Нерастворимые основания в химии. Получение и свойства оснований
Гидроксиды щелочных металлов – при обычных условиях представляют собой твердые белые кристаллические вещества, гигроскопичные, мылкие на ощупь, очень хорошо растворимы в воде (их растворение – экзотермический процесс), легкоплавки. Гидроксиды щелочноземельных металлов Са(ОН) 2 , Sr(OH) 2 , Ва(ОН) 2) – белые порошкообразные вещества, гораздо менее растворимы в воде по сравнению с гидроксидами щелочных металлов. Нерастворимые в воде основания обычно образуются в виде гелеобразных осадков, разлагающихся при хранении. Например, Сu(ОН) 2 – синий студенистый осадок.
3.1.4 Химические свойства оснований.
Свойства оснований обусловлены наличием ионов ОН – . В свойствах щелочей и нерастворимых в воде оснований имеются отличия, однако общим свойством является реакция взаимодействия с кислотами. Химические свойства оснований представлены в таблице 6.
Таблица 6 – Химические свойства оснований
Щелочи |
Нерастворимые основания |
Все основания реагируют с кислотами (реакция нейтрализации ) |
|
2NaOH + H 2 SО 4 = Na 2 SО 4 + 2H 2 О |
Сr(ОН) 2 + 2НС1 = СrС1 2 + 2Н 2 O |
Основания реагируют с кислотными оксидами с образованием соли и воды: 6КОН + Р 2 O 5 = 2К 3 РO 4 + 3Н 2 O |
|
Щелочи реагируют с растворами солей , если один из продуктов реакции выпадает в осадок (т. е. если образуется нерастворимое соединение): CuSO 4 + 2KOH = Cu(OH) 2 + K 2 SO 4 Na 2 SO 4 + Ba(OH) 2 = 2NaOH + BaSO 4 |
Нерастворимые в воде основания и амфотерные гидроксиды разлагаются при нагревании на соответствующий оксид и воду: Мn(ОН) 2 МnО + Н 2 O Сu(ОН) 2 СuО + Н 2 O |
Щелочи можно обнаружить индикатором. В щелочной среде: лакмус – синий, фенолфталеин – малиновый, метиловый оранжевый – желтый |
3.1.5 Важнейшие основания.
NaOH – едкий натр, каустическая сода. Легкоплавкие (t пл = 320 °С) белые гигроскопичные кристаллы, хорошо растворимы в воде. Раствор мылкий на ощупь и является опасной едкой жидкостью. NaOH – один из важнейших продуктов химической промышленности. В больших количествах требуется для очистки нефтепродуктов, широко применяется в мыловаренной, бумажной, текстильной и других отраслях промышленности, а также для производства искусственного волокна.
КОН – едкое кали. Белые гигроскопичные кристаллы, хорошо растворимы в воде. Раствор мылкий на ощупь и является опасной едкой жидкостью. СвойстваКОН аналогичны свойствам NaOH, но применяется гидроксид калия гораздо реже ввиду его более высокой стоимости.
Са(ОН) 2 – гашеная известь. Белые кристаллы, мало растворимы в воде. Раствор называется «известковой водой», суспензия – «известковым молоком». Известковая вода применяется для распознавания углекислого газа, она мутнеет при пропускании СO 2 . Гашеная известь широко используется в строительном деле в качестве основы для изготовления вяжущих веществ.
Металла и гидроксильной группы (ОН). Например, гидроксид натрия - NaOH , гидроксид кальция - Ca (OH ) 2 , гидроксид бария - Ba (OH ) 2 и т.д.
Получение гидроксидов.
1. Реакция обмена:
CaSO 4 + 2NaOH = Ca(OH) 2 + Na 2 SO 4,
2. Электролиз водных растворов солей:
2KCl + 2H 2 O = 2KOH + H 2 + Cl 2 ,
3. Взаимодействие щелочных и щелочно-земельных металлов или их оксидов с водой:
К + 2 H 2 O = 2 KOH + H 2 ,
Химические свойства гидроксидов.
1. Гидроксиды имеют щелочной характер среды.
2. Гидроксиды растворяются в воде (щелочи) и бывают нерастворимыми. Например, KOH - растворяется в воде, а Ca (OH ) 2 - малорастворим, имеет раствор белого цвета. Металлы 1-ой группы периодической таблицы Д.И. Менделеева дают растворимые основания (гидроксиды).
3. Гидроксиды разлагаются при нагреве:
Cu (OH ) 2 = CuO + H 2 O .
4. Щелочи реагируют с кислотными и амфотерными оксидами :
2KOH + CO 2 = K 2 CO 3 + H 2 O.
5. Щелочи могут реагировать с некоторыми неметаллами при различных температурах по-разному:
NaOH + Cl 2 = NaCl + NaOCl + H 2 O (холод),
NaOH + 3 Cl 2 = 5 NaCl + NaClO 3 + 3 H 2 O (нагрев).
6. Взаимодействуют с кислотами:
KOH + HNO 3 = KNO 3 + H 2 O .
Однокислотные (NaOH , КОН, NH 4 OH и др.);
Двухкислотные (Са(ОН) 2 , Cu(OH) 2 , Fe(OH) 2 ;
Трехкислотные (Ni(OH) 3 , Со(ОН) 3 , Мn(ОН) 3 .
Классификация по растворимости в воде и степени ионизации:
Растворимые в воде сильные основания,
например:
щелочи - гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов LiOH - гидроксид лития, NaOH - гидроксид натрия (едкий натр), КОН - гадроксид калия (едкое кали), Ва(ОН) 2 - гидроксид бария;
Нерастворимые в воде сильные основания,
например:
Сu(ОН) 2 - гидроксид меди (II), Fe(OH) 2 - гидроксид железа (II), Ni(OH) 3 - гидроксид никеля (III).
Химические свойства
1. Действие на индикаторы
Лакмус - синий;
Метилоранж - жёлтый,
Фенолфталеин - малиновый.
2. Взаимодействие с кислотными оксидами
2KOH + CO 2 = K 2 CO 3 + H 2 O
KOH + CO 2 = KHCO 3
3. Взаимодействие с кислотами (реакция нейтрализации)
NaOH + HNO 3 = NaNO 3 + H 2 O; Cu(OH) 2 + 2HCl = CuCl 2 + 2H 2 O
4. Обменная реакция с солями
Ba(OH) 2 + K 2 SO 4 = 2KOH + BaSO 4
3KOH + Fe(NO 3) 3 = Fe(OH) 3 + 3KNO 3
5. Термический распад
Cu(OH) 2 t = CuO + H 2 O; 2 CuOH = Cu 2 O + Н 2 O
2Со(ОН) 3 = Со 2 O 3 + ЗН 2 O; 2АgОН = Аg 2 O + Н 2 O
6. Гидроксиды, в которых d-металлы имеют низкие с. о., способны окисляться кислородом воздуха,
например:
4Fe(OH) 2 + O 2 + 2Н 2 O = 4Fe(OH) 3
2Мn(OН) 2 + O 2 + 2Н 2 O = 2Мn(ОН) 4
7. Растворы щелочей взаимодействуют c амфотерными гидроксидами:
2КОН + Zn(OH) 2 = К 2
2КОН + Al 2 O 3 + ЗН 2 O = 2К
8. Растворы щелочей взаимодействуют с металлами, образующими амфотерные оксиды игидроксиды (Zn , AI и др.),
например:
Zn + 2 NaOH +2Н 2 O = Na 2 + Н 2
2AI +2КOН + 6Н 2 O= 2КAl(ОН) 4 ] + 3H 2
9. В растворах щелочей некоторые неметаллы диспропорционируют,
например:
Cl 2 + 2NaOH = NaCl + NaCIO + Н 2 O
3S+ 6NaOH = 2Na 2 S+ Na 2 SO 3 + 3H 2 O
4P+ 3KOH + 3H 2 O = PH 3 + 3KH 2 PO 2
10. Растворимые основания широко используются в реакциях щелочного гидролиза различных органических соединений (галогенопроизводных углеводородов, сложных эфиров, жиров и др.),
например:
C 2 H 5 CI + NaOH = С 2 Н 5 ОН + NaCl
Способы получения щелочей и нерастворимых оснований
1. Реакции активных металлов (щелочных и щелочноземельных металлов) с водой:
2Na + 2H 2 O = 2 NaOH + H 2
Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2
2. Взаимодействие оксидов активных металлов с водой:
BaO + H 2 O = Ba(OH) 2
3. Электролиз водных растворов солей:
2NaCl + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 + Cl 2
CaCI 2 + 2Н 2 O = Са(ОН) 2 +Н 2 + Cl 2
4. Осаждение из растворов соответствующих солей щелочами:
CuSO 4 + 2NaOH = Cu(OH) 2 + Na 2 SO 4
FeCI 3 + 3KOH = Fe(OH) 3 + 3KCI
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) + Ba 2+ + OH - .
C тупенчатой 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 , Fe 3+( OH ) 3 - .
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 NH 4 OH .
4. По химическим свойствам: основные – Са (ОН) 2 , Na ОН; 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 + 2H 2 O → 2NaOH + H 2
Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2
Mg + 2 H 2 O Mg( OH ) 2 + H 2
2. Взаимодействие основных оксидов с водой (только для щелочных и щелочноземельных металлов):
Na 2 O + H 2 O → 2NaOH,
CaO + H 2 O → Ca(OH) 2 .
3. Промышленным способом получения щелочей является электролиз растворов солей:
2NaCI + 4H 2 O 2NaOH + 2H 2 + CI 2
4. Взаимодействие растворимых солей со щелочами, причем для нерастворимых оснований это единственный способ получения:
Na 2 SO 4 + Ba (OH) 2 → 2NaOH + BaSO 4
MgSO 4 + 2NaOH → Mg(OH) 2 + Na 2 SO 4.
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 + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + 2H 2 O,
Растворимое
Cu( OH) 2 + 2HCI → CuCI 2 + 2H 2 O.
Нерастворимое
3. Взаимодействие с кислотными оксидами:
2 NaOH + SO 3 → Na 2 SO 4 + H 2 O
4. Взаимодействие с амфотерными оксидами и гидроксидами :
а) при плавлении:
2 NaOH + AI 2 O 3 2 NaAIO 2 + H 2 O ,
NaOH + AI(OH) 3 NaAIO 2 + 2H 2 O.
б ) в растворе :
2NaOH + AI 2 O 3 +3H 2 O → 2Na[ AI(OH) 4 ],
NaOH + AI(OH) 3 → Na.
5. Взаимодействие с некоторыми простыми веществами (амфотерными металлами, кремнием и другими):
2NaOH + Zn + 2H 2 O → Na 2 [ Zn(OH) 4 ] + H 2
2NaOH + Si + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2
6. Взаимодействие с растворимыми солями с образованием осадков:
2NaOH + CuSO 4 → Cu(OH) 2 + Na 2 SO 4 ,
Ba ( OH) 2 + K 2 SO 4 → BaSO 4 + 2KOH.
7. Малорастворимые и нерастворимые основания разлагаются при нагревании:
Ca( OH) 2 CaO + H 2 O,
Cu( OH) 2 CuO + H 2 O.
голубой цвет черный цвет
Амфотерные гидроксиды
Это гидроксиды металлов (Be (OH ) 2 , AI (OH ) 3 , Zn (OH ) 2) и металлов в промежуточной степени окисления (С r (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:
AICI 3 + 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 + H 2 SO 4 → ZnSO 4 + 2H 2 O.
2. Взаимодействие с растворами и расплавами щелочей с образованием соли и воды:
AI( OH) 3 + NaOH Na,
Fe 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O,
2Fe( OH) 3 + Na 2 O 2NaFeO 2 + 3H 2 O.
Лабораторная работа № 2
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 , К OH ), дистиллированная вода.
Опыт № 1. Взаимодействие металлов с водой.
В пробирку налить 3–5 см 3 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 MgCI 2, FeCI 3 , CuSO 4 (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 (AICI 3 или AI 2 (SO 4 ) 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?