Какие физические свойства имеют основания
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Основания называются электролитами, при диссоциации которых из отрицательных ионов образуются только ионы (
mathrm{OH}
):
(
mathrm{Fe}(mathrm{OH}) 2 leftrightarrow mathrm{Fe} 2++2 mathrm{OH}-
);
(
mathrm{NH} 3+mathrm{H} 2 mathrm{O} rightarrow mathrm{NH} 4 mathrm{OH} leftrightarrow mathrm{NH} 4++mathrm{OH}-
).
Все неорганические основания классифицируются на водорастворимые (щелочи) — (
mathrm{NaOH}
), (
mathrm{KOH}
) и нерастворимые в воде (
(mathrm{Ba}(mathrm{OH}) 2, mathrm{Ca}(mathrm{OH}) 2)
). В зависимости от их химических свойств среди оснований выделяются амфотерные гидроксиды.
Химические свойства оснований
Когда индикаторы действуют на растворы неорганических оснований, их цвет меняется, так что, когда база попадает в раствор, лакмусовая бумажка приобретает синий цвет, метиловый оранжевый становится желтым, а фенолфталеин становится малиновым.
Неорганические основания способны реагировать с кислотами с образованием соли и воды, а нерастворимые в воде основания взаимодействуют только с водорастворимыми кислотами:
(
mathrm{Cu}(mathrm{OH}) 2 downarrow+mathrm{H} 2 mathrm{SO} 4=mathrm{CuSO} 4+2 mathrm{H} 2 mathrm{O}
);
(
mathrm{NaOH}+mathrm{HCl}=mathrm{NaCl}+mathrm{H} 2 mathrm{O}
).
Водонерастворимые основания термически нестабильны, то есть при нагревании они разлагаются с образованием оксидов:
(
2 mathrm{Fe}(mathrm{OH}) 3=mathrm{Fe} 2 mathrm{O} 3+3 mathrm{H} 2 mathrm{O}
);
(
mathrm{Mg}(mathrm{OH}) 2=mathrm{MgO}+mathrm{H} 2 mathrm{O}
).
Alkalis (водорастворимые основания) взаимодействуют с кислотными окислами с образованием солей:
(
mathrm{NaOH}+mathrm{CO} 2=mathrm{NaHCOZ}
).
Alkalis также способны вступать в реакцию взаимодействия (IDR) с некоторыми неметаллами:
(
2 mathrm{NaOH}+mathrm{Si}+mathrm{H} 2 mathrm{O} rightarrow mathrm{Na} 2 mathrm{SiO} 3+mathrm{H} 2 uparrow
).
Некоторые основания вступают в обменные реакции с солями:
(
(0 mathrm{H}) 2+mathrm{Na} 2 mathrm{S} 04=2 mathrm{NaOH}+mathrm{BaSO} 4downarrow
).
Амфотерные гидроксиды (основания) также обладают свойствами слабых кислот и реагируют с щелочами:
(
mathrm{Al}(mathrm{OH}) 3+mathrm{NaOH}=mathrm{Na}[mathrm{Al}(mathrm{OH}) 4]
).
Амфотерные основания включают алюминий, гидроксиды цинка. хром (III) и другие
Физические свойства оснований
Большинство оснований — это твердые вещества, которые характеризуются разной растворимостью в воде. Алкалис — водорастворимые основания — чаще всего твердые вещества белого цвета. Водонерастворимые основания могут иметь разные цвета, например, гидроксид железа (III) представляет собой коричневое твердое вещество, гидроксид алюминия представляет собой белое твердое вещество, а гидроксид меди (II) представляет собой синее твердое вещество.
Получение оснований
Базы получают по-разному, например, реакцией:
— обмен
(
mathrm{CuSO} 4+2 mathrm{KOH} rightarrow mathrm{Cu}(mathrm{OH}) 2 downarrow+mathrm{K} 2 mathrm{SO} 4
);
(
mathrm{K} 2 mathrm{CO} 3+mathrm{Ba}(mathrm{OH}) 2 rightarrow 2 mathrm{KOH}+mathrm{BaCO} 3downarrow
);
— взаимодействие активных металлов или их оксидов с водой
(
2 mathrm{Li}+2 mathrm{H} 2 mathrm{O} rightarrow 2 mathrm{LiOH}+mathrm{H} 2
);
(
mathrm{BaO}+mathrm{H} 20 rightarrow mathrm{Ba}(mathrm{OH}) 2 downarrow
);
— электролиз водных растворов солей
(
2 mathrm{NaCl}+2 mathrm{H} 20=2 mathrm{NaOH}+mathrm{H} 2 uparrow+mathrm{Cl} 2 uparrow
).
