Какие химические свойства характерны для гидроксида 3 период 4 группы

3. Гидроксиды

Среди
многоэлементных
соединений важную группу составляют гидроксиды. Некоторые из них
проявляют
свойства оснований (основные гидроксиды)  – NaOH, Ba(OH)2
и т.п.; другие
проявляют свойства кислот (кислотные гидроксиды) – HNO3, H3PO4 и другие.
Существуют и амфотерные гидроксиды,
способные в зависимости от условий проявлять как свойства оснований,
так и
свойства  кислот – Zn(OH)2,
Al(OH) 3
и т.п.

3.1.
Классификация,
получение и свойства оснований

Основаниями
(основными
гидроксидами) с позиции теории электролитической диссоциации являются
вещества,
диссоциирующие в растворах с образованием гидроксид-ионов ОН—.

По современной
номенклатуре их принято называть гидроксидами элементов с указанием,
если
необходимо, валентности элемента (римскими цифрами в скобках): КОН
– гидроксид
калия, гидроксид натрия NaOH,
гидроксид кальция Ca(OH)2,
гидроксид хрома (II) – Cr(OH)2,
гидроксид хрома (III) – Cr(OH)3.

Гидроксиды
металлов принято делить
на две группы: растворимые
в воде (образованные щелочными и щелочноземельными металлами
— Li, Na, K, Cs, Rb, Fr, Ca, Sr, Ba и поэтому
называемые щелочами) и нерастворимые в воде.
Основное различие между
ними заключается в том, что концентрация ионов ОН- в растворах
щелочей достаточно
высока, для нерастворимых же оснований она определяется растворимостью
вещества
и обычно очень мала. Тем не менее, небольшие равновесные концентрации
иона ОН- даже в
растворах нерастворимых
оснований определяют свойства этого класса соединений.

По числу
гидроксильных
групп (кислотность),
способных замещаться на кислотный остаток, различают:

— однокислотные
основания
– KOH, NaOH;

— двухкислотные
основания
– Fe(OH)2,
Ba(OH)2;

— трехкислотные
основания
– Al(OH)3,
Fe(OH)3.

Получение
оснований

1. Общим методом
получения оснований является реакция обмена, с помощью которой могут
быть
получены как нерастворимые, так и растворимые основания:

CuSO4
+ 2KOH = Cu(OH)2↓
+ K2SO4,

K2SO4
+ Ba(OH)2 = 2KOH + BaCO3↓.

При получении
этим
методом растворимых оснований в осадок выпадает нерастворимая соль.

При получении
нерастворимых в воде оснований, обладающих амфотерными свойствами,
следует
избегать избытка щелочи, так как может произойти растворение
амфотерного
основания, например,

AlCl3
+ 3KOH = Al(OH)3 + 3KCl,

Al(OH)3
+ KOH = K[Al(OH)4].

В подобных
случаях для
получения гидроксидов используют гидроксид аммония, в котором
амфотерные оксиды
не растворяются:

AlCl3
+ 3NH4OH
= Al(OH)3↓
+ 3NH4Cl.

Гидроксиды
серебра, ртути
настолько легко распадаются, что при попытке их получения обменной
реакцией
вместо гидроксидов выпадают оксиды:

2AgNO3
+ 2KOH = Ag2O↓
+ H2O + 2KNO3.

2. Щелочи в
технике
обычно получают электролизом водных растворов хлоридов:

2NaCl
+ 2H2O = 2NaOH + H2 + Cl2.

(суммарная
реакция электролиза)

Щелочи могут
быть также
получены взаимодействием щелочных и щелочноземельных металлов или их
оксидов с
водой:

2Li + 2H2O = 2LiOH + H2↑,

SrO + H2O = Sr(OH)2.

Химические
свойства оснований

1. Все
нерастворимые в
воде основания при нагревании разлагаются с образованием оксидов:

2Fe(OH)3
= Fe2O3 + 3H2O,

Ca(OH)2
= CaO + H2O.

