Підстави їх властивості та отримання. Особливі властивості основ

Підстави є складними сполуками, що включають два основні структурні компоненти:

1. Гідроксогрупа (одна або кілька). Звідси, до речі, і друга назва цих речовин – «гідроксиди».
2. Атом металу чи іон амонію (NH4+).

Назва основ походить з об'єднання найменувань обох його компонентів: наприклад, гідроксид кальцію, гідроксид міді, гідроксид срібла і т.д.

Єдиним винятком із загального правила утворення основ слід вважати коли гідроксогрупа приєднується не до металу, а до катіону амонію (NH4+). Ця речовина утворюється у тому випадку, коли відбувається розчинення у воді аміаку.

Якщо говорити про властивості основ, то відразу слід зазначити, що валентність гідроксогрупи дорівнює одиниці, відповідно, кількість цих груп в молекулі безпосередньо залежатиме від того, якою валентністю мають метали, що вступають в реакцію. Прикладами в цьому випадку можуть бути формули таких речовин, як NaOH, Al(OH)3, Ca(OH)2.

Хімічні властивості основ проявляються в їх реакціях з кислотами, солями, іншими основами, а також у їхній дії на індикатори. Зокрема, луги можна визначити, якщо впливати їх розчином певний індикатор. У цьому випадку він помітно поміняє своє забарвлення: наприклад, з білого стане синім, а фенолфталеїн - малиновим.

Хімічні властивості основ, виявляючись у взаємодії з кислотами, призводять до знаменитим реакцій нейтралізації. Суть такої реакції в тому, що атоми металу, приєднуючись до кислотного залишку, утворюють сіль, а гідроксогрупа та іон водню, з'єднуючись, перетворюються на воду. Реакцією нейтралізації ця реакція називається тому, що після неї не залишається ні лугу, ні кислоти.

Характерні хімічні властивості основ виявляються й у реакції з солями. При цьому варто відзначити, що з розчинними солями реакцію вступають тільки луги. Особливості будови цих речовин призводять до того, що в результаті реакції утворюється нова сіль і нова, найчастіше нерозчинна, основа.

Нарешті, хімічні властивості основ чудово проявляють себе під час термічного на них - нагрівання. Тут, здійснюючи ті чи інші досліди, варто мати на увазі, що практично всі підстави, за винятком лугів, при нагріванні поводяться вкрай нестійко. Переважна більшість майже миттєво розпадається на відповідний оксид і воду. А якщо взяти підстави таких металів, як срібло та ртуть, то в нормальних умовах вони не можуть бути отримані, оскільки починають розпадатися вже за кімнатної температури.

ВИЗНАЧЕННЯ

Гідроксидаминазиваються складні речовини, до складу яких входять атоми металів, з'єднані з однією або декількома гідроксогруп.

Більшість основ – тверді речовини з різною розчинністю у воді. Гідроксид міді (II) блакитного кольору (рис. 1), гідроксид заліза (III) бурого, більшість інших білих кольорів.

Мал. 1. Гідроксид міді (ІІ). Зовнішній вигляд.

Одержання гідроксидів

Розчинні основи (луги) в лабораторії можна отримати при взаємодії активних металів та їх оксидів з водою:

CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 .

Луги гідроксид натрію та гідроксид кальцію отримують електролізом водних розчинів хлориду натрію та хлориду калію.

Нерозчинні у воді основи одержують за реакцією солей з лугами у водних розчинах:

FeCl 3 + 3NaOH aq = Fe(OH) 3 ↓ + 3NaCl.

Хімічні властивості гідроксидів

Розчинні та нерозчинні основи мають загальні властивості: вони реагують з кислотами з утворенням солей та води (реакція нейтралізації):

NaOH + HCl = NaCl + H 2 O;

Cu(OH) 2 + 2HCl = CuCl 2 + H 2 O.

Розчини лугів змінюють колір деяких речовин - лакмусу, фенолфталеїну та метилового помаранчевого, званих індикаторами (табл. 1).