Примеры решения проблем
ПРИМЕР 1
Рассчитать практическую массу оксида алюминия (выход целевого продукта составляет 92%) путем реакции разложения гидроксида алюминия массой 23,4 г
Напишите уравнение реакции:
(
2 mathrm{Al}(text { OH) } quad 3=mathrm{A} 1203+3 mathrm{H} 20
).
Молярная масса гидроксида алюминия, рассчитанная с использованием таблицы химических элементов D.I. Менделеева — 78 г / моль. Найдите количество вещества гидроксида алюминия:
(
mathrm{v}(mathrm{Al}(mathrm{OH}) 3)=mathrm{m}(mathrm{Al}(mathrm{OH}) 3) / mathrm{M}(mathrm{Al}(mathrm{OH}) 3)
);
(
mathrm{v}(mathrm{Al}(mathrm{OH}) mathrm{Z})=23,4 / 78=0,3
) моль.
Согласно уравнению реакции (
mathrm{v}(mathrm{Al}(mathrm{OH}) text { 3): } mathrm{v}(mathrm{Al} 2 mathrm{O} 3)=2 : 1
), поэтому количество вещества оксида алюминия будет:
(
mathrm{v}(mathrm{A} | 2 mathrm{O} mathrm{Z})=0,5 times mathrm{v}(mathrm{Al}(mathrm{OH}) 3)
);
(
mathrm{v}(mathrm{Al} 2 mathrm{O} mathrm{3})=0,5 times 0,3=0,15
) моль.
Молярная масса оксида алюминия, рассчитанная с использованием таблицы химических элементов D.I. Менделеева — 102 г / моль. Найти теоретическую массу оксида алюминия:
(
mathrm{M}(mathrm{Al} 2 mathrm{O} 3) mathrm{th}=0,15 times 102=15,3 mathrm{г}
)
Тогда практическая масса глинозема:
(
mathrm{m}(mathrm{Al} 2 mathrm{O} 3) mathrm{pr}=mathrm{m}(mathrm{Al} 2 mathrm{O} 3) mathrm{th} times 92 / 100
);
(
mathrm{M}(mathrm{Al} 2 mathrm{O} 3) mathrm{np}=15,3 times 0,92=14 mathrm{г}
)
Ответ Масса глинозема — 14 г.
ПРИМЕР 2
Выполнение серии преобразований:
(
mathrm{Fe} rightarrow mathrm{FeCl} 2 rightarrow mathrm{Fe}(mathrm{OH}) 2 rightarrow mathrm{Fe}(mathrm{OH}) 3 rightarrow mathrm{Fe}(mathrm{NO} 3) mathrm{Z}
)
Раствор Для получения хлорида железа из железа необходимо растворить его в соляной кислоте:
(
mathrm{Fe}+2 mathrm{HCl} rightarrow mathrm{FeCl} 2+mathrm{H} 2 uparrow
).
Чтобы получить соли железа (II) и соли железа (II), необходимо воздействовать на эту соль щелочью:
(
mathrm{FeCl} 2+2 mathrm{NaOH} rightarrow mathrm{Fe}(mathrm{OH}) 2+2 mathrm{NaCl}
).
Чтобы получить гидроксид железа (III) из гидроксида железа (II), необходимо уменьшить его железо:
(
4 mathrm{Fe}(mathrm{OH}) 2+2 mathrm{H} 2 mathrm{O}+mathrm{O} 2 rightarrow 4 mathrm{Fe}(mathrm{OH}) 3 downarrow
).
Чтобы получить соль железа (III) из гидроксида железа (III), необходимо обработать осадок гидроксида железа (III) соответствующей кислотой:
(
mathrm{Fe}(mathrm{OH}) 3+3 mathrm{HNO} 3 rightarrow mathrm{Fe}(mathrm{NO} 3) quad 3+3 mathrm{H} 20
).
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
ОН–,
образующихся при полной диссоциации, или количеству ступеней
диссоциации) основания подразделяют на
однокислотные (при полной диссоциации получается один ион
ОН–;
одна ступень диссоциации) и многокислотные
(при полной диссоциации получается больше одного иона
ОН–; 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) | Комплексный ион | |
Zn(OH)2 | ZnO2 (II) | [Zn(OH)4]2– |
Al(OH)3 | AlO2 (I) | [Al(OH)4]–, |
Be(OH)2 | BeO2 (II) | [Be(OH)4]2– |
Sn(OH)2 | SnO2 (II) | [Sn(OH)4]2– |
Pb(OH)2 | PbO2 (II) | [Pb(OH)4]2– |
Fe(OH)3 | FeO2 (I) | [Fe(OH)4]–, |
Cr(OH)3 | CrO2 (I) | [Cr(OH)4]–, |
Физические свойства. Основания —
твердые вещества различных цветов и различной растворимости в воде.
