2.5 Свойства кислот, оснований и солей с точки зрения теории электролитической диссоциации

Рассмотрим в свете теории электролитической диссоциации свойства веществ, которые в водных растворах проявляют свойства электролитов.

Кислоты. Для кислот характерны следующие общие свойства:

способность взаимодействовать с основаниями с образованием солей;

способность взаимодействовать с некоторыми металлами с выделением водорода;

способность изменять цвета индикаторов, в частности, вызывать красную окраску лакмуса;

кислый вкус.

При диссоциации любой кислоты образуются ионы водорода. Поэтому все свойства, которые являются общими для водных растворов кислот, мы должны объяснить присутствием гидратированных ионов водорода. Это они вызывают красный цвет лакмуса, сообщают кислотам кислый вкус и т.д. С устранением ионов водорода, например при нейтрализации, исчезают и кислотные свойства. Поэтому теория электролитической диссоциации определяет кислоты как электролиты, диссоциирующие в растворах с образованием ионов водорода.

У сильных кислот, диссоциирующих нацело, свойства кислот проявляются в большей степени, у слабых - в меньшей. Чем лучше кислота диссоциирует, т.е. чем больше ее константа диссоциации, тем она сильнее.

Величины констант диссоциации кислот изменяются в очень широких пределах. В частности, константа диссоциации циановодорода много меньше, чем уксусной кислоты. И хотя обе эти кислоты - слабые, все же уксусная кислота значительно сильнее циановодорода. Величины первой и второй констант диссоциации серной кислоты показывают, что в отношении первой ступени диссоциации H 2 SO 4 - сильная кислота, а в отношении второй - слабая. Кислоты, константы диссоциации которых лежат в интервале 10 -4 - 10 -2 , иногда называют кислотами средней силы. К ним, в частности, относятся ортофосфорная и сернистая кислоты (в отношении диссоциации по первой ступени).

Основания. Водные растворы оснований обладают следующими общими свойствами:

способностью взаимодействовать с кислотами с образованием солей;

способностью изменять цвета индикаторов иначе, чем их изменяют кислоты (например, они вызывают синюю окраску лакмуса);

Своеобразным "мыльным" вкусом.

Поскольку общим для всех растворов оснований является присутствие в них гидроксид-ионов, то ясно, что носителем основных свойств является гидроксид-ион. Поэтому с точки зрения теории электролитической диссоциации основания - это электролиты, диссоциирующие в растворах с отщеплением гидроксид-ионов.

Сила оснований, как и сила кислот, зависит от величины константы диссоциации. Чем больше константа диссоциации данного основания, тем оно сильнее.

Существуют гидроксиды, способные вступать во взаимодействие и образовывать соли не только с кислотами, но и с основаниями. К таким гидроксидам принадлежит гидроксид цинка. При взаимодействии его, например, с соляной кислотой получается хлорид цинка:

Zn (OH) 2 + 2НСl = ZnСl 2 + 2Н 2 О

а при взаимодействии с гидроксидом натрия - цинкат натрия:

Zn (OH) 2 + 2NaOH = Na 2 ZnО 2 + 2Н 2 О

Гидроксиды, обладающие этим свойством, называются амфотерными гидроксидами или амфотерными электролитами. К таким гидроксидам, кроме гидроксида цинка, относятся гидроксиды алюминия, хрома и некоторые другие.

Явление амфотерности объясняется тем, что в молекулах амфотерных электролитов прочность связи между металлом и кислородом незначительно отличается от прочности связи между кислородом и водородом. Диссоциация таких молекул возможна, следовательно, по местам обеих этих связей. Если обозначить амфотерный электролит формулой ROH, то его диссоциацию можно выразить схемой

Н + + RO - - ROH-R + + OH -

Таким образом, в растворе амфотерного электролита существует сложное равновесие, в котором участвуют продукты диссоциации как по типу кислоты, так и по типу основания.

Явление амфотерности наблюдается также среди некоторых органических соединений. Важную роль оно играет в биологической химии; например, белки - амфотерные электролиты.

Соли. Соли можно определить как электролиты, которые при растворении в воде диссоциируют, отщепляя положительные ионы, отличные от ионов водорода, и отрицательные ионы, отличные от гидроксид-ионов. Таких ионов, которые были бы общими для водных растворов всех солей, нет; поэтому соли и не обладают общими свойствами. Как правило, соли хорошо диссоциируют, и тем лучше, чем меньше заряды ионов, образующих соль.