2. Наиболее
характерной
реакцией оснований является их взаимодействие с кислотами –
реакция
нейтрализации. В нее вступают как щелочи, так и нерастворимые основания:

NaOH + HNO3 = NaNO3 + H2O,

Cu(OH)2
+ H2SO4 = CuSO4
+ 2H2O.

3. Щелочи
взаимодействуют
с кислотными и с амфотерными оксидами:

2KOH
+ CO2 = K2CO3
+ H2O,

2NaOH
+ Al2O3 = 2NaAlO2
+ H2O.

4. Основания
могут
вступать в реакцию с кислыми солями:

2NaHSO3
+ 2KOH = Na2SO3 + K2SO3
+2H2O,

Ca(HCO3)2
+ Ba(OH)2 = BaCO3↓
+ CaCO3 + 2H2O.

Cu(OH)2
+ 2NaHSO4 = CuSO4 + Na2SO4
+2H2O.

5. Необходимо
особенно
подчеркнуть способность растворов щелочей реагировать с некоторыми
неметаллами
(галогенами, серой, белым фосфором, кремнием):

2NaOH + Cl2 = NaCl +NaOCl + H2O (на
холоду),

6KOH + 3Cl2 = 5KCl
+
KClO3 + 3H2O (при
нагревании),

6KOH
+ 3S = K2SO3 + 2K2S
+ 3H2O,

3KOH
+ 4P + 3H2O = PH3↑
+ 3KH2PO2,

2NaOH
+ Si + H2O = Na2SiO3
+ 2H2↑.

6. Кроме того,
концентрированные растворы щелочей при нагревании способны растворять
также и
некоторые металлы (те, соединения которых обладают амфотерными
свойствами):

2Al
+ 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4]
+ 3H2↑,

Zn
+ 2KOH + 2H2O = K2[Zn(OH)4]
+ H2↑.

Растворы щелочей
имеют рН
> 7 (щелочная среда), изменяют
окраску индикаторов
(лакмус – синяя, фенолфталеин – фиолетовая).

© М.В. Андрюxoва, Л.Н. Бopoдина

К следующему разделу
К оглавлению

Общая характеристика четвертой группы главной подгруппы:

• а) свойства элементов с точки зрения строения атома;
• б) степени окисления;
• в) свойства оксидов;
• г) свойства гидроксидов;
• д) водородные соединения.

а) Углерод (С), кремний (Si), германий (Ge), олово (Sn), свинец (РЬ)
— элементы 4 группы главной подгруппы ПСЭ. На внешнем электронном слое
атомы этих элементов имеют 4 электрона: ns2np2.
В подгруппе с ростом порядкового номера элемента увеличивается атомный
радиус, неметаллические свойства ослабевают, а металлические усиливаются:
углерод и кремний — неметаллы, германий, олово, свинец — металлы.

б) Элементы этой подгруппы проявляют как положительную, так и отрицательную
степени окисления: —4, +2, +4.

в) Высшие оксиды углерода и кремния (С02,
Si02)
обладают кислотными свойствами, оксиды остальных элементов подгруппы —
амфотерны (Ge02,
Sn02,
Pb02).

г) Угольная и кремниевая кислоты (Н2СО3,
H2SiO3)
— слабые кислоты. Гидроксиды германия, олова и свинца амфотерны, проявляют
слабые кислотные и основные свойства: H2GeO3=
Ge(OH)4,
H2SnO3
= Sn(ОН)4,
Н2РЬО3
= Pb(OH)4.

д) Водородные соединения:

СН4;
SiH4,
GeH4.
SnH4,
PbH4.
Метан — CH4
— прочное соединение, силан SiH4
— менее прочное соединение.

Схемы строения атомов углерода и кремния, общие и отличительные свойства.

С lS22S22p2;

Si 1S22S22P63S23p2.

Углерод и кремний — это неметаллы, так как на внешнем электронном слое
4 электрона. Но так как кремний имеет больший радиус атома, то для него
более характерна способность отдавать электроны, чем для углерода. Углерод
— восстановитель:

Задача. Как доказать, что графит и алмаз
являются аллотропными видоизменениями одного и того же химического элемента?
Чем объяснить различия их свойств?

