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 :

натрий Na+	n=1	NaOH
железо(II) Fe2+	n=2	FeOH2
железо(III) Fe3+	n=3	FeOH3

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:

Основание	Тривиальное название
гидроксид натрия NaOH	едкий натр; каустик (техн.)
гидроксид калия KOH	едкое кали; калиевый щелок
гидрат аммиака NH4OH (в растворе – гидроксид аммония)	аммиачная вода
гидроксид кальция Ca (OH2)	гашеная известь; пушонка
гидроксид бария Ba (OH2) (в растворе)	баритовая вода

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:

Металлы	Гидроксиды
Щелочные (I A): Li (литий) Na (натрий) K (калий) Rb (рубидий) Cs (цезий)	«Едкие щелочи»: LiOH NaOH KOH RbOH CsOH
Щелочноземельные (II A): Ca (кальций) Sr (стронций) Ba (барий) Ra (радий)	Ca(OH2) Sr(OH2) Ba(OH2) Ra(OH2)
III A: TlI таллий(I)	TlOH

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.

Основания металлов с постоянной валентностью	Основания металлов с постоянной валентностью
Гидроксид металла	Международное название	Гидроксид металла	Международное название
Mg(OH)2	Гидроксид магния	Pb(OH)2	Гидроксид свинца (II)
NaOH	Гидроксид натрия	Cr(OH)3	Гидроксид хрома (III)
Al(OH)3	Гидроксид алюминия	CuOH	Гидроксид меди (I)

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?

Кислота	Основание
A)   X, Y	Z
В)   Y, Z	X
С)    Y	X, Z
D)    Z	X, Y
Е)    X	Y, Z

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

Вступившие в реакцию вещества	v (моль)
HxA кислота	a
Y(OH)b основание	a

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.

Вещества, полностью вступившие в реакцию	Продукт реакции
X	O2	XO
4 г	1,6 г

Решение:

m(ХО) = 4+1,6 = 5,6г;  

Ответ: 1,2,3

Задача:

Вещества, вступившие в реакцию, и их мольное количество	Масса полученной соли (в г)	N (атом) в молекуле полученной соли (в целом)
Fe(OH)3	HNO3
1	xl	yl	z1
x2	y2	z2
x3	y3	z3

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