При растворении кислых солей в растворе образуются катионы металла, сложные анионы кислотного остатка, а также ионы, являющиеся продуктами диссоциации этого сложного кислотного остатка, в том числе ионы Н + . Например, при растворении гидрокарбоната натрия диссоциация протекает согласно следующим уравнениям:

NaHCO 3 = Na + + HCO 3 -

HCO 3 - = Н + + CO 3 2-

При диссоциации основных солей образуются анионы кислоты и сложные катионы, состоящие из металла и гидроксогрупп. Эти сложные катионы также способны к диссоциации. Поэтому в растворе основной соли присутствуют ионы ОН - . Например, при растворении хлорида гидроксомагния диссоциации протекает согласно уравнениям:

MgOHCl = MgOH + + Сl -

MgOH + = Mg 2+ + ОН -

Таким образом, теория электролитической диссоциации объясняет общие свойства кислот присутствием в их растворах ионов водорода, а общие свойства оснований - присутствием в их растворах гидроксид-ионов. Это объяснение не является, однако, общим. Известны химические реакции, протекающие с участием кислот и оснований, к которым теория электролитической диссоциации неприменима: В частности, кислоты и основания могут реагировать друг с другом, не будучи диссоциированы на ионы. Так, безводный хлороводород, состоящий только из молекул, легко реагирует с безводными основаниями. Кроме того, известны вещества, не имеющие в своем составе гидроксогрупп, но проявляющие свойства оснований. Например, аммиак взаимодействует с кислотами и образует соли (соли аммония), хотя в его составе нет групп ОН. Так, с хлороводородом он образует типичную соль - хлорид аммония:

NH 3 + HC1 = NH 4 C1

Изучение подобного рода реакций, а также реакций, протекающих в неводных средах, привело к созданию более общих представлений о кислотах и основаниях. К важнейшим из современных теорий кислот и оснований принадлежит протонная теория, выдвинутая в 1923 г.

Согласно протонной теории, кислотой является донор протона, т.е. частица (молекула или ион), которая способна отдавать ион водорода - протон, а основанием - акцептор протона, т.е. частица (молекула или ион), способная присоединять протон. Соотношение между кислотой и основанием определяется схемой:

Основание + Протон - Кислота

Связанные этим соотношением основание и кислота называются сопряженными. Например, ион HSO 4 - является основанием, сопряженным кислоте H 2 SO 4 .

Реакцию между кислотой и основанием протонная теория представляет схемой:

(Кислота) 1 + (Основание) 2 = (Кислота) 2 + (Основание) 1

Например, в реакции

HC1 + NH 3 = NH 3 + + Сl -

ион Сl - основание, сопряженное кислоте НС1, а ион NH 3 + - кислота, сопряженная основанию NH 3 .

Существенным в протонной теории является то положение, что вещество проявляет себя как кислота или как основание в зависимости от того, с каким другим веществом оно вступает в реакцию. Важнейшим фактором при этом является энергия связи вещества с протоном. Так, в ряду NH 3 - Н 2 О - HF эта энергия максимальна для NH 3 и минимальна для HF. Поэтому в смеси с NH 3 вода функционирует как кислота, а в смеси с HF - как основание:

NH 3 + Н 2 О = NH 4 + + ОН -

HF + Н 2 О = F - + Н 3 О +

Буферные растворы

Буферные растворы

Буферные растворы

Растворы сильных кислот и оснований при достаточно высокой концентрации тоже обладают буферным действием. Сопряженными системами в этом случае являются Н3О+/Н2О - для сильных кислот и ОН-/Н2О - для сильных оснований...

Взаимодействие тетраалкинилидов олова с хлорангидридами карбоновых кислот

Взаимодействие тетраалкинилидов олова с хлорангидридами карбоновых кислот является автокаталитическим и после достижения определенных концентраций хлорида олова в реакционной смеси процесс протекает за 20-30 минут...

Если соль образована слабой кислотой и сильным основанием, то реакцию гидролиза можно схематически изобразить так: М+ + А - + Н2О НА + М+ + ОН-...

Гидролиз солей. Особенности почвенного гидролиза

Реакцию гидролиза соли, образованной сильной кислотой и слабым основанием, схематически можно изобразить так: М+ + А - + Н2О МОН + Н+ +А - , (16) и константа гидролиза Кг = . (17) Раствор имеет кислую реакцию (Сн+Сон-)...

Гидролиз солей. Особенности почвенного гидролиза

Особенно глубоко протекает гидролиз солей, образованных слабой кислотой и слабым основанием. Реакция гидролиза: М+ + А - + Н2О МОН + НА. (22) Продукты гидролиза все те же, хотя и слабо, диссоциированы на ионы...

Гидролиз солей. Особенности почвенного гидролиза

Рассмотрим теперь гидролиз солей, образованных слабой многоосновной кислотой или слабым основанием многовалентного металла. Гидролиз таких солей протекает ступенчато. Так...

