Реакции ионного обмена протекают тогда, когда в результате реакции образуется малорастворимое соединение (осадок), газ или слабый электролит (вода, слабая кислота). Рассмотрим предложенные варианты:
1) Нитрат натрия (NaNO₃) и хлорид кальция (CaCl₂) — оба соединения хорошо растворимы в воде. При их смешивании ионного обмена не произойдет, так как все возможные продукты (нитрат кальция и хлорид натрия) также хорошо растворимы. Таким образом, реакция ионного обмена не будет необратимой.
2) Сульфат калия (K₂SO₄) и гидроксид натрия (NaOH) — оба вещества хорошо растворимы, и в результате их смешивания не образуется ни осадок, ни газ, ни слабый электролит. Поэтому здесь также не произойдет необратимая реакция ионного обмена.
3) Сульфат меди (II) (CuSO₄) и гидроксид натрия (NaOH) — при их смешивании образуется гидроксид меди (II) (Cu(OH)₂), который является малорастворимым соединением и выпадет в осадок. Уравнение реакции:
[
\text{CuSO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Cu(OH)}_2 \downarrow + \text{Na}_2\text{SO}_4
]
Здесь реакция ионного обмена протекает необратимо за счет образования осадка.
4) Соляная кислота (HCl) и нитрат магния (Mg(NO₃)₂) — все возможные продукты (хлорид магния и нитрат водорода) остаются в растворе, так как они хорошо растворимы в воде. Здесь также не происходит образования осадка, газа или слабого электролита, поэтому реакция ионного обмена не будет необратимой.
Таким образом, из предложенных вариантов реакция ионного обмена, протекающая необратимо, происходит при смешивании растворов сульфата меди (II) и гидроксида натрия (вариант 3).