Химические свойства оснований
1) Диссоциация: КОН +
nН2О К+×mН2О
+ ОН–×dН2О
или сокращенно: КОН
К+ + ОН–.
Многокислотные основания диссоциируют по нескольким ступеням (в
основном диссоциация протекает по первой ступени). Например,
двухкислотное основание Fe(OH)2диссоциирует по двум ступеням:
Fe(OH)2FeOH+
+ OH– (1 ступень);
FeOH+Fe2+
+ 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 tразл
достаточно высока
(примерно 1000 °C).
Zn(OH)2
ZnO + H2O.
Таблица 2 — Температуры разложения некоторых гидроксидов металлов
Гидроксид | tразл, °C | Гидроксид | tразл, °C | Гидроксид | tразл, °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 +
6H2O ®
2Na[Al(OH)4] + 3H2
2Al + 2OH–+
6H2О
®
2[Al(OH)4]– + 3H2.
При сплавлении: 2Al + 2NaOH + 2H2O
2NaAlО2
+ 3H2.
5) Взаимодействие щелочей с неметаллами:
6NaOH +
3Cl2 5NaCl
+ NaClO3 + 3H2O.
6) Взаимодействие щелочей с кислотными и амфотерными оксидами:
2NaOH + СО2®
Na2CO3 + H2O
2OH–+
CO2
®
CO32– + H2O.
В растворе: 2NaOH + ZnO
+ H2O
®
Na2[Zn(OH)4]
2OH–+ ZnO
+ H2О
®
[Zn(OH)4]2–.
При сплавлении с амфотерным оксидом: 2NaOH
+ ZnO
Na2ZnO2 +
H2O.
7) Взаимодействие оснований с кислотами:
H2SO4+
Ca(OH)2
®
CaSO4¯
+ 2H2O
2H+ + SO42–+ Ca2+ +2OH–
®
CaSO4¯
+ 2H2O
H2SO4+
Zn(OH)2
®
ZnSO4 + 2H2O
2H+ + Zn(OH)2
®
Zn2+ + 2H2O.
8) Взаимодействие щелочей с амфотерными гидроксидами (см.
таблицу 1):
В растворе: 2NaOH +
Zn(OH)2
®
Na2[Zn(OH)4]
2OH– +
Zn(OH)2
®
[Zn(OH)4]2–
При сплавлении: 2NaOH +
Zn(OH)2
Na2ZnO2 +
2H2O.
9) Взаимодействие щелочей с солями.
В реакцию вступают соли, которым соответствует
нерастворимое в воде основание:
CuSО4
+ 2NaOH
®
Na2SO4 + Cu(OH)2¯
Cu2++
2OH–
®
Cu(OH)2¯.
Получение.
Нерастворимые в воде основания получают
путем взаимодействия соответствующей соли со щелочью:
2NaOH + ZnSО4
®
Na2SO4 + Zn(OH)2¯
Zn2++ 2OH–
®
Zn(OH)2¯.
Щелочи получают:
1) Взаимодействием оксида металла с водой:
Na2O + H2O
®
2NaOH
CaO + H2O
®
Ca(OH)2.
2) Взаимодействием щелочных и щелочно-земельных металлов с водой:
2Na + H2O
®
2NaOH + H2
Ca + 2H2O
®
Ca(OH)2 + H2.
3) Электролизом растворов солей:
2NaCl + 2H2O
H2
+ 2NaOH + Cl2.
4)
Обменным взаимодействием гидроксидов щелочно-земельных металлов с
некоторыми солями. В ходе реакции
должна обязательно получаться нерастворимая соль.
Ba(OH)2+ Na2CO3®
2NaOH + BaCO3¯
Ba2+
+ CO32–
®
BaCO3¯.
Л.А. Яковишин
2.
ОСНОВАНИЯ
Основания
– это сложные вещества, состоящие из атомов металлов и одной
или нескольких гидроксогрупп (ОН-).
С
точки зрения теории электролитической диссоциации это электролиты
(вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток), диссоциирующие в водных растворах на катионы металлов и
анионы только гидроксид — ионов ОН-.