Классы неорганических веществ. Растворы электролитов. Размеры атомов и водородная связь

Электролиты. Известно, что существуют две основные причины прохождения электрического тока через проводники: либо за счет движения электронов в электрическом поле, либо за счет движения ионов. Электронная проводимость присуща, прежде всего...

Основания

Щелочи (гидроксиды натрия, калия, лития) образуют твердые, белые, очень гигроскопические кристаллы. Температура плавления 322°С, КОН 405°С, а 473°С. Кристаллические решетки у гидроксида калия кубическая, типа NaCl...

Основания

Из предыдущего подраздела можно увидеть, что большинство гидроксидов за нормальных условий не растворимы в воде. И лишь щелочи и гидроксиды второй группы, главной подгруппы, периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева...

Процесс образования и роста зародышевой капли

Являясь хорошим растворителем, вода в природе всегда имеет примеси. Так, в морской воде растворено до 40г солей на 1л, в колодезной и ключевой - до 1г, дождевая вода и снег содержат обычно 7 - 10 мг. солей на 1л. воды...

Разработка дополнительных занятий в школе к теме "Химизм различных способов приготовления пищи"

(Проблемно-интегрированный урок) "Чтобы постичь бесконечное, надо сначала разъединить, потом соединить...

Химия комплексных соединений элементов подгруппы хрома

Среди химических соединений, в том числе комплексных, различают парамагнитные и диамагнитные, по разному взаимодействующие с внешним магнитным полем...

Электролиты, их свойства и применение

Сванте Аррениус обратил внимание на тесную связь между способностью растворов солей, кислот и оснований проводить электрический ток и отклонениями растворов этих веществ от законов Вант-Гоффа и Рауля. Он показал...

После прочтения статьи Вы сможете разделять вещества на соли, кислоты и основания. В статье описано, что такое pH раствора, какими общими свойствами обладают кислоты и основания.

Как металлы и неметаллы, кислоты и основания - это разделение веществ по схожим свойствам. Первая теория кислот и оснований принадлежала швецкому учёному Аррениусу. Кислота по Аррениусу - это класс веществ, которые в реакции с водой диссоциируют (распадаются), образовывая катион водорода H + . Основания Аррениуса в водном растворе образуют анионы OH - . Следующая теория в 1923 году была предложена учёными Бренстедом и Лоури. Теория Бренстеда-Лоури определяет кислотами вещества, способные в реакции отдавать протон (протоном в реакциях называют катион водорода). Основания, соответственно, - это вещества, способные принять протон в реакции. Актуальная на данный момент теория - теория Льюиса. Теория Льюиса определяет кислоты как молекулы или ионы, способные принимать электронные пары, тем самым формируя аддукты Льюиса (аддукт - это соединение, образующееся соединением двух реагентов без образования побочных продуктов).

В неорганической химии, как правило, под кислотой имеют ввиду кислоту Бренстеда-Лоури, то есть вещества, способные отдать протон. Если имеют ввиду определение кислоты по Льюису, то в тексте такую кислоту называют кислотой Льюиса. Данные правила справедливы для кислот и оснований.

Диссоциация

Диссоциация – это процесс распада вещества на ионы в растворах или расплавах. Например, диссоциация соляной кислоты - это распад HCl на H + и Cl - .

Свойства кислот и оснований

Основания, как правило, мыльные на ощупь, кислоты, в большинстве своём, имеют кислый вкус.

При реакции основания со многими катионами формируется осадок. При реакции кислоты с анионами, как правило, выделяется газ.

Часто используемые кислоты:
H 2 O, H 3 O + , CH 3 CO 2 H, H 2 SO 4 , HSO 4 − , HCl, CH 3 OH, NH 3

Часто используемые основания:
OH − , H 2 O, CH 3 CO 2 − , HSO 4 − , SO 4 2− , Cl −

Сильные и слабые кислоты и основания

Сильные кислоты

Такие кислоты, которые полностью диссоциируют в воде, производя катионы водорода H + и анионы. Пример сильной кислоты - соляная кислота HCl:

HCl (р-р) + H 2 O (ж) → H 3 O + (р-р) + Cl - (р-р)

Примеры сильных кислот: HCl, HBr, HF, HNO 3 , H 2 SO 4 , HClO 4

Список сильных кислот

• HCl - соляная кислота
• HBr - бромоводород
• HI - йодоводород
• HNO 3 - азотная кислота
• HClO 4 - хлорная кислота
• H 2 SO 4 - серная кислота

Слабые кислоты

Растворяются в воде только частично, например, HF:

HF (р-р) + H2O (ж) → H3O + (р-р) + F - (р-р) - в такой реакции более 90% кислоты не диссоциирует:
= < 0,01M для вещества 0,1М

Сильную и слабую кислоту можно различить измеряя проводимость растворов: проводимость зависит от количества ионов, чем сильнее кислота тем она более диссоциирована, поэтому чем сильнее кислота тем выше проводимость.

