⁺ уже написана двойка, не сойдутся ни атомы кислорода и водорода, ни заряд.
После проверки убедитесь, что коэффициенты в сокращённой записи — наименьшие целые. Если все числа можно поделить на одно и то же целое число, запись ещё не сокращена полностью. Делить следует коэффициенты перед целыми частицами, сохраняя формулы и заряды.
Убедитесь, что сокращённое уравнение вообще есть
Рассмотрим заданную пару растворов NaCl и KNO₃. В обычной школьной модели разбавленных водных растворов здесь остаются ионы Na⁺, Cl⁻, K⁺ и NO₃⁻. При предполагаемом обмене не получается осадок, газ или слабый электролит: все четыре иона остаются в растворе.
Если формально записать возможные растворённые соли по обе стороны и раскрыть их на ионы, сократятся все частицы. Пустую строку со стрелкой не называют содержательным сокращённым ионным уравнением. Вывод для такого условия: реакция обмена между этими растворами не идёт. Этот вывод относится к указанной школьной модели; он не описывает любые концентрации или последующее выпаривание раствора.
Такой пример полезен как проверка перед длинными преобразованиями. Если после раскрытия справа оказались только те же растворённые ионы, что слева, вернитесь к молекулярному уравнению и выясните, есть ли основание вообще ставить стрелку реакции.
Как проверить готовую запись
У сокращённого ионного уравнения должны одновременно выполняться три условия. Во-первых, каждый элемент представлен одинаковым числом атомов слева и справа. Считайте коэффициент перед частицей и индекс внутри формулы вместе: в 2OH⁻ находятся два атома O и два атома H.
Во-вторых, суммы электрических зарядов равны. Сложите заряды всех ионов слева, затем справа; коэффициент умножает заряд соответствующего иона. Нейтральная молекула воды или формула осадка в этих примерах даёт нуль. Проверка только атомов недостаточна: ошибочно записанный заряд может не изменить подсчёт элементов.
В-третьих, оставшиеся частицы должны передавать само изменение в реакции. В H⁺ + OH⁻ → H₂O это образование воды; в Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓ — образование осадка. Если после сокращения исчезло и оно, вероятнее всего, осадок или слабый электролит по ошибке разложили на ионы либо реакции в условии нет.
Для самопроверки пройдите запись в обратном порядке: назовите, какие свободные ионы были сокращены, от каких растворённых веществ они произошли и почему оставшийся продукт записан формулой. Такой обратный разбор быстро обнаруживает пропущенный коэффициент и попытку сократить часть молекулы.