Реакции ионного обмена происходят между двумя растворимыми солями, кислотами или основаниями, при этом образуется хотя бы одно вещество, которое является нерастворимым или слабодиссоциируемым (газ или слабый электролит). Эти реакции приводят к образованию осадка, выделению газа или образованию воды. Рассмотрим каждый из предложенных вариантов:
HCl и H2SO4 – оба вещества являются кислотами. Реакции ионного обмена между кислотами обычно не происходят, так как они не приводят к образованию осадка, газа или воды. Обе кислоты хорошо растворимы в воде и полностью диссоциируют на ионы. Следовательно, между ними реакция ионного обмена не возможна.
CaCO3 и NaCl – здесь мы имеем дело с карбонатом кальция, который является нерастворимым в воде, и хлоридом натрия, который легко растворим. Поскольку CaCO3 уже является нерастворимым, обмен ионами не приведёт к новому продукту, который бы был нерастворим или газообразен. Таким образом, ионный обмен между ними не происходит.
CaCO3 и HCl – карбонат кальция взаимодействует с соляной кислотой. Это классический пример реакции ионного обмена, в ходе которой происходит выделение углекислого газа (газ), образование воды и хлорида кальция:
[
\text{CaCO}_3 (s) + 2 \text{HCl} (aq) \rightarrow \text{CaCl}_2 (aq) + \text{H}_2\text{O} (l) + \text{CO}_2 (g)
]
Здесь образуется осадок и выделяется газ, что характерно для реакций ионного обмена.
NaOH и CaCl2 – гидроксид натрия (основание) и хлорид кальция (соль). В результате их взаимодействия происходит образование осадка гидроксида кальция:
[
2 \text{NaOH} (aq) + \text{CaCl}_2 (aq) \rightarrow \text{Ca(OH)}_2 (s) + 2 \text{NaCl} (aq)
]
Гидроксид кальция является нерастворимым веществом, что подтверждает наличие реакции ионного обмена.
Итак, реакции ионного обмена возможны для пар веществ 3 (CaCO3 и HCl) и 4 (NaOH и CaCl2), так как в этих случаях один из продуктов является нерастворимым или газом.