Phản ứng trao đổi là gì? Phân loại, điều kiện xảy ra và ví dụ?

Khái niệm phản ứng trao đổi là gì? Phản ứng trao đổi được hiểu như thế nào? Cần những điều kiện nào để phản ứng này có thể xảy ra trong thực tiễn? Để giải đáp những thắc mắc nan giải này, Luật Dương Gia xin mời các bạn cũng như các em học sinh đang nghiên cứu môn hóa học cùng tham khảo qua bài viết ngày hôm nay nhé!

1. Định nghĩa phản ứng trao đổi:

Phản ứng hóa học là một quá trình dẫn đến biến đổi một tập hợp các hóa chất này thành một tập hợp các hóa chất khác. Phản ứng hóa học có rất nhiều loại như phản ứng hóa hợp, phân hủy, oxi hóa – khử, thế, trao đổi…Và trong đó, định nghĩa Phản ứng trao đổi được hiểu là một loại phản ứng hóa học, mà trong đó hai hợp chất cùng tham gia trao đổi với nhau những thành phần cấu tạo của hai hợp chất nêu trên mà không làm thay đổi số oxi hóa và qua đó tạo ra những hợp chất mới. Các bạn cần phải lưu ý rằng, phản ứng trao đổi phải tuân theo định luật bảo toàn khối lượng hóa học, với tổng khối lượng các chất tham gia vào phản ứng phải bằng tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng.

2. Điều kiện để phản ứng trao đổi có thể xảy ra:

• Giữa axit và bazo: phản ứng này luôn luôn xảy ra mà không cần bất kỳ điều kiện nào
• Giữa axit và muối: các chất tạo thành nhất định phải có ba loại chất: chất không tan, chất khí hay dễ phân hủy.
• Giữa bazo và muối: các chất tham gia buộc phải tan và sản phẩm tạo thành buộc phải có chất không tan, chất khí hay dễ phân hủy.
• Giữa bazo và bazo: các chất tham gia bắt buộc phải tan và sản phẩm tạo thành phải có chất không tan, chất khí hay dễ phân hủy.

Cần lưu ý rằng phản ứng trao đổi trong dung dịch của các chất chỉ có thể xảy ra với điều kiện tiên quyết khi các sản phẩm tạo thành có chất không tan hoặc không khí. Các bạn cũng phải nắm chắc tính tan của axit, bazo, muối thông qua việc học thuộc bảng tính tan của ba loại chất trên để biết được sản phẩm tạo thành có thỏa mãn các điều kiện nêu trên hay không.

Ví dụ minh họa

CaCO₃ + 2 HCl → CaCl₂ + CO₂ ↑ + H₂O

K₂SO₄ + NaOH: Phản ứng không xảy ra

CuSO₄ + 2 NaOH → Na₂SO₄ + Cu(OH)₂

Thêm một lưu ý nữa cho các bạn học sinh là phản ứng trung hòa cũng đồng thời thuộc loại phản ứng trao đổi và luôn luôn xảy ra.

Minh chứng: H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O.

3. Phân loại phản ứng trao đổi:

Thông qua những thành phần các chất tham gia phản ứng, người ta phân loại phản ứng này làm 3 loại: phản ứng trao đổi giữa axit và bazo, phản ứng trao đổi giữa axit và muối và cuối cùn là phản ứng trao đổi giữa muối và muối.

3.1. Phản ứng trao đổi giữa axit và bazo

Khái niệm: Phản ứng trao đổi giữa axit và bazo là phản ứng giữa một axit và một bazo để tạo ra muối và nước. Phương trình hóa học tổng quát có dạng:

Axit + Bazo → Muối + Nước

Một số ví dụ minh họa cho loại phản ứng trao đổi này:

HCl + KOH → KCl + H2O

2 HNO3 + Ca(OH)2 → Ca(NO3)2 + 2 H2O

H3PO4 + 3 NaOH → Na3PO4 + 3 H2O

H2SO4 + Ba(OH) → BaSO4 + 2 H2O

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

H₂SO₄ + 2KOH → K₂SO₄ + 2H₂O

3.2. Phản ứng trao đổi giữa axit và muối

Khái niệm: Phản ứng trao đổi giữa axit và muối là phản ứng giữa một axit và một muối để tạo ra hai chất mới là axit mới và muối mới.

Điều kiện bắt buộc để phản ứng này có thể xảy ra là:

– Chất Axít phải tan.

– Trong các chất tạo thành phải có ít nhất một chất kết tủa hoặc dễ phân huỷ hay dễ bay hơi , hoặc phải yếu hơn so với chất tham gia (đối với axít).

– Axit (mới) có thể mạnh hơn Axit cũ nếu muối (mới) là: CuS, HgS, Ag₂S, PbS.

Phương trình phản ứng tổng quán của loại phản ứng trao đổi này là:

Axit + Muối → Axit mới + Muối mới

Một số ví dụ minh họa cho loại phản ứng này:

HCl + Na2S → NaCl + H2S

H2SO4 + Ba(NO3)2 → BaSO4 + 2HNO3

2HNO3 + Na2CO3 → NaNO3 + CO2 + H2O

H₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄ (kết tủa) + 2HCl

2HNO₃ + K₂S → KNO₃ + 2H₂S (bay hơi)

6HCl + Cu₃(PO₄)₂ → 3CuCl₂ + 2H₃PO₄ (yếu hơn HCl)

3.3. Phản ứng trao đổi giữa bazo và muối

Định nghĩa phản ứng trao đổi giữa bazo và muối: Phản ứng trao đổi giữa bazo và muối là loại phản ứng giữa một bazo và một muối để tạo ra hai chất mới là bazo mới và muối mới.

Để phản ứng này có thể xảy ra, phải đáp ứng đồng thời hai điều kiện sau:

– Muối và bazơ (ban đầu) bắt buộc phải tan.

– Một trong 2 sản phẩm phải có kết tủa.

Phương trình phản ứng tổng quát của loại phản ứng trao đổi này là:

Bazo + Muối → Bazo mới + Muối mới

Một số phương trình tiêu biểu minh họa cho loại phản ứng trao đổi này như:

Ba(OH)2 + CuSO4 → BaSO4 + Cu(OH)2

2KOH + Pb(NO3)2 → Pb(OH)2 + 2KNO3

NaOH + MgCl2 → Mg(OH)2 + 2NaCl

2NaOH + CuSO₄ → Na₂SO₄ + Cu(OH)₂ (kết tủa)

Ba(OH)₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄ (kết tủa) + 2NaOH

3.4. Phản ứng trao đổi giữa muối và muối

Khái niệm phản ứng trao đổi giữa muối và muối: Phản ứng trao đổi giữa muối và muối là phản ứng trao đổi giữa một chất muối và một chất muối để tạo ra muối mới và muối mới.

Để phản ứng này có thể xảy ra, chúng ta phải đáp ứng đồng thời hai điều kiện sau:

– Hai muối tham gia phản ứng đều phải tan.

– Sản phẩm có chất kết tủa hoặc có chất khí bay hơi.

Phương trình tổng quát cho loại phản ứng trao đổi này có dạng như sau:

Muối + Muối → Muối mới + Muối mới

Ví dụ:

K2SO4 + BaCl2 → BaSO4 + 2KCl

CaCl2 + 2AgNO3 → 2AgCl + Ca(NO3)2

Na2CO3 + BaS → BaCO3 + Na2S

BaCl2 + CuSO₄ → BaSO₄ (kết tủa) + CuCl2

2AgNO₃ + CuCl₂ → 2AgCl (kết tủa) + Cu(NO₃)₂

BaS + Na₂CO₃ → BaCO₃ (kết tủa) + Na₂S

4. Bản chất của phản ứng trao đổi ion:

Phản ứng trao đổi ion có chung một bản chất, đó được coi là một dạng phản ứng giữa hai ion ngược dấu để tạo ra một chất kết tủa, một chất bay hơi, một chất không bền hoặc một chất điện ly yếu, hai ion nguợc dấu này đã triệt tiêu lẫn nhau các tính chất của nhau, rồi cùng nhau tách khỏi môi trường đã sinh ra phản ứng. Ta có thể gọi cặp ion ngược dấu gây ra phản ứng trung hoà và phản ứng trao đổi ion là  một cặp ion đối kháng, bởi lẽ hai ion đối kháng này không thể nào cùng đồng thời tồn tại trong cùng một dung dịch (“không đội trời chung”), bởi vì  khi chúng gặp nhau thì đã triệt tiêu lẫn nhau và đồng thời gây ra những phản ứng đặc hiệu rồi cùng cùng nhau tách khỏi môi trường phản ứng (đặc hiệu có nghĩa là đặc trưng và kèm theo những dấu hiệu đặc trưng như tạo kết tủa, dung dịch sôi, bốc mùi khai, mùi trứng thối…), nên có thể coi rằng hai ion đối kháng còn là thuốc thử của nhau hoặc dùng để tách nhau ra khỏi dung dịch.
Ví dụ:
– Ion H⁺ có sự đối kháng với OH^–, với CO₃^2-, với SO₃^2-, hay S^2-.
– Ion Cl^–,Br^– cùng có sự đối kháng với Ag⁺, với Pb²⁺.
– Ion SO₄^2- đồng thời đối kháng với Ba²⁺, Pb²⁺.
– Ion OH^– có sự đối kháng với mọi cation ngoại trừ các cation kim loại kiềm và 3 cation kim loại kiềm thổ.
– Anion CO₃^2-, SO₃^2-,PO₄^3-  đối kháng với hầu hết cation, ngoại trừ các cation kim loại kiềm (Na⁺,K⁺,..) và NH₄⁺.
Hai ion tuy rằng ngược dấu nhưng không đối kháng thì khi gặp nhau thì đương nhiên sẽ không có phản ứng và chúng có thể đồng thời tồn tại trong cùng một dung dịch.
 Ví dụ: Anion NO₃^– không đối kháng với mọi cation.
Các cation kim loại kiềm thì không đối kháng với mọi anion.
Nhưng hai ion đã đối kháng thì khi gặp nhau nhất định sẽ xảy ra phản ứng dù rằng một trong hai ion đối kháng đó vẫn đang ở trạng thái hợp chất rắn không tan trong nước hay ở trạng thái ion đa nguyên tử.

Cu(OH)₂+ 2H⁺ → Cu²⁺   +  2H₂O
HCO₃^–  +  H⁺    →  H₂O  +  CO₂ ↑
HCO₃^–   + OH^–  →  H₂O   +  CO₃^2-

               H+ + 2CO3(2-) → HCO3-

               H+ + HCO3- → H2CO3

               H2CO3 → CO2 ↑+ H2O

Chú ý quan trọng cho các bạn học sinh: Điện tích luôn luôn xuất hiện hoặc mất đi từng cặp có giá trị bằng nhau nhưng ngược dấu.

Cách viết phương trình ion thu gọn:

◊ Bước 1: Đầu tiên phải chuyển tất cả chất vừa dễ tan vừa điện li mạnh thành ion, các chất kết tủa, điện li yếu để nguyên dưới dạng phân tử. Phương trình ion đầy đủ được thể hiện dưới dạng sau:

2Na⁺ + SO₄^2- +  Ba²⁺ + 2Cl^– → BaSO₄  + 2Na⁺ + 2Cl^–

◊ Bước 2: Tiếp theo, phải tiến hành lược bỏ những ion không tham gia phản ứng:

SO₄^2- +  Ba²⁺ → BaSO₄ 

6. Kết luận

Hy vọng với bài viết Phản ứng trao đổi là gì? Phân loại, điều kiện xảy ra và ví dụ? ở trên mang lại nhiều kiến thức bổ ích cho các em. Mọi góp ý và thắc mắc các em mà các em vẫn chưa hiểu, vui lòng để lại bình luận dưới bài viết để chúng tôi có thể ghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tập tốt. Đừng quên truy cập Luật Dương Gia mỗi ngày để không bỏ lỡ nhiều bài viết bổ ích về môn Hóa học nhé!