Список слабых кислот

• HF фтороводородная
• H 3 PO 4 фосфорная
• H 2 SO 3 сернистая
• H 2 S сероводородная
• H 2 CO 3 угольная
• H 2 SiO 3 кремниевая

Сильные основания

Сильные основания полностью диссоциируют в воде:

NaOH (р-р) + H 2 O ↔ NH 4

К сильным основаниям относятся гидроксиды металлов первой (алкалины, щелочные металы) и второй (алкалинотеррены, щёлочноземельные металлы) группы.

Список сильных оснований

• NaOH гидроксид натрия (едкий натр)
• KOH гидроксид калия (едкое кали)
• LiOH гидроксид лития
• Ba(OH) 2 гидроксид бария
• Ca(OH) 2 гидроксид кальция (гашеная известь)

Слабые основания

В обратимой реакции в присутствии воды образует ионы OH - :

NH 3 (р-р) + H 2 O ↔ NH + 4 (р-р) + OH - (р-р)

Большинство слабых оснований - это анионы:

F - (р-р) + H 2 O ↔ HF (р-р) + OH - (р-р)

Список слабых оснований

• Mg(OH) 2 гидроксид магния
• Fe(OH) 2 гидроксид железа (II)
• Zn(OH) 2 гидроксид цинка
• NH 4 OH гидроксид аммония
• Fe(OH) 3 гидроксид железа (III)

Реакции кислот и оснований

Сильная кислота и сильное основание

Такая реакция называется нейтрализацией: при количестве реагентов достаточном для полной диссоциации кислоты и основания, результирующий раствор будет нейтральным.

Пример:
H 3 O + + OH - ↔ 2H 2 O

Слабое основание и слабая кислота

Общий вид реакции:
Слабое основание (р-р) + H 2 O ↔ Слабая кислота (р-р) + OH - (р-р)

Сильное основание и слабая кислота

Основание полностью диссоциирует, кислота диссоциирует частично, результирующий раствор имеет слабые свойства основания:

HX (р-р) + OH - (р-р) ↔ H 2 O + X - (р-р)

Сильная кислота и слабое основание

Кислота полностью диссоциирует, основание диссоциирует не полностью:

Диссоциация воды

Диссоциация - это распад вещества на составляющие молекулы. Свойства кислоты или основания зависят от равновесия, которое присутствует в воде:

H 2 O + H 2 O ↔ H 3 O + (р-р) + OH - (р-р)
K c = / 2
Константа равновесия воды при t=25°: K c = 1.83⋅10 -6 , также имеет место следующее равенство: = 10 -14 , что называется константой диссоциации воды. Для чистой воды = = 10 -7 , откуда -lg = 7.0.

Данная величина (-lg) называется pH - потенциал водорода. Если pH < 7, то вещество имеет кислотные свойства, если pH > 7, то вещество имеет основные свойства.

Способы определения pH

Инструментальный метод

Специальный прибор pH-метр - устройство, трансформирующее концентрацию протонов в растворе в электрический сигнал.

Индикаторы

Вещество, которое изменяет цвет в некотором интервале значений pH в зависимости от кислотности раствора, используя несколько индикаторов можно добиться достаточно точного результата.

Соль

Соль - это ионное соединение образованное катионом отличным от H + и анионом отличным от O 2- . В слабом водном растворе соли полностью диссоциируют.

Что бы определить кислотно-щелочные свойства раствора соли , необходимо определить, какие ионы присутствуют в растворе и рассмотреть их свойства: нейтральные ионы, образованные из сильных кислот и оснований не влияют на pH: не отдают ионы ни H + , ни OH - в воде. Например, Cl - , NO - 3 , SO 2- 4 , Li + , Na + , K + .

Анионы, образованные из слабых кислот, проявляют щелочные свойства (F - , CH 3 COO - , CO 2- 3), катионов с щелочными свойствами не существует.

Все катионы кроме металлов первой и второй группы имеют кислотные свойства.

Буфферный раствор

Растворы, которые сохраняют уровень pH при добавлении небольшого количества сильной кислоты или сильного основания, в основном состоят из:

• Смесь слабой кислоты, соответствующей соли и слабого основания
• Слабое основание, соответствующая соль и сильная кислота

Для подготовки буфферного раствора определённой кислотности необходимо смешать слабую кислоту или основание с соответствующей солью, при этом необходимо учесть:

• Интервал pH в котором буфферный раствор будет эффективен
• Ёмкость раствора - количество сильной кислоты или сильного основания, которые можно добавить не повлияв на pH раствора
• Не должно происходить нежелаемых реакций, которые могут изменить состав раствор

Тест:

Основания – сложные вещества, состоящие из атома металла и одной или нескольких гидроксильных групп. Общая формула оснований Ме(ОН) n . Основания (с точки зрения теории электролитической диссоциации) – это электролиты, диссоциирующие при растворении в воде с образованием катионов металла и гидроксид-ионов ОН – .

Классификация. По растворимости в воде основания делят на щелочи (растворимые в воде основания) и нерастворимые в воде основания . Щелочи образуют щелочные и щелочно-земельные металлы, а также некоторые другие элементы-металлы. По кислотности (числу ионов О Н – , образующихся при полной диссоциации, или количеству ступеней диссоциации) основания подразделяют на однокислотные (при полной диссоциации получается один ион О Н – ; одна ступень диссоциации) и многокислотные (при полной диссоциации получается больше одного иона О Н – ; более одной ступени диссоциации). Среди многокислотных оснований различают двухкислотные (например, Sn(OH) 2 ), трехкислотные (Fe(OH) 3) и четырехкислотные (Th(OH) 4). Однокислотным является, например, основание КОН.

Выделяют группу гидроксидов, которые проявляют химическую двойственность. Они взаимодействую как с основаниями, так и с кислотами. Это амфотерные гидроксиды (см. таблицу 1) .

Таблица 1 - Амфотерные гидроксиды

Амфотерный гидроксид (основная и кислотная форма)	Кислотный остаток и его валентность	Комплексный ион
Zn(OH) 2 / H 2 ZnO 2	ZnO 2 (II)	2–
Al(OH) 3 / HAlO 2	AlO 2 (I)	– , 3–
Be(OH) 2 / H 2 BeO 2	BeO 2 (II)	2–
Sn(OH) 2 / H 2 SnO 2	SnO 2 (II)	2–
Pb(OH) 2 / H 2 PbO 2	PbO 2 (II)	2–
Fe(OH) 3 / HFeO 2	FeO 2 (I)	– , 3–
Cr(OH) 3 / HCrO 2	CrO 2 (I)	– , 3–

Физические свойства. Основания - твердые вещества различных цветов и различной растворимости в воде.

Химические свойства оснований

1) Диссоциация : КОН + n Н 2 О К + × m Н 2 О + ОН – × d Н 2 О или сокращенно: КОН К + + ОН – .

Многокислотные основания диссоциируют по нескольким ступеням (в основном диссоциация протекает по первой ступени). Например, двухкислотное основание Fe(OH) 2 диссоциирует по двум ступеням:

Fe(OH) 2 FeOH + + OH – (1 ступень);

FeOH + Fe 2+ + OH – (2 ступень).

2) Взаимодействие с индикаторами (щелочи окрашивают фиолетовый лакмус в синий цвет, метилоранж – в желтый, а фенолфталеин – в малиновый):

индикатор + ОН – (щелочь )окрашенное соединение.

3 ) Разложение с образованием оксида и воды (см. таблицу 2 ). Гидроксиды щелочных металлов устойчивы к нагреванию (плавятся без разложения). Гидроксиды щелочно-земельных и тяжелых металлов обычно легко разлагаются. Исключение составляет Ba(OH) 2 , у которого t разл достаточно высока (примерно 1000 ° C ).

Zn(OH) 2 ZnO + H 2 O .

Таблица 2 - Температуры разложения некоторых гидроксидов металлов

Гидроксид	t разл , ° C	Гидроксид	t разл , ° C	Гидроксид	t разл , ° C
LiOH	925	Cd(OH) 2	130	Au(OH) 3	150
Be(OH) 2	130	Pb(OH) 2	145	Al (OH) 3	>300
Ca(OH) 2	580	Fe(OH) 2	150	Fe(OH) 3	500
Sr(OH) 2	535	Zn (OH) 2	125	Bi (OH) 3	100
Ba(OH) 2	1000	Ni (OH) 2	230	In (OH) 3	150

4 ) Взаимодействие щелочей с некоторыми металлами (например, Al и Zn ):

В растворе: 2Al + 2NaOH + 6H 2 O ® 2Na + 3H 2 ­

2Al + 2OH – + 6H 2 О ® 2 – + 3H 2 ­ .

При сплавлении: 2Al + 2NaOH + 2H 2 O 2NaAl О 2 + 3H 2 ­ .

5 ) Взаимодействие щелочей с неметаллами :

6 NaOH + 3Cl 2 5Na Cl + NaClO 3 + 3H 2 O .

6) Взаимодействие щелочей с кислотными и амфотерными оксидами :

2NaOH + СО 2 ® Na 2 CO 3 + H 2 O 2OH – + CO 2 ® CO 3 2– + H 2 O .

В растворе: 2NaOH + ZnO + H 2 O ® Na 2 2OH – + ZnO + H 2 О ® 2– .

При сплавлении с амфотерным оксидом: 2NaOH + ZnO Na 2 ZnO 2 + H 2 O .

7) Взаимодействие оснований с кислотами :

H 2 SO 4 + Ca(OH) 2 ® CaSO 4 ¯ + 2H 2 O 2H + + SO 4 2– + Ca 2+ +2OH – ® CaSO 4 ¯ + 2H 2 O

H 2 SO 4 + Zn(OH) 2 ® ZnSO 4 + 2H 2 O 2H + + Zn(OH) 2 ® Zn 2+ + 2H 2 O.

8) Взаимодействие щелочей с амфотерными гидроксидами (см. таблицу 1 ):

В растворе: 2NaOH + Zn(OH) 2 ® Na 2 2OH – + Zn(OH) 2 ® 2–

При сплавлении: 2NaOH + Zn(OH) 2 Na 2 ZnO 2 + 2H 2 O .

9 ) Взаимодействие щелочей с солями. В реакцию вступают соли, которым соответствует нерастворимое в воде основание :

CuS О 4 + 2NaOH ® Na 2 SO 4 + Cu(OH) 2 ¯ Cu 2+ + 2OH – ® Cu(OH) 2 ¯ .

Получение. Нерастворимые в воде основания получают путем взаимодействия соответствующей соли со щелочью:

2NaOH + ZnS О 4 ® Na 2 SO 4 + Zn(OH) 2 ¯ Zn 2+ + 2OH – ® Zn(OH) 2 ¯ .

Щелочи получают :

1) Взаимодействием оксида металла с водой :

Na 2 O + H 2 O ® 2NaOH CaO + H 2 O ® Ca(OH) 2 .

2) Взаимодействием щелочных и щелочно-земельных металлов с водой :

2Na + H 2 O ® 2NaOH + H 2 ­ Ca + 2H 2 O ® Ca(OH) 2 + H 2 ­ .

3) Электролизом растворов солей :

2NaCl + 2H 2 O H 2 ­ + 2NaOH + Cl 2 ­.

4 ) Обменным взаимодействием гидроксидов щелочно-земельных металлов с некоторыми солями . В ходе реакции должна обязательно получаться нерастворимая соль .

Ba(OH) 2 + Na 2 CO 3 ® 2NaOH + BaCO 3 ¯ Ba 2 + + CO 3 2 – ® BaCO 3 ¯ .

Л.А. Яковишин

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Основаниями называются электролиты, при диссоциации которых из отрицательных ионов образуются только ионы OH — :

Fe(OH) 2 ↔ Fe 2+ + 2OH — ;

NH 3 + H 2 O ↔ NH 4 OH ↔ NH 4 + + OH — .

Все неорганические основания классифицируют на растворимые в воде (щелочи) – NaOH, KOH и нерастворимые в воде (Ba(OH) 2 , Ca(OH) 2). В зависимости от проявляемых химических свойств среди оснований выделяют амфотерные гидроксиды.

Химические свойства оснований

При действии индикаторов на растворы неорганических оснований происходит изменение их окраски, так, при попадании в раствор основания лакмус приобретает синюю окраску, метилоранж – жёлтую, а фенолфталеин – малиновую.

Неорганические основания способны реагировать с кислотами с образованием соли и воды, причем, нерастворимые в воде основания взаимодействуют только с растворимыми в воде кислотами:

Cu(OH) 2 ↓ + H 2 SO 4 = CuSO 4 +2H 2 O;

NaOH + HCl = NaCl + H 2 O.

Нерастворимые в воде основания термически неустойчивы, т.е. при нагревании они подвергаются разложению с образованием оксидов:

2Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3 H 2 O;

Mg(OH) 2 = MgO + H 2 O.

Щелочи (растворимые в воде основания) взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием солей:

NaOH + CO 2 = NaHCO 3 .

Щелочей также способны вступать в реакции взаимодействия (ОВР) с некоторыми неметаллами:

2NaOH + Si + H 2 O → Na 2 SiO 3 +H 2 .

Некоторые основания вступают в реакции обмена с солями:

Ba(OH) 2 + Na 2 SO 4 = 2NaOH + BaSO 4 ↓.

Амфотерные гидроксиды (основания) проявляют также свойства слабых кислот и реагируют с щелочами:

Al(OH) 3 + NaOH = Na.

К амфотерным основаниям относятся гидроксиды алюминия, цинка. хрома (III) и др.