Решение. И алмаз, и графит при сгорании
в кислороде образуют оксид углерода (IV) С02,
при пропускании которого через известковую воду выпадает белый осадок
карбонат кальция СаС03

С + 02
= СО2;
С02
+ Са(ОН)2
= CaCO3v
— Н2О.

Кроме того, из графита можно получить алмаз при нагревании под высоким
давлением. Следовательно, в состав и графита, и алмаза входит только углерод.
Различие в свойствах графита и алмаза объясняется различием в строении
кристаллической решетки.

В кристаллической решетке алмаза каждый атом углерода окружен четырьмя
другими. Атомы расположены на одинаковых расстояниях друг от друга и очень
прочно связаны между собой ковалентны-ми связями. Этим объясняется большая
твердость алмаза.

У графита атомы углерода расположены параллельными слоями. Расстояние
между соседними слоями гораздо больше, чем между соседними атомами в слое.
Это обусловливает малую прочность связи между слоями, и поэтому графит
легко расщепляется на тонкие чешуйки, которые сами по себе очень прочные.

Соединения с водородом, образующие углерод. Эмпирические формулы, вид
гибридизации атомов углерода, валентность и степени окисления каждого
элемента.

Степень окисления водорода во всех соединениях равна +1.

Валентность водорода равна единице, валентность углерода равна четырем.

Формулы угольной и кремниевой кислот, их химические свойства по отношению
к металлам,оксидам,основаниям, специфические свойства.

Н2СО3
— угольная кислота,

Н2SiO3
— кремниевая кислота.

Н2СО3
— существует только в растворе:

Н2С03
= Н2О
+ С02

Н2SiO3—
твердое вещество, практически нерастворимо в воде, поэтому катионы водорода
в воде практически не отщепляются. В связи с этим такое общее свойство
кислот, как действие на индикаторы, Н2SiO3
не обнаруживает, она еще слабее угольной кислоты.

Н2SiO3
— непрочная кислота и при нагревании постепенно разлагается:

Н2SiO3
= Si02
+ Н20.

Н2CO3
реагирует с металлами, оксидами металлов, основаниями:

а) Н2CO3
+ Mg = MgCO3
+ Н2

б) Н2CO3
+ СаО = СаСO3
+ Н20

в) Н2CO3
+ 2NaOH = Na2CO3
+ 2Н20

Химические свойства угольной кислоты:

• 1) общие с другими кислотами,
• 2) специфические свойства.

Ответ подтвердите уравнениями реакций.

1) реагирует с активными металлами:

Задача. С помощью химических превращений
разделите смесь оксида кремния (IV), карбоната кальция и серебра, последовательно
растворяя компоненты смеси. Опишите последовательность действий.

Решение.

1) к смеси прилили раствор соляной кислоты:

Прежде чем рассуждать о химических свойствах оснований и амфотерных гидроксидов, давайте четко определим, что же это такое?

1) К основаниями или основным гидроксидам относят гидроксиды металлов в степени окисления +1 либо +2, т.е. формулы которых записываются либо как MeOH , либо как Me(OH)2. Однако существуют исключения. Так, гидроксиды Zn(OH)2, Be(OH)2, Pb(OH)2, Sn(OH)2 к основаниям не относятся.

2) К амфотерным гидроксидам относят гидроксиды металлов в степени окисления +3,+4, а также в качестве исключений гидроксиды Zn(OH)2, Be(OH)2, Pb(OH)2, Sn(OH)2. Гидроксиды металлов в степени окисления +4, в заданиях ЕГЭ не встречаются, поэтому рассмотрены не будут.

Химические свойства оснований

Все основания подразделяют на:

Напомним, что бериллий и магний к щелочноземельным металлам не относятся.

Помимо того, что щелочи растворимы в воде, они также очень хорошо диссоциируют в водных растворах, в то время как нерастворимые основания имеют низкую степень диссоциации.

Такое отличие в растворимости и способности к диссоциации у щелочей и нерастворимых гидроксидов приводит, в свою очередь, к заметным отличиям в их химических свойствах. Так, в частности, щелочи являются более химически активными соединениями и нередко способны вступать в те реакции, в которые не вступают нерастворимые основания.

Взаимодействие оснований с кислотами

Щелочи реагируют абсолютно со всеми кислотами, даже очень слабыми и нерастворимыми. Например:

Нерастворимые основания реагируют практически со всеми растворимыми кислотами, не реагируют с нерастворимой кремниевой кислотой:

Следует отметить, что как сильные, так и слабые основания с общей формулой вида Me(OH)2 могут образовывать основные соли при недостатке кислоты, например:

Взаимодействие с кислотными оксидами

Щелочи реагируют со всеми кислотными оксидами, при этом образуются соли и часто вода:

Нерастворимые основания способны реагировать со всеми высшими кислотными оксидами, соответствующими устойчивым кислотам, например, P2O5, SO3, N2O5, с образованием средних солей:

<.p>

Нерастворимые основания вида Me(OH)2 реагируют в присутствии воды с углекислым газом исключительно с образованием основных солей. Например:

Cu(OH)2 + CO2 = (CuOH)2CO3 + H2O

С диоксидом кремния, ввиду его исключительной инертности, реагируют только самые сильные основания — щелочи. При этом образуются нормальные соли. С нерастворимыми основаниями реакция не идет. Например:

Взаимодействие оснований с амфотерными оксидами и гидроксидами

Все щелочи реагируют с амфотерными оксидами и гидроксидами. Если реакцию проводят, сплавляя амфотерный оксид либо гидроксид с твердой щелочью, такая реакция приводит к образованию безводородных солей:

Если же используют водные растворы щелочей, то образуются гидроксокомплексные соли:

В случае алюминия при действии избытка концентрированной щелочи вместо соли Na[Al(OH)4] образуется соль Na3[Al(OH)6]:

Взаимодействие оснований с солями

Какое-либо основание реагирует с какой-либо солью только при соблюдении одновременно двух условий:

1) растворимость исходных соединений;

2) наличие осадка или газа среди продуктов реакции

Например:

Термическая устойчивость оснований

Все щелочи, кроме Ca(OH)2, устойчивы к нагреванию и плавятся без разложения.

Все нерастворимые основания, а также малорастворимый Ca(OH)2 при нагревании разлагаются. Наиболее высокая температура разложения у гидроксида кальция – около 1000oC:

Нерастворимые гидроксиды имеют намного более низкие температуры разложения. Так, например, гидроксид меди (II) разлагается уже при температуре выше 70 oC:

Химические свойства амфотерных гидроксидов

Взаимодействие амфотерных гидроксидов с кислотами

Амфотерные гидроксиды реагируют с кислотами:

Амфотерные гидроксиды металлов в степени окисления +3, т.е. вида Me(OH)3, не реагируют с такими кислотами, как H2S, H2SO3 и H2СO3 ввиду того, что соли, которые могли бы образоваться в результате таких реакций, подвержены необратимому гидролизу до исходного амфотерного гидроксида и соответствующей кислоты:

Взаимодействие амфотерных гидроксидов с кислотными оксидами

Амфотерные гидроксиды реагируют с высшими оксидами, которым соответствуют устойчивые кислоты (SO3, P2O5, N2O5):

Амфотерные гидроксиды металлов в степени окисления +3, т.е. вида Me(OH)3, не реагируют с кислотными оксидами SO2 и СO2.

Взаимодействие амфотерных гидроксидов с основаниями

Из оснований амфотерные гидроксиды реагируют только с щелочами. При этом, если используется водный раствор щелочи, то образуются гидроксокомплексные соли:

А при сплавлении амфотерных гидроксидов с твердыми щелочами получаются их безводные аналоги:

Взаимодействие амфотерных гидроксидов с основными оксидами

Амфотерные гидроксиды реагируют при сплавлении с оксидами щелочных и щелочноземельных металлов:

Термическое разложение амфотерных гидроксидов

Все амфотерные гидроксиды не растворимы в воде и, как любые нерастворимые гидроксиды, разлагаются при нагревании на соответствующий оксид и воду: