Как найти щелочь в уравнении

Основания в химии – совокупность соединений с характерной способностью к взаимодействию с кислотами, в результате которого происходит образование солей. Основания связаны с основными оксидами.

Определение. Структура и формула основания

Основания (основные гидроксиды) – соединения, образуемые связью между положительно заряженным ионом металла и высокореакционной гидроксильной группой – анионом OH-. В зависимости от валентности металла его ион может присоединять одну или несколько гидроксогрупп.

В составе основания катион металла и протон H+, входящий в гидроксогруппу, взаимно отталкиваются. Их удерживает притяжение к отрицательному иону кислорода O2-, причем протон расположен ближе и притягивается сильнее. Связь с металлом менее прочна, и ее величина определяется радиусом металлического иона.

Общий вид формулы основного гидроксида — MeOHn. Для определения величины n – количества гидроксогрупп, присоединяющихся к металлу, необходимо знать его степень окисления :

В качестве основания может рассматриваться гидрат аммиака () в водном растворе, в этом случае формула данного соединения записывается как NH4OH.

Номенклатура

Наименования оснований строятся по правилу: «гидроксид + название металла». Если степень окисления металла непостоянна, в названии указывается его валентность: гидроксид железа(III).

Некоторые основания имеют, помимо систематических, тривиальные (традиционные и технические) названия:

Классификация

Основания подразделяются по следующим признакам:

Растворимость в воде:

• растворимые – гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов, тяжелого металла таллия(I) TlOH, а также гидроксид аммония;
• нерастворимые.

Кислотность – количество n соединенных с металлом гидроксид-ионов OH-: одно-, двух-, трехкислотные.

Сила – способность к диссоциации, то есть отдаче гидроксид-ионов:

• сильные (все растворимые, за исключением гидроксида аммония, и малорастворимые гидроксиды щелочноземельных металлов кальция Ca(OH2) и стронция Sr(OH2);
• слабые (нерастворимые в воде основания и гидроксид аммония NH4OH).

Щелочи

К щелочам относят сильные основания, растворимые в воде. В отношении гидроксидов кальция и стронция понятие «щелочь» применяется к растворенной части:

Формула щелочи имеет вид ROH либо ROH2  в зависимости от степени окисления образующего ее металла R. Трехосновных щелочей не существует. В таблице представлены щелочи, образованные металлами разных групп периодической таблицы:

Чем больше радиус металлического катиона и чем меньше его заряд (степень окисления), тем слабее связь с гидроксогруппой OH- и, следовательно, тем сильнее основание. Наиболее сильные щелочи в химии – это гидроксиды цезия и радия: у этих металлов самые крупные ионы. Соответственно слабейшая из щелочей – гидроксид лития.

Свойства

В стандартных условиях основания – твердые вещества с кристаллическим строением, различных оттенков (чаще белые или бесцветные), без запаха. Едкие щелочи в твердом состоянии чрезвычайно гигроскопичны. Расплавы и растворы щелочей являются электролитами.

Водные растворы щелочей – мылкие жидкости, вызывающие изменение цвета индикаторов:

• лакмус: фиолетовый → синий;
• фенолфталеин: бесцветный → малиновый;
• метилоранж: оранжевый → желтый;
• универсальный: оранжевый → синий.

Концентрированные щелочные растворы опасны в обращении. При работе с ними необходимо использовать средства защиты и соблюдать технику безопасности. Едкие щелочи растворяются не только в воде, но также в метаноле и этаноле.

Химические свойства

1. В растворах и расплавах сильные основания диссоциируют:

Гидроксид аммония – неустойчивое соединение и самопроизвольно разлагается на аммиак и воду:

2. Взаимодействие с кислотами

Реакции нейтрализации между щелочью и кислотой, продуктами которых являются соль и вода:

Ионное уравнение: ; сокращенное .

Слабое основание не диссоциирует, поэтому для реакции

• Реакция протекает не до конца при избытке одного из реагентов:

– образуется основная соль сульфат гидроксомеди(II);

– образуется кислая соль дигидрофосфат натрия.

Если оба реагента слабые, реакция не идет.

3. Взаимодействие с оксидами и гидроксидами

• Между щелочью и кислотным оксидом с образованием соли и воды:

• Между щелочным расплавом и амфотерным оксидом либо гидроксидом:

• Между раствором щелочи и амфотерным оксидом (гидроксидом):

В реакциях этого типа образуется комплексная соль (здесь – гексагидроксоалюминат натрия).

Нерастворимые основания принадлежат к амфотерным гидроксидам: по отношению к сильным основаниям они обладают кислотными свойствами.

4. Между щелочью и растворимой солью протекает реакция обмена, если хотя бы один из продуктов выпадает в осадок:

Ионное уравнение: ; сокращенное – .

5. Участие в окислительно-восстановительных реакциях с металлами, не образующими основных оксидов (Be, Al, Zn, Sn), и с некоторыми неметаллами:

6. Разложение на оксид и воду при нагревании нерастворимых и малорастворимых оснований:

.