Растворимые
в воде основания называются щелочами.
К ним
относятся основания, которые образованы металлами 1-й группы главной подгруппы
(LiOH, NaOH и
другие) и щелочноземельными металлами (Са(ОН)2, Sr(ОН)2, Ва(ОН)2). Основания, образованные металлами
других групп периодической системы в воде практически не растворяются. Щелочи в
воде диссоциируют полностью:
NaOH ® Na+ + OH-.
Многокислотные
основания в воде диссоциируют ступенчато:
Ba(OH)2® BaOH+
+ OH-,
Ba(OH)+ Ba2+
+ OH-.
Cтупенчатой
диссоциацией оснований объясняется образование основных солей.
Номенклатура
оснований.
Основания
называются следующим образом: сначала произносят слово «гидроксид»,
а затем металл, который его образует. Если металл имеет переменную валентность,
то она указывается в названии.
КОН
– гидроксид
калия;
Ca(OH)2 – гидроксид
кальция;
Fe(OH)2 – гидроксид
железа (II);
Fe(OH)3 – гидроксид
железа (III);
При
составлении формул оснований исходят из того, что
молекула электронейтральна. Гидроксид
– ион всегда имеет заряд (–1). В молекуле основания их число определяется
положительным зарядом катиона металла. Гидрокогруппа
заключается в круглые скобки, а выравнивающий заряды индекс ставится справа
внизу за скобками:
Ca+2(OH)–2,
Fe3+(OH)3-.
Классификация
оснований по следующим признакам:
1. По
кислотности (по числу групп ОН—в молекуле
основания): однокислотные – NaOH, KOH, многокислотные
– Ca(OH)2, Al(OH)3.
2. По
растворимости: растворимые (щелочи) – LiOH, KOH, нерастворимые – Cu(OH)2, Al(OH)3.
3. По
силе (по степени диссоциации):
а)
сильные (α = 100 %) – все растворимые основания NaOH, LiOH, Ba(OH)2, малорастворимый
Ca(OH)2.
б) слабые (α < 100 %) –
все нерастворимые основания Cu(OH)2, Fe(OH)3 и растворимое NH4OH.
4. По
химическим свойствам: основные – Са(ОН)2, NaОН; амфотерные – Zn(ОН)2,
Al(ОН)3.
Основания
Это гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов (и магния),
а также металлов в минимальной степени окисления (если она имеет переменное
значение).
Например:
NaOH, LiOH, Mg(OH)2, Ca(OH)2, Cr(OH)2, Mn(OH)2.
Получение
1.
Взаимодействие активного металла с водой:
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
Ca + 2H2O → Ca(OH)2
+ H2
Mg + 2H2O Mg(OH)2
+ H2
2.
Взаимодействие основных оксидов с водой (только для щелочных и щелочноземельных
металлов):
Na2O + H2O → 2NaOH,
CaO + H2O → Ca(OH)2.
3.
Промышленным способом получения щелочей является электролиз растворов солей:
2NaCI + 4H2O 2NaOH
+ 2H2 +
CI2
4.
Взаимодействие растворимых солей со щелочами, причем для нерастворимых
оснований это единственный способ получения:
Na2SO4 + Ba(OH)2 →
2NaOH + BaSO4
MgSO4 + 2NaOH → Mg(OH)2 +
Na2SO4.
Физические свойства
Все основания являются
твердыми веществами. В воде нерастворимы, кроме
щелочей. Щелочи – это белые кристаллические вещества, мылкие на ощупь,
вызывающие сильные ожоги при попадании на кожу. Поэтому они называются
«едкими». При работе со щелочами необходимо соблюдать определенные правила и
использовать индивидуальные средства защиты (очки, резиновые перчатки, пинцеты
и др.).
Если
щелочь попала на кожу необходимо промыть это место большим количеством воды до
исчезновения мылкости, а затем нейтрализовать раствором борной кислоты.
Химические свойства
Химические
свойства оснований с точки зрения теории электролитической диссоциации
обусловлены наличием в их растворах избытка свободных гидроксид
–
ионов ОН—.
1.
Изменение цвета индикаторов:
фенолфталеин – малиновый
лакмус – синий
метиловый оранжевый – желтый
2.
Взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации):
2NaOH + H2SO4 → Na2SO4
+ 2H2O,
растворимое
Cu(OH)2
+ 2HCI → CuCI2 + 2H2O.
нерастворимое
3. Взаимодействие с кислотными оксидами:
2NaOH + SO3 →
Na2SO4 + H2O
4. Взаимодействие с амфотерными оксидами и гидроксидами:
а)
при плавлении:
2NaOH + AI2O3 2NaAIO2 + H2O,
NaOH + AI(OH)3 NaAIO2
+ 2H2O.
б) в растворе:
2NaOH + AI2O3 +3H2O →
2Na[AI(OH)4],
NaOH + AI(OH)3 →
Na[AI(OH)4].
5.
Взаимодействие с некоторыми простыми веществами (амфотерными
металлами, кремнием и другими):
2NaOH + Zn + 2H2O → Na2[Zn(OH)4] + H2
2NaOH + Si + H2O →
Na 2SiO3 + 2H2
6.
Взаимодействие с растворимыми солями с образованием осадков:
2NaOH + CuSO4 → Cu(OH)2 +
Na2SO4,
Ba(OH)2 + K2SO4 →
BaSO4 +
2KOH.
7.
Малорастворимые и нерастворимые основания разлагаются при нагревании:
Ca(OH)2 CaO + H2O,
Cu(OH)2 CuO + H2O.
голубой
цвет черный цвет
Амфотерные
гидроксиды
Это гидроксиды металлов (Be(OH)2, AI(OH)3, Zn(OH)2) и металлов в промежуточной
степени окисления (Сr(OH)3,Mn(OH)4).
Получение
Амфотерные гидроксиды получают взаимодействием растворимых солей со
щелочами взятых в недостатке или эквивалентном количестве, т.к. в избытке они
растворяются:
AICI3 + 3NaOH → AI(OH)3 +3NaCI.
Физические
свойства
Это
твердые вещества, практически нерастворимые в воде. Zn(OH)2 – белый, Fe(ОН)3 – бурый цвет.
Химические
свойства
Амфотерные гидроксиды
проявляют свойства оснований и кислот, поэтому взаимодействуют как с кислотами,
так и с основаниями.
1.
Взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды:
Zn(OH)2 + H2SO4 →
ZnSO4 + 2H2O.
2.
Взаимодействие с растворами и расплавами щелочей с образованием соли и
воды:
AI(OH)3 + NaOH Na[AI(OH)4],
AI(OH)3 + NaOH NaAIO2
+ 2H2O.
3.
Взаимодействие с кислотными и основными оксидами:
2Fe(OH)3 + 3SO3Fe2(SO4)3
+ 3H2O,
2Fe(OH)3 + Na2O 2NaFeO2
+ 3H2O.
Получение и
химические свойства оснований
Цель работы:ознакомиться
с химическими свойствами оснований и способами
их получения.
Посуда и реактивы:пробирки,
спиртовка. Набор индикаторов, магниевая лента, растворы солей алюминия, железа,
меди, магния; щелочь(NaOH, КOH), дистиллированная вода.
Ход работы:
Опыт № 1. Взаимодействие
металлов с водой.
В пробирку налить 3–5 см3
воды и опустить в нее несколько кусочков мелко нарезанной магниевой ленты.
Нагреть на спиртовке 3–5 мин, охладить и добавить туда 1–2 капли раствора
фенолфталеина. Как изменился цвет индикатора? Сравнить с пунктом 1 на с. 27. Написать уравнение реакции. Какие металлы
взаимодействуют с водой?
Опыт № 2. Получение
и свойства нерастворимых
оснований
В пробирки с разбавленными
растворами солей MgCI2, FeCI3, CuSO4
(5–6 капель) внести по 6–8 капель разбавленного раствора щелочи NaOH
до образования осадков. Отметить их окраску. Записать уравнения реакций.
Разделить полученный синий
осадок Cu(OH)2 на две
пробирки. В одну из них добавить 2–3 капли разбавленного раствора кислоты, в
другую _ столько же щелочи. В какой пробирке наблюдалось растворение
осадка? Написать уравнение реакции.
Повторить этот опыт с двумя
другими гидроксидами, полученными по обменным
реакциям. Отметить наблюдаемые явления, записать уравнения реакций. Сделать
общий вывод о способности оснований взаимодействовать с кислотами и щелочами.
Опыт№
3. Получение и свойства амфотерных гидроксидов
Повторить
предыдущий опыт с раствором соли алюминия (AICI3 или
AI2(SO4)3).
Наблюдать образование белого творожистого осадка гидроксида
алюминия и растворение его при прибавлении как
кислоты, так и щелочи. Записать уравнения реакций. Почему гидроксид
алюминия обладает свойствами как кислоты, так и
основания? Какие еще амфотерные гидроксиды
вы знаете?