Phản ứng trao đổi là gì? Điều kiện và ví dụ minh họa

Phản ứng trao đổi là gì?

Phản ứng trao đổi là một loại phản ứng hóa học, trong đó hai hợp chất tham gia trao đổi cho nhau thành phần cấu tạo của nó mà không làm thay đổi chỉ số oxi hóa.

Trong phản ứng trao đổi, hai chất tham gia phản ứng có thể là các hợp chất đơn giản hoặc phức tạp, các chất tham gia phản ứng có thể có cùng hoặc khác loại. Phản ứng trao đổi có thể xảy ra trong dung dịch hoặc trong trạng thái rắn. Trong dung dịch, phản ứng trao đổi thường xảy ra khi sản phẩm tạo thành có ít nhất một chất kết tủa, chất khí hoặc chất dễ phân hủy.

Sơ đồ phản ứng trao đổi

Điều kiện phản ứng trao đổi

Theo định luật Bertholet, phản ứng trao đổi chỉ xảy ra khi sản phẩm tạo thành có ít nhất một chất kết tủa, chất khí hoặc chất dễ phân hủy.

- Chất kết tủa: Chất kết tủa là chất không tan trong dung dịch. Khi hai dung dịch chứa các ion kết hợp với nhau tạo thành chất kết tủa, phản ứng trao đổi sẽ xảy ra.

Ví dụ: NaCl + AgNO3 → AgCl (kết tủa) + NaNO3

- Chất khí: Chất khí là chất ở trạng thái khí ở nhiệt độ và áp suất thường. Khi hai dung dịch chứa các ion kết hợp với nhau tạo thành chất khí, phản ứng trao đổi sẽ xảy ra.

Ví dụ: HCl + NaOH → NaCl + H2O

- Chất dễ phân hủy: Chất dễ phân hủy là chất có thể phân hủy thành các chất khác dưới tác dụng của nhiệt, ánh sáng hoặc các tác nhân khác. Khi hai dung dịch chứa các ion kết hợp với nhau tạo thành chất dễ phân hủy, phản ứng trao đổi sẽ xảy ra.

Ví dụ: H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O

Ngoài ra, phản ứng trao đổi cũng có thể xảy ra khi sản phẩm tạo thành là chất điện li yếu hơn so với chất tham gia.

Ví dụ: NH4Cl + NaOH → NH3 + NaCl + H2O (NH4Cl là một chất điện li yếu hơn so với NaOH)

=> Điều kiện để phản ứng trao đổi xảy ra là sản phẩm tạo thành có ít nhất một chất kết tủa, chất khí hoặc chất dễ phân hủy, hoặc chất điện li yếu hơn so với chất tham gia.

Phân loại phản ứng trao đổi

Có thể phân loại phản ứng trao đổi theo thành phần các chất tham gia phản ứng của phương trình tham gia như sau:

Phản ứng trao đổi giữa axit và bazo

Điều kiện xảy ra phản ứng: phản ứng luôn xảy ra mà không cần điều kiện.

Phương trình tổng quát: Axit + Bazo → Muối + Nước

Ví dụ:

HCl + KOH → KCl + H2O

2HNO3 + Ca(OH)2 → Ca(NO3)2 + 2H2O

H2SO4 + 2KOH → K2SO4 + 2H2O

Phản ứng trao đổi giữa axit và muối

Điều kiện xảy ra phản ứng: các chất tạo thành phải có ít nhất một chất kết tủa hoặc dễ bay hơi hay dễ phân huỷ hoặc yếu hơn so với chất tham gia (đối với axit).

Phương trình tổng quát: Axit + Muối → Axit mới + Muối mới

Ví dụ:

HCl + Na2S → NaCl + H2S

H2SO4 + Ba(NO3)2 → BaSO4↓ + 2HNO3

2HNO3 + Na2CO3 → NaNO3 + CO2 + H2O

Ba(NO3)2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2HNO3

CuSO4 + H2S → CuS↓ + H2SO4

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

Phản ứng trao đổi giữa bazo và muối

Điều kiện xảy ra phản ứng: các chất tham gia phải tan (ở dạng dung dịch) và sản phẩm tạo thành phải có chất không tan, chất khí hay dễ phân hủy.

Phương trình tổng quát: Bazơ + Muối → bazơ (mới) + Muối (mới)

Ví dụ:

Ba(OH)2 + CuSO4 → BaSO4↓ + Cu(OH)2

2KOH + Pb(NO3)2 → Pb(OH)2 + 2KNO3

NaOH + MgCl2 → Mg(OH)2 + 2NaCl

Phản ứng trao đổi giữa muối và muối

Điều kiện xảy ra phản ứng: các chất tham gia phải tan và sản phẩm tạo thành phải có chất không tan, chất khí hay dễ phân hủy.

Phương trình tổng quát: Muối + Muối → Muối (mới) + Muối (mới)

Ví dụ:

BaCl2 + CuSO4 → BaSO4↓ + CuCl2

2AgNO3 + CuCl2 → 2 AgCl↓ + Cu(NO3)2

BaS + Na2CO3 → BaCO3↓ + Na2S

Ví dụ phản ứng trao đổi

NaCl + AgNO3 → AgCl + NaNO3

HCl + NaOH → NaCl + H2O

H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O

Ứng dụng phản ứng trao đổi

- Trong phòng thí nghiệm: Phản ứng trao đổi được sử dụng để tách các ion ra khỏi dung dịch, tinh chế các chất hóa học,...

+ Dùng phản ứng trao đổi để tách ion bạc ra khỏi dung dịch muối bạc bằng cách thêm dung dịch natri clorua vào. Chất kết tủa bạc clorua sẽ được tạo thành và có thể được tách ra khỏi dung dịch.

- Trong công nghiệp: Phản ứng trao đổi được sử dụng để điều chế các hợp chất vô cơ, sản xuất phân bón,...

+ Dùng phản ứng trao đổi để sản xuất phân bón kali nitrat bằng cách thêm dung dịch kali clorua vào dung dịch axit nitric. Chất kết tủa kali nitrat sẽ được tạo thành và có thể được tách ra khỏi dung dịch.

+ Dùng phản ứng trao đổi để điều chế natri hiđroxit từ natri cacbonat.

- Trong đời sống hàng ngày:

+ Điều chế nước vôi trong để tẩy rửa

+ Điều chế baking soda để làm bánh

+ Xử lý nước để loại bỏ các chất ô nhiễm

+ Tạo ra các sản phẩm hóa học khác nhau, chẳng hạn như thuốc, mỹ phẩm và thực phẩm