Легкорастворимые щелочи устойчивы к нагреванию, за исключением гидроксида лития.

Получение

Это интересно:

Масса молекул. Количество вещества и моль

О химических элементах и атомах

Применение

Физико-химические свойства оснований сделали их незаменимыми веществами во всех отраслях, использующих химические технологии:

• в добыче полезных ископаемых и металлургии;
• в производстве потребительских товаров, косметической, пищевой и фармацевтической продукции;
• в производстве красителей, бытовой химии и удобрений;
• в топливной и химической промышленности;
• в строительстве и многих других областях.

Наиболее широко применяются щелочи, но и нерастворимые основания используются в производстве полимеров, в очистных сооружениях, в медицине, в электротехнике.

Задания

1. Какое соединение в ряду KOH, Ra(OH2), BeO, P2O5, HBrO3, Al(OH3) является:

1. 1. амфотерным оксидом;
   2. едкой щелочью;
   3. кислотным оксидом;
   4. нерастворимым основанием;
   5. гидроксидом щелочноземельного металла?

2. Какое основание в каждой из пар является более сильным?

1. 1. Ca(OH)2 или Mg(OH)2;
   2. Ba(OH)2 или Ca(OH)2;
   3. Ra(OH)2 или CsOH;
   4. Sr(OH0)2 или Al(OH)3;
   5. KOH или LiOH.

3. Какие соединения образуются в результате реакции Zn(OH)2+H2SO4? Напишите ее молекулярное и ионное уравнения.

4. Какие соединения являются продуктом реакции между гидроксидом натрия и оксидом азота(V)? Напишите уравнения в молекулярной и ионной форме.

5. Какое основание можно получить, используя реакцию между гидроксидом калия и сульфатом магния? Запишите ее уравнения.

6. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций, позволяющих осуществить превращения .

Ответы



Содержание:

Основания, как и оксиды, кислоты и соли, относятся к сложным неорганическим веществам. Выясним, из каких частей состоит формула любого основания, воспользовавшись таким рядом формул:

Разделим формулы черточкой на две части, отделив символ металлического элемента от остальных символов, и напишем над металлом его валентность:

Общим для всех формул является наличие группы атомов  которая имеет название гидроксильная группа. В первой формуле она записана без скобок, а в остальных формулах заключена в скобки, после которых стоит соответствующий индекс.

Как вы уже знаете, понятие валентности распространяется на группы атомов, в частности на кислотные остатки. Имеет свою валентность и гидроксильная группа  Она одновалентна. Обратите внимание на валентность металла в приведенных формулах, и станет понятно, что наличие индексов связано с валентностью металла. Действительно, одновалентный калий соединен с одной гидроксильной группой, двухвалентные кальций и барий — с двумя, а трехвалентный алюминий — с тремя. Поэтому, чтобы соблюдать правило относительно одинаковой суммы единиц валентностей обеих частей формулы сложного вещества, и ставят соответствующие индексы.

Теперь можем сформулировать определение оснований:

Основания — это сложные вещества, образованные металлическим элементом и гидроксильными группами.

Запишем формулу оснований в общем виде:

Следует отметить, что основания, как и соли,— вещества не молекулярного, а ионного строения, поэтому их формулы отображают соотношения ионов металла  и ионов гидроксильной группы  в веществе.

Номенклатура оснований

По современной номенклатуре название оснований состоит из двух слов: слова гидроксид и названия металлического элемента, например:  — гидроксид калия. Если металл проявляет переменную валентность, ее указывают в круглых скобках после названия металла без интервала:  — гидроксид хрома

У некоторых оснований сохранились также исторические названия:  — едкое кали,  — едкий натр.

Составление формул оснований и определение валентности металла в формуле основания. Рассмотрим на примерах, как составлять формулы оснований и определять валентность металла по формуле основания.

Пример:

Составить формулу гидроксида магния.

Решение

Исходя из определения оснований, первым записываем символ металла, а после него — гидроксильную группу  Магний проявляет постоянную валентность 2. Поэтому и гидроксильных групп в формуле этого основания будет две.

Ответ: формула основания —

Пример 2. Определить валентность меди в формулах оснований 

Решение

Известно, что в формуле основания валентность металла совпадает с количеством гидроксильных групп. Первая формула содержит одну гидроксильную группу, вторая — две. Поэтому в первой формуле медь одновалентна, а во второй — двухвалентна.

Ответ: 

Физические свойства и классификация оснований

Основания — твердые вещества, преимущественно белого цвета, хотя встречаются и других цветов. Например, гидроксид меди — голубой, гидроксид железа — коричневый.

По способности растворяться в воде основания, как и соли, бывают растворимые, малорастворимые и нерастворимые. Преобладают нерастворимые. Среди хорошо растворимых — гидроксид натрия, гидроксид калия. Их растворы мылкие на ощупь.

Растворимые в воде основания получили название щелочи. По таблице растворимости солей, оснований и кислот можно узнать, к какой группе по способности растворяться в воде принадлежит то или иное основание.

Итак, по физической характеристике — способности растворяться в воде — основания разделяют на растворимые, или щелочи, и нерастворимые.

Существует еще одна классификация оснований — по химическим свойствам. Согласно ей их разделяют на типичные основания и амфотерные гидроксиды. Но об этом речь пойдет позже.

Основания, хорошо растворимые в воде,— тугоплавкие вещества. Основания, нерастворимые в воде, при нагревании разлагаются с выделением воды и образованием оксида.

Итоги:

• Основания — сложные вещества немолекулярного строения, химическая формула которых состоит из одного атома металла и одной или нескольких гидроксильных групп.
• Число одновалентных гидроксильных групп в формуле основания равно валентности металла, поэтому в общем виде формула оснований имеет вид 
• Современное название основания состоит из слова гидроксид с добавлением к нему названия металла. Если металл проявляет переменную валентность, то ее указывают после названия металла в скобках.
• При обычных условиях основания находятся в твердом состоянии, часть из них хорошо растворяется в воде. Растворенные в воде основания называются щелочами.

Что такое основания

Известь — соединение, известное человеку давно. Смесь извести с водой нередко используют и в настоящее время в строительстве. Такой смесью белят стволы и ветки деревьев, защищая их от вредителей, а зимой — от солнечных ожогов. Известь (точнее — гашеная известь) принадлежит к классу оснований.

Каждое основание образовано тремя элементами. Из них два элемента «обязательные» — Оксиген и Гидроген, а третьим является металлический элемент.

Основание — соединение, которое состоит из катионов металлического элемента и гидроксид-анионов

Название иона происходит от названий элементов Гидрогена и Оксигена. Объяснить, почему его заряд равен — 1, можно так. Представим себе, что ион образуется в результате соединения ионов и сложим заряды этих частиц:

Формулы оснований

Выведем общую химическую формулу соединений этого класса. Вы знаете, что любое вещество электронейтрально. Поэтому в основании на каждый ион металлического элемента с зарядом +n должно приходиться n ионов . Следовательно, общая формула оснований —

Примеры химических формул оснований:

Основания — ионные соединения. Поэтому для них не составляют графические формулы.

Названия оснований

Химические названия оснований состоят из двух слов. Первым словом является название элемента, а вторым — «гидроксид». Например, соединение с формулой называют «натрий гидроксид», а основание — «магний гидроксид» . Склоняется лишь второе слово названия: натрий гидроксида, магний гидроксидом.

Основание основный оксид. Каждому основанию соответствует определенный оксид:

Заряд иона металлического элемента в основании и оксиде один и тот же.

Оксиды, которые отвечают основаниям, называют основными.

В отличие от оксидов, оснований в природе нет.

Выводы:

Основания — соединения, которые содержат катионы металлических элементов и гидроксид-анионы Общая формула оснований —

Химическое название основания состоит из названия металлического элемента и слова «гидроксид».

Каждому основанию соответствует оксид; его называют основным оксидом. Заряд иона металлического элемента в этих соединениях один и тот же.

Свойства и применение оснований

Физические свойства оснований:

Вам известно, что каждое основание состоит из положительно заряженных ионов металлического элемента и отрицательно заряженных гидроксид-ионов . Основания, как и ионные оксиды, в обычных условиях являются твердыми веществами. Они должны иметь высокие температуры плавления. Но при умеренном нагревании почти все основания разлагаются (на соответствующий оксид и воду). Расплавить удается только гидроксиды Натрия и Калия (температуры плавления соединений составляют соответственно 322 и 405 °С).

Большинство оснований не растворяются в воде (рис. 20). Малорастворимыми являются гидроксиды а хорошо растворимыми — основания, образованные щелочными элементами и соединение
> > >

Водорастворимые основания называют щелочами*.

* — К щелочам часто относят соединения

Сведения о растворимости оснований в воде можно найти в таблице, размещенной на форзаце 2 учебника. Ее называют таблицей растворимости. Приводим соответствующий фрагмент этой таблицы:

Растворимость некоторых оснований в воде при температуре 20—25 °С

Буквой «р» обозначены растворимые основания (щелочи), «м» —малорастворимые, «н>> — нерастворимые. Прочерк «— » означает, что такого основания не существует.

Щелочи и их растворы мылки на ощупь, разъедают многие материалы, вызывают серьезные ожоги кожи, слизистых оболочек, сильно поражают глаза (рис. 21). Поэтому натрий гидроксид в прошлом получил название «едкий натр», а калий гидроксид — «едкое кали ».

Работая со щелочами и их растворами, будьте особенно осторожны. Если раствор щелочи попал на руку, немедленно смойте его большим количеством проточной воды и обратитесь за помощью к учителю или лаборанту. Вы получите у них разбавленный раствор определенного вещества (например, уксусной кислоты), которым нужно обработать кожу для удаления остатков щелочи. После этого руку тщательно промойте водой.