Физические свойства оснований

Большинство оснований – твердые вещества, которые характеризуются различной растворимостью в воде. Щелочи – растворимые в воде основания – чаще всего твердые вещества белого цвета. Нерастворимые в воде основания могут иметь различную окраску, например, гидроксид железа (III)- твердое вещество бурого цвета, гидроксид алюминия – твердое вещество белого цвета, а гидроксид меди (II) – твердое вещество голубого цвета.

Получение оснований

Основания получают разными способами, например, по реакции:

— обмена

CuSO 4 + 2KOH → Cu(OH) 2 ↓ + K 2 SO 4 ;

K 2 CO 3 + Ba(OH) 2 → 2KOH + BaCO 3 ↓;

— взаимодействия активных металлов или их оксидов с водой

2Li + 2H 2 O→ 2LiOH +H 2 ;

BaO + H 2 O→ Ba(OH) 2 ↓;

— электролиза водных растворов солей

2NaCl + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 + Cl 2 .

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание	Вычислите практическую массу оксида алюминия (выход целевого продукта составляет 92%) по реакции разложения гидроксида алюминия массой 23,4 г.
Решение	Запишем уравнение реакции: 2Al(OH) 3 = Al 2 O 3 + 3H 2 O. Молярная масса гидроксида алюминия, рассчитанная с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 78 г/моль. Найдем количество вещества гидроксида алюминия: v(Al(OH) 3) = m(Al(OH) 3)/M(Al(OH) 3); v(Al(OH) 3) = 23,4/78 = 0,3 моль. Согласно уравнению реакции v(Al(OH) 3): v(Al 2 O 3) = 2:1, следовательно, количество вещества оксида алюминия составит: v(Al 2 O 3) = 0,5 × v(Al(OH) 3); v(Al 2 O 3) = 0,5 ×0,3 = 0,15 моль. Молярная масса оксида алюминия, рассчитанная с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 102 г/моль. Найдем теоретическую массу оксида алюминия: m(Al 2 O 3) th = 0,15×102 = 15,3 г. Тогда, практическая масса оксида алюминия составляет: m(Al 2 O 3) pr = m(Al 2 O 3) th × 92/100; m(Al 2 O 3) pr = 15,3×0,92 = 14 г.
Ответ	Масса оксида алюминия — 14 г.

ПРИМЕР 2

Задание

Осуществите ряд превращений: Fe→ FeCl 2 → Fe(OH) 2 →Fe(OH) 3 →Fe(NO 3) 3

Химические свойства основных классов неорганических соединений

Кислотные оксиды

1. Кислотный оксид + вода = кислота (исключение - SiO 2)
   SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4
   Cl 2 O 7 + H 2 O = 2HClO 4
2. Кислотный оксид + щелочь = соль + вода
   SO 2 + 2NaOH = Na 2 SO 3 + H 2 O
   P 2 O 5 + 6KOH = 2K 3 PO 4 + 3H 2 O
3. Кислотный оксид + основный оксид = соль
   CO 2 + BaO = BaCO 3
   SiO 2 + K 2 O = K 2 SiO 3

   Основные оксиды

   1. Основный оксид + вода = щелочь (в реакцию вступают оксиды щелочных и щелочноземельных металлов)
      CaO + H 2 O = Ca(OH) 2
      Na 2 O + H 2 O = 2NaOH
   2. Основный оксид + кислота = соль + вода
      CuO + 2HCl = CuCl 2 + H 2 O
      3K 2 O + 2H 3 PO 4 = 2K 3 PO 4 + 3H 2 O
   3. Основный оксид + кислотный оксид = соль
      MgO + CO 2 = MgCO 3
      Na 2 O + N 2 O 5 = 2NaNO 3

      Амфотерные оксиды

      1. Амфотерный оксид + кислота = соль + вода
         Al 2 O 3 + 6HCl = 2AlCl 3 + 3H 2 O
         ZnO + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2 O
      2. Амфотерный оксид + щелочь = соль (+ вода)
         ZnO + 2KOH = K 2 ZnO 2 + H 2 O (Правильнее: ZnO + 2KOH + H 2 O = K 2 )
         Al 2 O 3 + 2NaOH = 2NaAlO 2 + H 2 O (Правильнее: Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na)
      3. Амфотерный оксид + кислотный оксид = соль
         ZnO + CO 2 = ZnCO 3
      4. Амфотерный оксид + основный оксид = соль (при сплавлении)
         ZnO + Na 2 O = Na 2 ZnO 2
         Al 2 O 3 + K 2 O = 2KAlO 2
         Cr 2 O 3 + CaO = Ca(CrO 2) 2

         Кислоты

         1. Кислота + основный оксид = соль + вода
            2HNO 3 + CuO = Cu(NO 3) 2 + H 2 O
            3H 2 SO 4 + Fe 2 O 3 = Fe 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O
         2. Кислота + амфотерный оксид = соль + вода
            3H 2 SO 4 + Cr 2 O 3 = Cr 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O
            2HBr + ZnO = ZnBr 2 + H 2 O
         3. Кислота + основание = соль + вода
            H 2 SiO 3 + 2KOH = K 2 SiO 3 + 2H 2 O
            2HBr + Ni(OH) 2 = NiBr 2 + 2H 2 O
         4. Кислота + амфотерный гидроксид = соль + вода
            3HCl + Cr(OH) 3 = CrCl 3 + 3H 2 O
            2HNO 3 + Zn(OH) 2 = Zn(NO 3) 2 + 2H 2 O
         5. Сильная кислота + соль слабой кислоты = слабая кислота + соль сильной кислоты
            2HBr + CaCO 3 = CaBr 2 + H 2 O + CO 2
            H 2 S + K 2 SiO 3 = K 2 S + H 2 SiO 3
         6. Кислота + металл (находящийся в ряду напряжений левее водорода) = соль + водород
            2HCl + Zn = ZnCl 2 + H 2
            H 2 SO 4 (разб.) + Fe = FeSO 4 + H 2
            Важно: кислоты-окислители (HNO 3 , конц. H 2 SO 4) реагируют с металлами по-другому.

         Амфотерные гидроксиды

         1. Амфотерный гидроксид + кислота = соль + вода
            2Al(OH) 3 + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O
            Be(OH) 2 + 2HCl = BeCl 2 + 2H 2 O
         2. Амфотерный гидроксид + щелочь = соль + вода (при сплавлении)
            Zn(OH) 2 + 2NaOH = Na 2 ZnO 2 + 2H 2 O
            Al(OH) 3 + NaOH = NaAlO 2 + 2H 2 O
         3. Амфотерный гидроксид + щелочь = соль (в водном растворе)
            Zn(OH) 2 + 2NaOH = Na 2
            Sn(OH) 2 + 2NaOH = Na 2
            Be(OH) 2 + 2NaOH = Na 2
            Al(OH) 3 + NaOH = Na
            Cr(OH) 3 + 3NaOH = Na 3

            Щелочи

            1. Щелочь + кислотный оксид = соль + вода
               Ba(OH) 2 + N 2 O 5 = Ba(NO 3) 2 + H 2 O
               2NaOH + CO 2 = Na 2 СO 3 + H 2 O
            2. Щелочь + кислота = соль + вода
               3KOH + H 3 PO 4 = K 3 PO 4 + 3H 2 O
               Bа(OH) 2 + 2HNO 3 = Ba(NO 3) 2 + 2H 2 O
            3. Щелочь + амфотерный оксид = соль + вода
               2NaOH + ZnO = Na 2 ZnO 2 + H 2 O (Правильнее: 2NaOH + ZnO + H 2 O = Na 2 )
            4. Щелочь + амфотерный гидроксид = соль (в водном растворе)
               2NaOH + Zn(OH) 2 = Na 2
               NaOH + Al(OH) 3 = Na
            5. Щелочь + растворимая соль = нерастворимое основание + соль
               Ca(OH) 2 + Cu(NO 3) 2 = Cu(OH) 2 + Ca(NO 3) 2
               3KOH + FeCl 3 = Fe(OH) 3 + 3KCl
            6. Щелочь + металл (Al, Zn) + вода = соль + водород
               2NaOH + Zn + 2H 2 O = Na 2 + H 2
               2KOH + 2Al + 6H 2 O = 2K + 3H 2

               Соли

               1. Соль слабой кислоты + сильная кислота = соль сильной кислоты + слабая кислота
                  Na 2 SiO 3 + 2HNO 3 = 2NaNO 3 + H 2 SiO 3
                  BaCO 3 + 2HCl = BaCl 2 + H 2 O + CO 2 (H 2 CO 3)
               2. Растворимая соль + растворимая соль = нерастворимая соль + соль
                  Pb(NO 3) 2 + K 2 S = PbS + 2KNO 3
                  СaCl 2 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 + 2NaCl
               3. Растворимая соль + щелочь = соль + нерастворимое основание
                  Cu(NO 3) 2 + 2NaOH = 2NaNO 3 + Cu(OH) 2
                  2FeCl 3 + 3Ba(OH) 2 = 3BaCl 2 + 2Fe(OH) 3
               4. Растворимая соль металла (*) + металл (**) = соль металла (**) + металл (*)
                  Zn + CuSO 4 = ZnSO 4 + Cu
                  Cu + 2AgNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2Ag
                  Важно: 1) металл (**) должен находиться в ряду напряжений левее металла (*), 2) металл (**) НЕ должен реагировать с водой.

                  Возможно, вам также будут интересны другие разделы справочника по химии: