Файл: Text_posobia.doc

Основания

Основания – сложные соединения, состоящие из иона металла (или аммония) и одной или нескольких гидроксогрупп.

Гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов хорошо растворимы в воде, их называют щелочами.

Способы получения:

• щелочи получают взаимодействием щелочных и щелочноземельных металлов или их оксидов с водой –

2 Li + 2 H₂O = 2 LiOH + H₂

SrO + H₂O = Sr(OH)₂

• промышленным способом получения щелочей является электролиз водных растворов хлоридов –

2 NaCl + 2 H₂O = 2 NaOH + H₂ + Cl₂

• основания могут быть получены в ходе реакции ионного обмена между солью и щелочью –

K₂CO₃ + Ba(OH)₂ = 2 KOH + BaCO₃

Основания взаимодействуют:

• с кислотами и кислотными оксидами –

Сu(OH)₂ + H₂SO₄ = CuSO₄ + 2H₂O

2 NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O

• с амфотерными оксидами и гидроксидами с образованием соли и воды –

2NaOH + Zn(OH)₂ = Na₂ZnO₂ + 2H₂O

2NaOH + ZnO = Na₂ZnO₂ + H₂O

• с солями, если в результате реакции образуется труднорастворимое соединение (см. табл. П.2) или слабый электролит –

2NaOH + CuSO₄ = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄

NaOH + NH₄Cl = NaCl + NH₄OH

(слабый электролит)

• нерастворимые в воде основания при нагревании разлагаются с образованием оксидов –

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O.

Кислоты

Кислоты – сложные химические соединения, состоящие из ионов водорода и кислотных остатков (анионов). Кислотные остатки в реакциях обмена переходят в состав другого соединения без изменения.

Чтобы написать формулу кислоты по ее оксиду, следует к оксиду добавить одну (две) молекулы воды. Например, по оксидам CrO₃, Mn₂O₇ cоставим формулы кислот:

CrO₃ + H₂O = H₂CrO₄

Mn₂O₇ + H₂O = (H₂Mn₂O₈) = 2 HMnO₄

Способы получения кислот:

• растворение в воде кислотных оксидов –

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

N₂O₅ + H₂O = 2HNO₃

• слабые или летучие кислоты образуются при взаимодействии их солей с более сильными кислотами –

Na₂SiO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂SiO₃↓

• бескислородные кислоты получают растворением в воде водородных соединений, которые можно получить прямым взаимодействием неметаллов и водорода –

H₂ + CI₂ = 2 HCl.

Кислоты взаимодействуют:

• с металлами –

Mg + 2 HCl = MgCl₂ + H₂

• основными и амфотерными оксидами –

2 HNO₃ + BaO = Ba(NO₃)₂ + H₂O

2 HCl + ZnO = ZnCl₂ + H₂O

• основаниями и амфотерными гидроксидами –

HNO₃ + NaOH = NaNO₃ + H₂O

3 HCl + Al(OH)₃ = AlCl₃ + 3 H₂O

• солями, если в результате реакции образуются более слабая кислота, малорастворимое или летучее соединение –

HCl + CH₃COONa = NaCl + CH₃COOH (слабая кислота)

H₂SO₄ + Ba(NO₃)₂ = BaSO₄↓ + 2 HNO₃

2 HCl + K₂CO₃ = 2 KCl + H₂CO₃ (H₂O + CO₂↑).

Амфотерные гидроксиды

Амфотерные гидроксиды способны проявлять как основные, так и кислотные свойства, они, как правило, нерастворимы в воде.

Амфотерные гидроксиды записывают в форме основания и в форме кислоты, например, Be(OH)₂ можно представить как H₂BeO₂.

Способы получения амфотерных гидроксидов аналогичны способам получения оснований.

Химические свойства:

• основные свойства амфотерных гидроксидов проявляются в реакциях с кислотными оксидами и кислотами –

Sn(OH)₂ + SO₃ = SnSO₄ + H₂O

Sn(OH)₂ + 2HNO₃ = Sn(NO₃)₂ + 2 H₂O

• кислотные свойства проявляются в реакциях с основными оксидами и щелочами –

H₂ZnO₂ + K₂O = K₂ZnO₂ + H₂O

H₂PbO₂ + 2 NaOH = Na₂PbO₂ + 2 H₂O.

2.3. Соли

Соли – это продукты замещения ионов водорода в кислоте на катионы металлов или аммония, или продукты замещения гидроксогрупп у оснований (или амфотерных гидроксидов) на кислотные остатки.

По составу выделяют соли:

• средние – продукты полного замещения ионов водорода в кислоте – K₂SO₄, CrCl₃, Al₂(SO₄)₃;

• кислые – это продукты неполного замещения ионов водорода в кислоте на катион металла (аммония) – NaHCO₃, Ca(HSO₃)₂, NH₄H₂PO₄;

• основные – продукты неполного замещения гидроксогрупп в основании кислотным остатком – (FeOH)₂SO₄, AlOHCl₂, CoOHNO₃.

Средние соли

Способы получения – взаимодействие:

• простых веществ –

Mg + Cl₂ = MgCl₂ Fe + S = FeS

• двух оксидов разного характера –

CaO + CO₂ = CaCO₃

• металла с кислотой –

Zn + H₂SO_4(разб.) = ZnSO₄ + H₂

• оксида (основного или амфотерного) с кислотой –

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O ZnO + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂O

• основания или амфотерного гидроксида с кислотой –

Cu(OH)₂ + H₂SO₄ = CuSO₄ + 2H₂O Zn(OH)₂ + H₂SO₄ = ZnSO₄ + 2H₂O

• взаимодействие основного или амфотерного гидроксида с кислотным оксидом –

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃↓ + H₂O; Zn(OH)₂ + SO₃ = ZnSO₄ + H₂O

• металла с солью –

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu

• кислоты с солью –

H₂SO₄ + Pb(NO₃)₂ = PbSO₄↓ + 2 HNO_3.

• щелочи с солью –

Ba(OH)₂ + Na₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2 NaOH.

• двух солей –

BaCl₂ + 2AgNO₃ = 2 AgCl↓ + Ba(NO₃)₂.

Последние три способа получения возможны, если в качестве продукта реакции получаются осадок, газ или слабый электролит. Они также характеризуют химические свойства солей.

Кислые соли

Кислые соли образуют только слабые многоосновные кислоты. Почти все кислые соли хорошо растворимы в воде.

В формулах кислых солей записывают сначала ионы металла или аммония, затем Н⁺ и ионы кислотного остатка. При составлении формул следует помнить, что молекула должна быть электронейтральной, то есть сумма зарядов ионов должна быть равна нулю. Если сумма не равна нулю, то в формуле должны быть индексы.

Порядок написания формулы кислой соли сводится к следующему:

Название кислой соли образуют добавлением к аниону приставки "гидро" с указанием числа атомов водорода в кислотном остатке. Например: Na₂HPO₄ – гидрофосфат натрия, NaH₂PO₄ – дигидрофосфат натрия.

Способы получения – взаимодействие:

• кислоты и недостатка основания –

NaOH + H₂CO₃ = NaHCO₃ + H₂O

• кислотного оксида с недостатком основания –

NaOH + CO₂ = NaHCO₃

4NaOH + P₂O₅ = 2Na₂HPO₄ + H₂O

• кислоты и недостатка основного оксида –

CaO + 2H₂CO₃ = Ca(HCO₃)₂ + H₂O

• средней соли c одноименной кислотой –

BaCO₃ + H₂CO₃ = Ba(HCO₃)₂

• средней соли c недостатком более сильной кислоты –

2BaCO₃ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + Ba(HCO₃)₂.

Кислую соль можно перевести в среднюю, если добавить к ней основание (щелочь):

Ba(HCO₃)₂ + Ba(OH)₂ = 2 BaCO₃↓ + 2 H₂O

Ba(HCO₃)₂ + 2 NaOH = BaCO₃↓+ Na₂CO₃ + 2 H₂O.

Основные соли

Основные соли образуют основания (слабые электролиты), содержащие две и большее число гидроксогрупп. Основные соли, как и соответствующие основания, малорастворимы в воде.

В формулах основных солей записывают сначала ионы металла, затем гидроксогруппу и далее – ионы кислотного остатка. При составлении формул основных солей учитывают электронейтральность молекул.

Название основной соли образуют добавлением к аниону приставки "гидроксо" с указанием количества гидроксогрупп. Например: FeOHCl₂ – гидроксохлорид железа (III), Fe(OH)₂Cl – дигидроксохлорид железа (III).

Способы получения – взаимодействие:

• основания с недостатком кислоты –

2 Cu(OH)₂↓ + H₂SO₄ = (CuOH)₂SO₄↓+ 2 H₂O

• кислотного оксида с избытком основания –

CO₂ + 2 Cu(OH)₂↓ = (CuOH)₂CO₃↓ + H₂O

• нормальной соли и основания –

NiSO₄ + Ni(OH)₂↓ = (NiOH)₂SO₄↓

2 NiSO₄ + 2 NaOH = (NiOH)₂SO₄↓ + Na₂SO₄.

Основную соль можно перевести в среднюю, если подействовать на нее кислотой:

(NiOH)₂SO₄↓ + H₂SO₄ = 2 NiSO₄ + 2H₂O

(NiOH)₂SO₄↓ + 2 HCl = NiSO₄ + NiCl₂ + 2H₂O.

2.4. Примеры решения заданий

Пример 1. Составьте формулы веществ из предложенных ионов:

H⁺NO₃⁺; Na⁺OH^–; H⁺SO₄^2–; Ba²⁺SO₃^2–; Cr³⁺OH^–; Fe³⁺SO₄^2–.

При составлении формул соединений следует руководствоваться правилом электронейтральности формул, то есть сумма степеней окисления всех атомов (или зарядов всех ионов) в формуле должна быть равна нулю.

При написании формул соединений степени окисления атомов (заряды ионов) приписывают как индексы крест накрест, (заряды большинства ионов указаны в таблице растворимости):

H⁺NO₃⁺ единицы не указывают, следовательно формула будет HNO₃

^{1 1}

Na⁺OH^– NaOH;

^{1 1}

H⁺SO₄^2– H₂SO₄;

^{2 1}

при возможности индексы сокращают:

Ba²⁺SO₃^2– BaSO₃;

^{2 2}

Если ион сложный (состоит из нескольких элементов) его следует заключить в скобки:

Cr³⁺OH^– Cr(OH)₃;

^{1 3}

Fe³⁺SO₄^2– Fe₂(SO₄)₃

^{2 3}

Пример 2. Укажите характер (кислотный, основный, амфотерный) оксидов: СаO; SO₂; Al₂O₃; CrO₃; ZnO.

СаO – основный оксид – оксид металла в низкой степени окисления (+2).

SO₂ – кислотный оксид – оксид неметалла.

Al₂O₃ – амфотерный оксид – оксид металла в степени окисления (+3).

CrO₃ – кислотный оксид – оксид металла в высокой степени окисления (+6).

ZnO – амфотерный оксид – оксид металла в степени окисления (+2) – одно из исключений.

Пример 3. Составьте формулы гидроксидов, соответствующие предложенным оксидам:

NiO, CO₂, ZnO, V₂O₅.

NiO – основный оксид, следовательно в качестве гидроксида ему соответствует основание, в формуле основания количество гидроксогрупп равно степени окисления элемента: Ni(OН)₂.

CO₂ – кислотный оксид, ему соответствует кислота: CO₂ + Н₂О = H₂CO₃.

ZnO – амфотерный оксид, следовательно ему соответствует амфотерный гидроксид Zn(OH)₂, который также можно записать и в кислотной форме H₂ZnO₂.

V₂O₅ – кислотный оксид, ему соответствует кислота:

V₂O₅ + Н₂О = (H₂V₂O₆) = 2 HVO₃.

Пример 4. Напишите уравнения возможных реакций взаимодействия предложенных оксидов с водой: СаO; SO₂; Al₂O₃; Li₂O; Mn₂O₇.

СаO – основной оксид, оксид щелочноземельного металла (II группа А подгруппа), взаимодействует с водой образованием основания (щелочи):

СаO + H₂O = Ca(OH)₂

SO₂ – кислотный оксид, взаимодействует с водой с образованием кислоты:

SO₂ + H₂O = H₂SO₃

Al₂O₃ – амфотерный оксид, с водой не взаимодействует.

Li₂O – основной оксид, оксид щелочного металла, взаимодействует с водой образованием основания:

Li₂O + H₂O = 2 LiOH

Mn₂O₇ – кислотный оксид, взаимодействует с водой с образованием кислоты

Mn₂O₇ + H₂O = (H₂Mn₂O₈) = 2 HMnO₄

Пример 5. Напишите уравнения реакций взаимодействия NaOH и H₂SO₄ с предложенными оксидами: SO₃, NiO, Al₂O₃

При написании уравнений реакции следует учесть, что кислотные оксиды взаимодействуют с основаниями, а основные оксиды – с кислотами, амфотерные оксиды взаимодействуют и с кислотами (проявляя основные свойства) и с основаниями (проявляя кислотные свойства).

SO₃ – кислотный оксид – с кислотами не взимодействует, взаимодействует с основаниями:

₊ SO₃ + 2 NaOH = Na₂SO₄ + H₂O

H₂O

H₂SO₄

(при написании формулы соли, для определения кислотного остатка следует составить формулу кислоты, соответствующей кислотному оксиду).

NiO – основный оксид – с основаниями не взаимодействует, взаимодействует с кислотами:

NiO + 2 HNO₃ = Ni(NO₃)₂ + H₂O

Al₂O₃ – амфотреный оксид, взаимодействует с кислотами:

Al₂O₃ + 6 HNO₃ = 2 Al(NO₃)₃ + 3 H₂O

и с основаниями (при написании формулы соли, для определения кислотного остатка также составим формулу кислоты, соответствующей амфотерному оксиду):

₊Al₂O₃ + 2 NaOH = NaAlO₂ + H₂O

H₂O

H₂Al₂O₄ - HAlO₂

Пример 6. Напишите уравнения возможных реакций взаимодействия HNO₃, Cd(OH)₂, Sn(OH)₂ с H₂SO₄ и NaOH.

HNO₃ – кислота: с кислотами не взаимодействует, реагирует с основаниями, с образованием соли и воды:

HNO₃ + NaOH = NaNO₃ + H₂O

Cd(OH)₂ – основание: с основаниями не взаимодействует, взаимодействует с кислотами, продуктами реакции являются соль и вода:

Cd(OH)₂ + H₂SO₄ = CdSO₄ + 2 Н₂О

Sn(OH)₂ – амфотерный гидроксид реагирует с кислотами, проявляя основный характер:

Sn(OH)₂ + H₂SO₄ = SnSO₄ + 2 Н₂О

и с основаниями, проявляя кислотный характер (для написания формулы полученной соли удобно записать амфотерный гидроксид в форме кислоты):

S n(OH)₂ + 2 NaOH = Na₂SnO₂ + 2 H₂O

H₂SnO₂

Пример 7. Напишите уравнения возможных реакций взаимодействия солей FeCl₃, K₃PO₄, NaHCO₃, (CuOH)₂SO₄ с NaOH и H₂SO₄.

Соли способны взаимодействовать с кислотами и основаниями, вступая в реакции ионного обмена, протекание которых возможно, если в качестве продукта реакции образуется малорастворимое соединение, слабый электролит или газ:

FeCl₃ + 3 NaOH = Fe(OH)₃ ↓+ 3 NaCl

Реакция возможна, так как образуется малорастворимое соединение Fe(OH)₃.

FeCl₃ + H₂SO₄ ≠

Реакция невозможна, так как в результате ее можно было ожидать образование Fe₂(SO₄)₃ и HCl: оба вещества растворимы и являются сильными электролитами.

K₃PO₄ + NaOH ≠

Реакция невозможна, так как в результате ее можно было ожидать образование KOH и Na₃PO₄: оба вещества растворимы и являются сильными электролитами.

NaHCO₃ + NaOH = Na₂CO₃ + H₂O

Реакция взаимодействия кислой соли и основания возможна, она приводит к образованию средней соли и воды (слабый электролит).

2 NaHCO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2 H₂CO₃ (H₂O + CO₂)

Реакция взаимодействия кислой соли и кислоты возможна, она приводит к образованию слабой, неустойчивой кислоты H₂CO₃ и средней соли.

(CuOH)₂SO₄ + 2 NaOH = 2 Cu(OH)₂ ↓ + Na₂SO₄

Реакция взаимодействия основной соли и основания (щелочи) возможна, она приводит к образованию нерастворимого основания Cu(OH)₂ и средней соли.

(CuOH)₂SO₄ + H₂SO₄ = 2 CuSO₄ + 2 H₂O

Реакция взаимодействия основной соли и кислоты возможна, она приводит к образованию средней соли и воды (слабый электролит).

Пример 8. Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить предложенные превращения.

Для каждого этапа превращения следует подобрать реагент так, чтобы реакция соответствовала условиям протекания обменных реакций.

При этом следует учитывать:

• чтобы ввести в состав продукта ионы OH^–, например, для превращения ZnSO₄® Zn(OH)₂, следует добавить щелочь (NaOH, KOH или др.);

• чтобы ввести в состав продукта ионы Н⁺, например, для превращения NaHCO₃® H₂CO₃, следует добавить кислоту (HCl, HNO₃, H₂SO₄ или др.);

• для связывания (удаления) ионов Н⁺, например, для превращения H₂CO₃® Na₂CO₃ к исходному веществу следует добавить щелочь;

• для связывания (удаления) ионов OH^–, например, для превращения (ZnOH)₂SO₄® ZnSO₄ к исходному веществу следует добавить кислоту;

• амфотерные гидроксиды можно записывать в кислотной форме, например,

Zn(OH)₂ (H₂ZnO₂) ® Na₂ZnO₂ (для данного превращения требуется добавление щелочи, для связывания ионов Н⁺).

(ZnOH)₂SO₄ ® ZnSO₄ ® Zn(OH)₂ ® Na₂ZnO₂

(ZnOH)₂SO₄ + H₂SO₄ = 2 ZnSO₄ + 2 H₂O

ZnSO₄ + 2 NaOH = Zn(OH)₂ ↓ + Na₂SO₄

Zn(OH)₂ + 2NaOH = Na₂ZnO₂ + 2 H₂O

H₂ZnO₂

NaHCO₃ ® H₂CO₃ ® Na₂CO₃

NaHCO₃ + HCl = NaCl + H₂CO₃

^{(слабая кислота)}

H₂CO₃ + 2 NaOH = Na₂CO₃ + 2 H₂O

2.5. Задания для самостоятельной подготовки

1. Для предложенных соединений:

• укажите их класс;

• напишите уравнения возможных реакций взаимодействия

с H₂O, K₂O, SO₃, HCl, NaOH.