Химические свойства оснований:

Возможность протекания многих реакций с участием оснований зависит от растворимости этих соединений в воде. Щелочи в химических превращениях значительно более активны, чем нерастворимые основания, которые, например, с солями и некоторыми кислотами не реагируют.

Действие на индикаторы:

Растворы щелочей способны изменять окраску особых веществ — индикаторов*. Эти вещества были обнаружены в некоторых плодах и цветах. В настоящее время используют индикаторы, которые производят на химических заводах. Они более эффективны, чем природные, и лучше сохраняются.

К важнейшим индикаторам относятся лакмус, фенолфталеин, метиловый оранжевый (сокращенное название — метилоранж), а также универсальный индикатор. Последний является смесью нескольких веществ. Эта смесь, в отличие от отдельных веществ-индикаторов, изменяет цвет не только в присутствии щелочи, но и в зависимости от ее количества в растворе.

В химических лабораториях применяют водные растворы метилоранжа и лакмуса, водно-спиртовый раствор фенолфталеина. Очень удобна в использовании так называемая индикаторная бумага. Это — специальная бумага, пропитанная раствором индикатора, а затем высушенная и нарезанная маленькими полосками (рис. 22). Существует также индикаторная бумага, пропитанная раствором лакмуса или фенолфталеина.

Изменение окраски индикатора (рис. 23) является следствием его реакции со щелочью.

* —  Термин происходит от латинского слова indico — указываю, определяю.

Уравнения таких реакций не приводим, поскольку формулы индикаторов и продуктов их химических превращений довольно сложные.

Нерастворимые основания на индикаторы не действуют.

Реакции с кислотными оксидами

Растворимые и нерастворимые основания взаимодействуют с соединениями противоположного характера, т. е. имеющими кислотные свойства. Среди этих соединений — кислотные оксиды. Соответствующие реакции были рассмотрены в предыдущем параграфе. Приводим дополнительные примеры:

Реакции с кислотами

При взаимодействии основания с кислотой вещества обмениваются своими составными частями:

Это — реакция обмена.

Выяснить, осталась ли щелочь после добавления определенной порции кислоты, можно, добавив к жидкости 1 — 2 капли раствора фенолфталеина. Если малиновый цвет не появился, то щелочь полностью прореагировала с кислотой.

Пример реакции нерастворимого основания с кислотой:

Реакцию между основанием и кислотой называют реакцией нейтрализации.

Выяснить, осталась ли щелочь после добавления определенной порции кислоты, можно, добавив к жидкости 1 — 2 капли раствора фенолфталеина. Если малиновый цвет не появился, то щелочь полностью прореагировала с кислотой.

Пример реакции нерастворимого основания с кислотой:

Мп(ОН)2 + 2HN03 = Mn(N03)2 + 2Н20.

Реакцию между основанием и кислотой называют реакцией нейтрализации.

Реакции щелочей с солями

Это — реакции обмена. Они происходят в растворе, причем исходная соль должна быть растворимой, а новое основание или новая соль — нерастворимыми.

Выясним возможность реакции между натрий гидроксидом и манган(II) нитратом:

Воспользуемся таблицей растворимости (приводим ее фрагмент):

Как видим, соль растворяется в воде. Чтобы реакция произошла, исходные вещества — щелочь  и соль — должны обменяться своими ионами с образованием нерастворимого соединения. По таблице определяем, что этим соединением является новое основание а новая соль растворяется в воде. Значит, реакция между натрий гидроксидом и манган(II) нитратом возможна:

Термическое разложение

Почти все основания (кроме гидроксидов Натрия и Калия) при нагревании разлагаются на соответствующий оксид и воду (водяной пар):

Взрослым известна жидкость под названием «нашатырный спирт». Это — водный раствор газа аммиака его используют как лечебное средство. В нашатырном спирте содержится необычное по своему составу основание. Его формула — а химическое название — аммоний гидроксид. Соединение образуется в результате реакции

в которую вступает небольшая часть растворенного аммиака, и одновременно разлагается на исходные вещества. На это указывает знак в химическом уравнении.

Аммоний гидроксид подобно щелочам (NaOH, КОН и др.) изменяет окраску индикаторов, взаимодействует с кислотными оксидами, кислотами, солями:

Изложенный материал обобщен в схеме 2.

Применение оснований

Широкое применение среди оснований получили щелочи, прежде всего гидроксиды Кальция и Натрия.

Вам известно, что вещество, называемое гашеной известью, является кальций гидроксидом Гашеную известь используют как связующий материал в строительстве. Ее смешивают с песком и водой. Полученную смесь наносят на кирпич, штукатурят ею стены. В результате реакций основания с углекислым газом и силиций(IV) оксидом смесь затвердевает. Кальций гидроксид также применяют в сахарной промышленности, сельском хозяйстве, при изготовлении зубных паст, получении многих важных веществ.

Натрий гидроксид используют при производстве мыла (осуществляют реакции щелочи с жирами), лекарств, в кожевенной промышленности, для очистки нефти и т. д.

Выводы:

Основания — твердые вещества ионного строения. Большинство оснований не растворяется в воде. Водорастворимые основания называют щелочами. Щелочи изменяют окраску особых веществ — индикаторов.

Основания взаимодействуют с кислотными оксидами и кислотами с образованием солей и воды. Щелочи реагируют и с солями; продукты каждой реакции — другие основание и соль. Нерастворимые основания разлагаются при нагревании на соответствующие оксиды и воду.

Реакцию между основанием и кислотой называют реакцией нейтрализации. На практике используют преимущественно гидроксиды Кальция и Натрия.

Способы получения оснований и амфотерных гидроксидов

Получение щелочей: один из способов получения щелочей основан на реакции металла с водой (рис. 40). Кроме щелочи, образуется водород:

Второй способ получения щелочей — взаимодействие основного оксида с водой:

Таким способом получают гашеную известь на заводах и непосредственно перед использованием этого вещества для строительных работ, побелки стволов деревьев:

Щелочь можно получить и с помощью реакции обмена между растворимой солью и другой щелочью (в растворе). Исходные соединения подбирают так, чтобы образовалась нерастворимая соль:

Гидроксиды Натрия и Калия производят в промышленности действием постоянного электрического тока на водные растворы хлоридов:

Этот процесс называют электролизом.

Получение нерастворимых оснований

Нерастворимое основание можно получить только с помощью реакции обмена между солью и щелочью в растворе. Поскольку основание будет выпадать в осадок, то образующаяся соль должна быть растворимой в воде (два нерастворимых соединения разделить невозможно):

Малорастворимый магний гидроксид может быть не только продуктом реакции обмена. Это соединение, как и щелочи, образуется при взаимодействии металла или оксида с водой. Правда, эти реакции происходят медленно, а первая — только при нагревании:

Изложенное обобщает схема 7.

Схема 7. Получение оснований

Получение амфотерных гидроксидов

Ввиду того что амфотерный гидроксид проявляет свойства основания и кислоты, его можно получить с помощью реакций обмена и как основание

и как кислоту

Эти превращения происходят потому, что все амфотерные гидроксиды нерастворимы в воде.

Щелочь или кислоту нельзя брать в избытке, поскольку амфотерный гидроксид реагирует с обоими соединениями. Например, при взаимодействии натрий цинка с избытком сульфатной кислоты вместо цинк гидроксида образуется цинк сульфат:

Некоторые амфотерные гидроксиды можно получить реакцией обмена между двумя солями в растворе, если одна из солей — продуктов реакции — разлагается водой (такие сведения имеются в таблице растворимости):

Выводы:

Щелочи получают взаимодействием соответствующих металлов или оксидов с водой.

Общий метод получения растворимых и нерастворимых оснований, а также амфотерных гидроксидов основан на реакции обмена между щелочью и солью в растворе. Амфотерные гидроксиды, кроме того, получают взаимодействием соответствующих солей с кислотами.

Химические свойства оснований

О действии растворов оснований на индикаторы, взаимодействие оснований с кислотными оксидами и кислотами вы узнали ранее. Вспомним соответствующие реакции.

Действие оснований на индикаторы

(Это свойство имеют лишь основания, растворимые в воде, то есть щелочи.) В растворе щелочей лакмус приобретает синий цвет, метиловый оранжевый — желтый, а фенолфталеин — малиновый. Универсальный индикатор в разбавленном растворе щелочи имеет зеленую окраску, в концентрированном — синюю и сине-фиолетовую.

Взаимодействие с кислотными оксидами

Щелочи взаимодействуют с кислотными оксидами, образовывая соль кислоты, которой отвечает взятый для реакции оксид, и воду:

Взаимодействие с кислотами (реакция нейтрализации)

Щелочи (уравнение а) и нерастворимые основания (уравнение б) взаимодействуют с кислотами, образуя соль и воду:

Следующие два свойства оснований вам еще неизвестны, поэтому для их изучения проведем химический эксперимент.

Взаимодействие щелочей с растворами солей

(Реакция происходит в том случае, если по крайней мере один из продуктов реакции выпадает в осадок или выделяется в виде газа.)

Опыт 1. Нальем в сосуд раствор сульфата железа и прибавим к нему раствор гидроксида натрия. Сразу же происходит взаимодействие веществ, о чем свидетельствует образование коричнево-красного осадка:

Отношение оснований к нагреванию

Щелочи устойчивы к нагреванию. Нерастворимые основания при нагревании разлагаются на оксид металла и воду.

Опыт 2. Сухую пробирку на 1/4 наполним гидроксидом меди закрепим ее в держателе и нагреем. Наблюдаем, как голубой цвет (цвет гидроксида меди изменится на черный (цвет оксида меди а вблизи отверстия пробирки появятся капельки воды: 

В том, что одним из продуктов этой реакции будет вода, можно удостовериться, подержав холодный предмет (например, стеклянную пластину) около отверстия пробирки.

Чтобы закрепить знания о химических свойствах оснований, выполните лабораторные опыты 3, 4, 5, 6. Прежде чем приступить к их выполнению, ознакомьтесь с мерами предосторожности во время работы со щелочами и неуклонно выполняйте их.