Таблиця 1. Зміна кольору індикаторів під впливом розчинів кислот та основ.

Крім загальної властивості, луги і нерозчинні у воді основи мають також специфічні. Наприклад, при нагріванні блакитного осаду гідроксиду міді (II) утворюється речовина чорного кольору - це оксид міді (II):

Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O.

Луги, на відміну нерозчинних основ, при нагріванні зазвичай не розкладаються. Їхні розчини діють на індикатори, роз'їдають органічні речовини, реагують з розчинами солей (якщо до їх складу входить метал, здатний утворити нерозчинну основу) та кислотними оксидами:

Fe 2 (SO 4) 3 + 6KOH = 2Fe(OH) 3 ↓ + 3K 2 SO 4 ;

2KOH + CO2 = K2CO3+H2O.

Застосування гідроксидів

Гідроксиди знаходять широке застосування у промисловості та побуті. Наприклад, велике значення має гідроксид кальцію. Це білий пухкий порошок. При змішуванні його з водою утворюється так зване вапняне молоко. Так як гідроксид кальцію трохи розчиняється у воді, то після фільтрування вапняного молока виходить прозорий розчин - вапняна вода, яка каламутніє при пропусканні через неї діоксиду вуглецю. Гашене вапно застосовують для приготування бордоської суміші-засоби боротьби з хворобами та шкідниками рослин. Вапняне молоко широко використовують у хімічній промисловості, наприклад при виробництві цукру, соди та інших речовин.

Гідроксид натрію застосовують для очищення нафти, виробництва мила у текстильній промисловості. Гідроксид калію та гідроксид літію використовують в акумуляторах.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

ПРИКЛАД 2

Поділ підстав на групи за різними ознаками представлено таблиці 11.

Таблиця 11
Класифікація основ

Всі підстави, крім розчину аміаку у воді, є твердими речовинами, що мають різне забарвлення. Наприклад, гідроксид кальцію Са(ОН) 2 білого кольору, гідроксид міді (II) Сu(ОН) 2 блакитного кольору, гідроксид нікелю (II) Ni(OH) 2 зеленого кольору, гідроксид заліза (III) Fe(OH) 3 червоно- бурого кольору і т.д.

Водний розчин аміаку NH 3 Н 2 O, на відміну інших підстав, містить не катіони металу, а складний однозарядний катіон амонію NH - 4 і існує лише у розчині (цей розчин вам відомий під назвою нашатирного спирту). Він легко розкладається на аміак та воду:

Однак, якими б різними не були підстави, всі вони складаються з іонів металу та гідроксогруп, число яких дорівнює ступеню окиснення металу.

Всі підстави, і в першу чергу луги (сильні електроліти), утворюють при дисоціації гідроксид-іони ОН - , які і зумовлюють ряд загальних властивостей: м'якість на дотик, зміна забарвлення індикаторів (лакмусу, помаранчевого метилового і фенолфталеїну), взаємодія з іншими речовинами.

Типові реакції основ

Першу реакцію (універсальну) було розглянуто в § 38.

Лабораторний досвід №23
Взаємодія лугів із кислотами

Запишіть два молекулярні рівняння реакцій, сутність яких виражається наступним іонним рівнянням:

H + + ВІН - = Н2O.

Проведіть реакції, рівняння яких склали. Згадайте, які речовини (крім кислоти та луги) необхідні для спостереження за цими хімічними реакціями.

Друга реакція протікає між лугами та оксидами неметалів, яким відповідають кислоти, наприклад,

Відповідає

і т.д.

При взаємодії оксидів з основами утворюються солі відповідних кислот та вода:

Мал. 141.
Взаємодія луги з оксидом неметалу

Лабораторний досвід №24
Взаємодія лугів із оксидами неметалів

Повторіть досвід, який ви проробляли раніше. У пробірку налийте 2-3 мл прозорого розчину вапняної води.

Помістіть у неї соломинку для соку, яка виконує роль газовідвідної трубки. Обережно пропускайте через розчин повітря, що видихається. Що спостерігаєте?

Запишіть молекулярне та іонне рівняння реакції.

Мал. 142.
Взаємодія лугів із солями:
а – з утворенням осаду; б - з утворенням газу

Третя реакція є типовою реакцією іонного обміну і протікає тільки в тому випадку, якщо в результаті утворюється осад або виділяється газ, наприклад:

Лабораторний досвід №25
Взаємодія лугів із солями

У трьох пробірках злийте попарно по 1-2 мл розчинів речовин: 1-а пробірка - гідроксиду натрію та хлориду амонію; 2-а пробірка - гідроксиду калію та сульфату заліза (III); 3-я пробірка - гідроксиду натрію та хлориду барію.

Нагрійте вміст 1-ї пробірки та визначте по запаху один із продуктів реакції.

Сформулюйте висновок про можливість взаємодії лугів із солями.

Нерозчинні основи розкладаються при нагріванні на оксид металу та воду, що нехарактерно для лугів, наприклад:

Fe(OH) 2 = FeO + Н 2 O.

Лабораторний досвід №26
Отримання та властивості нерозчинних основ

У дві пробірки налийте по 1 мл сульфату розчину або хлориду міді (II). У кожну пробірку додайте по 3-4 краплі розчину натрію гідроксиду. Опишіть гідроксид міді (II), що утворився.

Примітка. Залишіть пробірки з отриманим гідроксидом міді (II) для наступних дослідів.

Складіть молекулярне та іонні рівняння проведеної реакції. Вкажіть тип реакції за ознакою «число та склад вихідних речовин та продуктів реакції».

Додайте в одну із пробірок з отриманим у попередньому досвіді гідроксидом міді (II) 1-2 мл соляної кислоти. Що спостерігаєте?

Використовуючи піпетку, помістіть 1-2 краплі отриманого розчину на скляну або порцелянову пластину і, використовуючи щипці тиглів, обережно випаруйте його. Розгляньте кристали, що утворюються. Позначте їхній колір.

Складіть молекулярне та іонні рівняння проведеної реакції. Вкажіть тип реакції за ознакою «число та склад вихідних речовин та продуктів реакції», «участь каталізатора» та «оборотність хімічної реакції».

Нагрійте одну з пробірок із отриманим раніше або виданим учителем гідроксидом міді () (мал. 143). Що спостерігаєте?

Мал. 143.
Розкладання гідроксиду міді (II) при нагріванні

Складіть рівняння проведеної реакції, вкажіть умову її перебігу та тип реакції за ознаками «число і склад вихідних речовин і продуктів реакції», «виділення або поглинання теплоти» та «оборотність хімічної реакції».

Ключові слова та словосполучення

1. Класифікація основ.
2. Типові властивості основ: взаємодія їх із кислотами, оксидами неметалів, солями.
3. Типова властивість нерозчинних основ: розкладання під час нагрівання.
4. Умови перебігу типових реакцій основ.

Робота з комп'ютером

1. Зверніться до електронної програми. Вивчіть матеріал уроку та виконайте запропоновані завдання.
2. Знайдіть в Інтернеті електронні адреси, які можуть бути додатковими джерелами, які розкривають зміст ключових слів і словосполучень параграфа. Запропонуйте вчителю свою допомогу у підготовці нового уроку - зробіть повідомлення за ключовими словами та словосполученнями наступного параграфа.

Запитання та завдання

Основи – складні речовини, які складаються з катіону металу Ме + (або металоподібного катіону, наприклад, іону амонію NH 4 +) та гідроксид-аніону ВІН - .

За розчинністю у воді основи ділять на розчинні (луги) і нерозчинні основи . Також є нестійкі підстави, які мимоволі розкладаються.

Отримання підстав

1. Взаємодія основних оксидів із водою. При цьому з водою реагують у звичайних умовах лише ті оксиди, яким відповідає розчинна основа (луг).Тобто. у такий спосіб можна отримати тільки луги:

основний оксид + вода = основа

Наприклад , оксид натріюу воді утворює гідроксид натрію(їдкий натр):

Na 2 O + H 2 O → 2NaOH

При цьому про ксид міді (II)з водою не реагує:

CuO + H 2 O ≠

2. Взаємодія металів із водою. При цьому з водою реагуютьу звичайних умовахтільки лужні метали(літій, натрій, калій. рубідій, цезій), кальцій, стронцій та барій.При цьому протікає окислювально-відновна реакція, окислювач виступає водень, відновником є ​​метал.

метал + вода = луг + водень

Наприклад, калійреагує з водою дуже бурхливо:

2K 0 + 2H 2 + O → 2K + OH + H 2 0

3. Електроліз розчинів деяких солей лужних металів. Як правило, для отримання лугів електроліз піддають розчини солей, утворених лужними або лужноземельними металами та безкилородними кислотами (крім плавикової) – хлоридами, бромідами, сульфідами та ін. Докладніше це питання розглянуто у статті .

Наприклад , електроліз хлориду натрію:

2NaCl + 2H 2 O → 2NaOH + H 2 + Cl 2

4. Підстави утворюються при взаємодії інших лугів із солями. При цьому взаємодіють тільки розчинні речовини, а в продуктах повинна утворитися нерозчинна сіль або нерозчинна основа:

або

луг + сіль 1 = сіль 2 ↓ + луг

Наприклад: карбонат калію реагує в розчині з гідроксидом кальцію:

K 2 CO 3 + Ca(OH) 2 → CaCO 3 ↓ + 2KOH

Наприклад: хлорид міді (II) взаємодіє у розчині з гідроксидом натрію. При цьому випадає блакитний осад гідроксиду міді (II):

CuCl 2 + 2NaOH → Cu(OH) 2 ↓ + 2NaCl

Хімічні властивості нерозчинних основ

1. Нерозчинні основи взаємодіють із сильними кислотами та їх оксидами (і деякими середніми кислотами). При цьому утворюються сіль та вода.

нерозчинна основа + кислота = сіль + вода

нерозчинна основа + кислотний оксид = сіль + вода

Наприклад ,гідроксид міді (II) взаємодіє із сильною соляною кислотою:

Cu(OH) 2 + 2HCl = CuCl 2 + 2H 2 O

При цьому гідроксид міді (II) не взаємодіє із кислотним оксидом. слабкоювугільної кислоти – вуглекислим газом:

Cu(OH) 2 + CO 2 ≠

2. Нерозчинні основи розкладаються при нагріванні на оксид та воду.

Наприклад, гідроксид заліза (III) розкладається на оксид заліза (III) та воду при прожарюванні:

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

3. Нерозчинні основи не взаємодіютьз амфотерними оксидами та гідроксидами.

нерозчинне заснування + амфотерний оксид ≠

нерозчинна основа + амфотерний гідроксид ≠

4. Деякі нерозчинні підстави можуть виступати яквідновлювачів. Відновниками є основи, утворені металами з мінімальноїабо проміжним ступенем окислення, які можуть підвищити свій ступінь окислення (гідроксід заліза (II), гідроксид хрому (II) та ін.).

Наприклад, гідроксид заліза (II) можна окислити киснем повітря у присутності води до гідроксиду заліза (III):

4Fe +2 (OH) 2 + O 2 0 + 2H 2 O → 4Fe +3 (O -2 H) 3

Хімічні властивості лугів

1. Луги взаємодіють із будь-якими кислотами - і сильними, і слабкими . При цьому утворюються середня сіль та вода. Ці реакції називаються реакціями нейтралізації. Можлива і освіта кислої соліякщо кислота багатоосновна, при певному співвідношенні реагентів, або в надлишку кислоти. У надлишку лугиутворюється середня сіль та вода:

луг (надлишок) + кислота = середня сіль + вода

луг + багатоосновна кислота (надлишок) = кисла сіль + вода

Наприклад , гідроксид натрію при взаємодії з триосновною фосфорною кислотою може утворювати 3 типи солей: дигідрофосфати, фосфатиабо гідрофосфати.

При цьому дигідрофосфати утворюються в надлишку кислоти або при мольному співвідношенні (співвідношенні кількостей речовин) реагентів 1:1.

NaOH + H 3 PO 4 → NaH 2 PO 4 + H 2 O

При мольному співвідношенні кількості лугу та кислоти 2:1 утворюються гідрофосфати:

2NaOH + H 3 PO 4 → Na 2 HPO 4 + 2H 2 O

У надлишку лугу, або при мольному співвідношенні кількості лугу та кислоти 3:1 утворюється фосфат лужного металу.

3NaOH + H 3 PO 4 → Na 3 PO 4 + 3H 2 O

2. Луги взаємодіють замфотерними оксидами та гідроксидами. При цьому у розплаві утворюються звичайні солі , а у розчині – комплексні солі .

луг (розплав) + амфотерний оксид = середня сіль + вода

луг (розплав) + амфотерний гідроксид = середня сіль + вода

луг (розчин) + амфотерний оксид = комплексна сіль

луг (розчин) + амфотерний гідроксид = комплексна сіль

Наприклад , при взаємодії гідроксиду алюмінію з гідроксидом натрію у розплаві утворюється алюмінат натрію. Більше кислотний гідроксид утворює кислотний залишок:

NaOH + Al(OH) 3 = NaAlO 2 + 2H 2 O

А у розчині утворюється комплексна сіль:

NaOH + Al(OH) 3 = Na

Зверніть увагу, як складається формула комплексної солі:спочатку ми вибираємо центральний атом (дояк правило, це метал із амфотерного гідроксиду).Потім дописуємо до нього ліганди- У нашому випадку це гідроксид-іони. Число лігандів, зазвичай, вдвічі більше, ніж ступінь окислення центрального атома. Але комплекс алюмінію - виняток, у нього число лігандів найчастіше дорівнює 4. Укладаємо отриманий фрагмент у квадранні дужки - це комплексний іон. Визначаємо його заряд і зовні дописуємо потрібну кількість катіонів чи аніонів.

3. Луги взаємодіють із кислотними оксидами. При цьому можлива освіта кислийабо середньої солі, Залежно від мольного співвідношення луги та кислотного оксиду. У надлишку лугу утворюється середня сіль, а в надлишку кислотного оксиду утворюється кисла сіль:

луг (надлишок) + кислотний оксид = середня сіль + вода

або:

луг + кислотний оксид (надлишок) = кисла сіль

Наприклад , при взаємодії надлишку гідроксиду натріюз вуглекислим газом утворюється карбонат натрію та вода:

2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O

А при взаємодії надлишку вуглекислого газуз гідроксидом натрію утворюється тільки гідрокарбонат натрію:

2NaOH + CO 2 = NaHCO 3

4. Луги взаємодіють із солями. Луги реагують тільки з розчинними солямиу розчині, за умови, що у продуктах утворюється газ чи осад . Такі реакції протікають за механізмом іонного обміну.

луг + розчинна сіль = сіль + відповідний гідроксид

Луги взаємодіють із розчинами солей металів, яким відповідають нерозчинні або нестійкі гідроксиди.

Наприклад, гідроксид натрію взаємодіє з сульфатом міді в розчині:

Cu 2+ SO 4 2- + 2Na + OH - = Cu 2+ (OH) 2 - ↓ + Na 2 + SO 4 2-

Також луги взаємодіють із розчинами солей амонію.

Наприклад , гідроксид калію взаємодіє з розчином нітрату амонію:

NH 4 + NO 3 - + K + OH - = K + NO 3 - + NH 3 + H 2 O

! При взаємодії солей амфотерних металів із надлишком лугу утворюється комплексна сіль!

Давайте розглянемо це питання докладніше. Якщо сіль, утворена металом, якому відповідає амфотерний гідроксид , взаємодіє з невеликою кількістю лугу, то протікає звичайна обмінна реакція, і осад випадаєгідроксид цього металу .

Наприклад , надлишок сульфату цинку реагує в розчині з гідроксидом калію:

ZnSO 4 + 2KOH = Zn(OH) 2 ↓ + K 2 SO 4

Проте, у цій реакції утворюється не основа, а мфотерний гідроксид. А, як ми вже вказували вище, амфотерні гідроксиди розчиняються в надлишку лугів з утворенням комплексних солей . Т яким чином, при взаємодії сульфату цинку з надлишком розчину лугиутворюється комплексна сіль, осад не випадає:

ZnSO 4 + 4KOH = K 2 + K 2 SO 4

Таким чином, отримуємо 2 схеми взаємодії солей металів, яким відповідають амфотерні гідроксиди, з лугами:

сіль амф.металу (надлишок) + луг = амфотерний гідроксид↓ + сіль

сіль амф.металла + луг (надлишок) = комплексна сіль + сіль

5. Луги взаємодіють із кислими солями.При цьому утворюються середні солі або менш кислі солі.

кисла сіль + луг = середня сіль + вода

Наприклад , гідросульфіт калію реагує з гідроксидом калію з утворенням сульфіту калію та води:

KHSO 3 + KOH = K 2 SO 3 + H 2 O

Властивості кислих солей дуже зручно визначати, розбиваючи подумки кислу сіль на 2 речовини - кислоту та сіль. Наприклад, гідрокарбонту натрію NaHCO 3 ми розбиваємо на вольну кислоту H 2 CO 3 і карбонат натрію Na 2 CO 3 . Властивості гідрокарбонату значною мірою визначаються властивостями вугільної кислоти та властивостями карбонату натрію.

6. Луги взаємодіють з металами в розчині та розплаві. При цьому протікає окисно-відновна реакція, у розчині утворюється комплексна сільі водень, у розплаві - середня сільі водень.

Зверніть увагу! З лугами в розчині реагують ті метали, у яких оксид з мінімальним позитивним ступенем окислення металу амфотерний!

Наприклад , залізоне реагує з розчином лугу, оксид заліза (II) - основний. А алюмінійрозчиняється у водному розчині лугу, оксид алюмінію - амфотерний:

2Al + 2NaOH + 6H 2 + O = 2Na + 3H 2 0

7. Луги взаємодіють із неметалами. При цьому протікають окисно-відновні реакції. Як правило, неметали диспропорціонують у лугах. Чи не реагуютьз лугами кисень, водень, азот, вуглець та інертні гази (гелій, неон, аргон та ін.):

NaOH +О 2 ≠

NaOH +N 2 ≠

NaOH +C ≠

Сірка, хлор, бром, йод, фосфорта інші неметали диспропорціонуютьв лугах (тобто самоокислюються-самовосновлюються).

Наприклад, хлорпри взаємодії з холодною лугомпереходить у ступені окислення -1 та +1:

2NaOH +Cl 2 0 = NaCl - + NaOCl + + H 2 O

Хлорпри взаємодії з гарячим лугомпереходить у ступені окислення -1 та +5:

6NaOH +Cl 2 0 = 5NaCl - + NaCl +5 O 3 + 3H 2 O

Кремнійокислюється лугами до ступеня окиснення +4.

Наприклад, у розчині:

2NaOH +Si ​​0 + H 2 + O = NaCl - + Na 2 Si +4 O 3 + 2H 2 0

Фтор окислює луги:

2F 2 0 + 4NaO -2 H = O 2 0 + 4NaF - + 2H 2 O

Докладніше про ці реакції можна прочитати у статті.

8. Луги не розкладаються під час нагрівання.

Виняток - гідроксид літію:

2LiOH = Li 2 O + H 2 O