Меры предосторожности во время работы со щелочами:

Твердые щелочи и их растворы разъедают ткань, бумагу, вызывают ожоги кожи, глаз, что очень опасно. Поэтому обращаться с ними нужно осторожно: гранулу щелочи (вспомните, что это твердые вещества) ни в коем случае не брать руками; не разливать растворы; следить, чтобы раствор не попадал на открытые участки кожи, в глаза, на одежду, парту, книги, тетради. Вам понадобятся защитная одежда (халат, передник) и защитные очки. Посуду с раствором щелочи следует держать закрытой, чтобы она не реагировала с углекислым газом воздуха.

Если вы разлили щелочь, сразу нейтрализуйте ее уксусом. Участок кожи, на который попала щелочь, быстро промойте большим количеством воды. Если щелочь попала в глаза, немедленно промойте их медицинским раствором борной кислоты.

Итоги:

•  Щелочи в химическом отношении более активны, чем нерастворимые основания, и имеют такие типичные свойства:

• Типичными химическими свойствами нерастворимых оснований является взаимодействие с кислотами и разложение при нагревании:

• Реакция нейтрализации свойственна и щелочам, и нерастворимым основаниям.
• Взаимодействие щелочи с раствором соли происходит, если среди продуктов реакции есть нерастворимые вещества.

«Для того, чтобы спаять две железные части какого-либо предмета, необходимо поверхность металла тщательным образом очистить от ржавчины, в состав которой входит гидроксид железа (этот процесс имеет еще название «травление»). Чаще всего для этого используют соляную кислоту: 

Чтобы во время травления с кислотой взаимодействовала только ржавчина, а не железо, из которого изготовлен предмет, в травильный раствор добавляют ингибиторы — вещества, которые действуют противоположно катализаторам. Они замедляют реакции, а то и совсем их прекращают. Ингибитором реакции между железом и соляной кислотой является органическое вещество уротропин.

Если вы хотя бы раз пользовались горючим под названием «сухой спирт», то имели дело со смесью уротропина с небольшим количеством парафина. Это горючее удобно тем, что быстро зажигается, легко гаснет и почти не оставляет пепла.

Понятие об амфотерных гидроксидах

Щелочи и большинство нерастворимых оснований взаимодействуют с кислотами и не взаимодействуют с представителями своего класса. Кислоты взаимодействуют с основаниями и не взаимодействуют с другими кислотами. Проверив экспериментально, с какими веществами данное вещество взаимодействует, а с какими — нет, можно сказать: к классу оснований или к классу кислот оно относится. Это общее правило. Однако оно имеет исключение, понять которое нам помогут опыты с гидроксидом цинка.

По способности растворяться в воде это вещество принадлежит к нерастворимым основаниям. Единственным способом получения нерастворимых оснований является взаимодействие растворимой соли соответствующего металла с раствором щелочи. Одним из продуктов этого взаимодействия будет нерастворимое основание.

Опыт 1. Нальем в колбу раствор сульфата цинка и добавим к нему небольшими порциями раствор гидроксида натрия, пока в колбе не образуется белый осадок (рис. 13):

Образовавшийся осадок разделим, поместим в 2 колбы и проведем следующие опыты.

Опыт 2. В первую колбу с гидроксидом цинка добавим соляной кислоты. Осадок сразу исчезает, что является признаком химического явления: 

Обратимся к таблице растворимости и увидим, что образовавшаяся соль хлорид цинка — растворимое в воде соединение.

Произошла реакция нейтрализации, в которой гидроксид цинка проявил свойства основания.

Опыт 3. Во вторую колбу с гидроксидом цинка добавим раствор гидроксида натрия. Наблюдение показывает, что, как и в опыте с соляной кислотой, осадок исчез. Следовательно, осадок прореагировал с избытком щелочи (в опыте 1 мы прекратили доливать раствор щелочи, как только образовался осадок. При избыточном добавлении щелочи мы успели бы лишь визуально зафиксировать появление и исчезновение осадка).

Запишем уравнение проведенной реакции:

Образовалась соль натрия, в которой вместо привычного кислотного остатка есть остаток, содержащий один атом цинка и четыре (тетра — четыре) гидроксильные группы. Остаток такого вида записывают в квадратных скобках.

В этой реакции гидроксид цинка сыграл роль кислоты, потому что металлический элемент цинк после реакции вошел в состав кислотного остатка.

Гидроксиды, которые образуют соль при взаимодействии как с кислотой, так и со щелочью, называют амфотерными гидроксидами.

Повторите материал об амфотерных оксидах (§ 13) и составьте формулы амфотерных гидроксидов, которые им отвечают.

Амфотерные гидроксиды реагируют со щелочами не только в растворе, но и в расплаве:

Образовавшаяся соль имеет двухвалентный кислотный остаток  Наличие в нем цинка доказывает, что при сплавлении со щелочью гидроксид цинка проявил свойства кислоты.

Проведенные опыты свидетельствуют, что разделение сложных неорганических веществ на оксиды, кислоты, основания и

соли не лишено исключений. Бывают вещества со смешанными свойствами, например амфотерные гидроксиды.

Применение оснований:

Представители этого класса неорганических веществ в природе отсутствуют. Но потребность в них существует, поэтому их получают специально. Наибольшее практическое значение имеют щелочи гидроксид натрия и гидроксид калия. Применение этих и некоторых других оснований показано на рисунке 14.

Итоги:

Получение оснований

Растворимые основания (щелочи) получают взаимодействием металла или его оксида с водой.

1. Взаимодействие активных металлов с водой приводит к образованию щелочей и выделению водорода:

(К какому типу относятся эти реакции?)

2. Взаимодействие оксидов активных металлов с водой завершается образованием растворимого в воде гидроксида — щелочи:

(Какой это тип реакции?)

3. В промышленности щелочи получают электролизом водных растворов бескислородных кислот. Этот способ вы будете изучать в следующем классе.

4. Нерастворимые основания получают действием раствора щелочи на растворимую соль соответствующего металла:

Классификация, номенклатура и получение оснований

Поместите в керамический тигель немного карбоната кальция (известняка) и в течение 10 минут раскалите на огне спиртовки.
После того как тигель остынет, влейте поверх него немного дистиллированной воды, Затем помешивайте стеклянной палочкой и проверьте красной лакмусовой бумагой. Что вы наблюдаете? Обсудите свои соображения с товарищами. Запишите уравнения реакций.

Сложные вещества, в составе которых содержатся одна или несколько гидроксильных групп (ОН), соединенных с атомами металлов, называются основаниями. Основания обозначаются общей формулой Me(OH)_n

Гидроксильная группа ОН всегда одновалентна. Число гидроксильных групп соответствует валентности металла.

Классификация:

Основания классифицируются по своей растворимости в воде и кислотности.

Растворимые в воде основания называют щелочами. Кроме Li, Na, К, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba, гидроксиды других металлов не растворяются или очень мало растворяются в воде. Часть нерастворимых в воде оснований обладает амфотерными (двойственными) свойствами.

Основания, вступающие в реакцию как с кислотами, так и с щелочами, образуя соль и воду, называются амфотерными основаниями: Zn (ОН)₂, Be (OH)₂, Al (OH)₃, Fe (OH)₃.

Число гидроксильных групп в составе оснований определяет их кислотность.

Номенклатура:

При наименовании оснований по международной номенклатуре, если металл, образующий основание, имеет постоянную валентность, то вначале указывается слово «гидроксид», а затем название металла. Если же металл обладает переменной валентностью, то после слова «гидроксид» и названия металла валентность отмечают римскими цифрами в скобках.

Графические формулы оснований:

Получение растворимых в воде оснований

Получение в лабораторных условиях.
При взаимодействии активных металлов (щелочных металлов Li, Na, К, Rh, Cs и щелочноземельных металлов Ca, Sr, Ba) с водой. Эти реакции протекают в обычных условиях.

металл + вода → щелочь + H2 ↑

2Li + 2HОH → 2LiOH + H2 ↑

При взаимодействии в обычных условиях гидридов щелочных (NaH₃ КН) и щелочноземельных металлов(CaH₂, BaH₂) с водой.
гидрид металла + вода → щелочь + H2↑

NaH + H₂O → NaOH + H₂↑
CaH₂ + 2H₂O → Ca(OH) ₂ + 2H₂

При взаимодействии оксидов щелочных и щелочноземельных металлов с водой.
оксид металла + вода → щелочь

Na₂O + H₂O → 2NaOH  

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

Получение нерастворимых в воде оснований

При добавлении в раствор растворимой соли среднеактивных и пассивных металлов щелочи. Получение растворимых в воде оснований этим методом возможно в том случае, если в результате реакции получится нерастворимая соль.

FeCh + ЗКОН → Fe(OH)₃↓ + 3 KCl
Na₂SO₄ + Ba(OH)₂ → BaSO₄↓ + 2NaOH

Получение в промышленности

Путем воздействия постоянного электрического тока на водные растворы хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов.
2NaCl + 2H₂OH₂↑ +Cl₂ ↑ +2NaOH

Физические и химические свойства оснований

Определите основания по цвету раствора и осадка в пробирке. Какие физические и химические свойства имеют основания?

Физические свойства: В обычных условиях щелочи это растворимые в воде твердые вещества белого цвета. Некоторые нерастворимые в воде основания имеют другие цвета. Cu(OH)₂ голубого, CuOH желтого, Fe(OH)₃ бурого, Fe(ОН)₂ зеленовато-бурого, Сг(ОН)₃ серовато-зеленого цвета.

Все щелочи бывают скользкие как мыло. При растворении в воде они образуют бесцветный раствор.

На рисунке показывается, как меняется цвет индикаторов под действием щелочей. Нерастворимые в воде основания не меняют окраску индикаторов.

Слово «индико» в переводе с латинского означает «показываю», «определяю». Индикаторы это сложные органические соединения. Для определения щелочей (а также кислот) используют такие индикаторы, как лакмус, фенолфталеин и метилоранж.

Химические свойства: Взаимодействие оснований с кислотами (реакция нейтрализации). Для всех оснований характерным химическим свойством является их взаимодействие с кислотами. При взаимодействии кислот с основаниями образуются соль и вода.

Cu(OH)₂ + 2HNO₃ → Cu(NO₃)₂ +2H₂O

Нальем в химический стакан (или колбу) на 1/4 раствора гидроксида натрия и добавим к нему 1 2 капли лакмуса. Затем к полученному раствору будем прикатывать раствор соляной кислоты. Понаблюдайте, как меняется цвет. Запишите уравнение реакции.

Взаимодействие щелочей с амфотерными металлами. Из металлов щелочи взаимодействуют только с амфотерными металлами (Be, Zn, Al), при этом образуется соль и выделяется водород.

Zn+ 2NaOH Na₂ZnO₂ + H₂ ↑
2Al + 2NaOH + 2H₂O2NaAlO₂+3H₂ ↑

Взаимодействие щелочей с неметаллами. Щелочи взаимодействуют с целым рядом неметаллов (CL, Br₂), образуя соль и воду. Лишь при взаимодействии с кремнием выделяется водород.
Si+ 2NaOH +H₂ONa₂SiO₃+ 2H₂ ↑

Щелочам и нерастворимым в воде основаниям присущи и отличающие их друг от друга химические свойства.

Взаимодействие щелочей с кислотными оксидами. Щелочи вступают в реакцию с кислотными оксидами, а нерастворимые в воде основания не вступают в такую реакцию. 1 моль таких кислотных оксидов, как CO₂, S0₂, SO₂, вступает в реакцию соединения с 1 молем однокислотной щелочи.
CO₂+NaOH → NaHCO₃

Хранить щелочи в открытой посуде нельзя. Потому что при вступлении в реакцию с углекислым газам воздуха образуются соответствующие карбонаты.

В этих реакциях даже в том случае, если кислотного оксида берется в избытке, реакция соединения всё равно происходит. При избытке щелочи, например, в соотношении молей 1:2, получится нормальная соль и вода.

CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ +H₂O

Такие кислотные оксиды, как CO₂, SO₂, SO₂, в зависимости от мольного соотношения, вступают в различные реакции с двухкислотными щелочами, при этом получаются различные продукты.

CO₂ + Ca(OH)₂ → СаСО₃↓ + H₂O 2CO₂ + Ca(OH)₂ → Ca(HCO₃)₂

Из кислотных оксидов NO₂ при взаимодействии с щелочами образует две различные соли.
2NO₂ + 2NaOH → NaNO₃ + NaNO₂ +H₂O

Взаимодействие щелочей с амфотерными оксидами и гидроксидами. Щелочи также взаимодействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами, образуя соль и воду.

Разложение оснований. В то время как щелочи не разлагаются, нерастворимые в воде основания при нагревании разлагаются. Самыми неустойчивыми основаниями являются гидроксиды серебра и ртути. Они подвергаются разложению при комнатной температуре.
Hg(OH)₂ → HgO+ H₂O

Задача:

При размешивании растворов, как показано на рисунке, то в I сосуде красный цвет лакмуса превратится в голубой, а во II сосуде голубой цвет превратится в красный. На основе этих данных определите, какое из веществ X, Y, Z является кислотой, а какие основанием?

Решение: Если в I сосуде красный цвет лакмуса превращается в голубой, то Х→кислота, a Y→ щелочь.
А во II сосуде голубой цвет лакмуса превращается в красный, значит, Z→ щелочь, a X→ кислота.
Ответ: E

Задача:

Какие выражения верные, если в результате реакции получается нерастворимая в воде соль?
1)    Формула полученной соли: Y_xA_b
2)    Получится х+b моль Н₂О
3)    xb
4)    Продукты реакции проводят электрический ток
5)    Полученный в реакции v (H₂O)=x=b

Решение: H_xA + Y(OH)_b→ Y_xA_b+ xH₂O (или b H₂O).
Ответ: 1:5. Согласно условиям, поскольку соль Y_xA_b нерастворимая в воде соль, то она не проводит электрический ток.

Задача:

Что можно определить на основе таблицы?
1)    Массу оксида
2)    Ar (X)
3)    Степень окисления X в оксиде.

Решение:

m(ХО) = 4+1,6 = 5,6г;  

Ответ: 1,2,3

Задача:

1		2
A) х1х2х3		z1z2z3
В) х3х2х1		z1z2z3
С) х1х2х3		z3z2z1
D) x2x1x3		z2z1z3
Е) х3х2х1		z3z2z1

Если y₃y₂y₁, то определите отношения между x₁x₂χ₃ и z₁z₂z₃.

Решение:

Ответ: E x₃x₂x₁        z₃z₂z₁