Взаимодействие амфотерных гидроксидов со щелочами.
1. Сплавление амфотерных гидроксидов с твердыми щелочами:
a. Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2Zn02 + 2H2O (цинкат натрия);
b. Аl(0Н)3 + NaOH = NaAlO2 + 2Н2О (метаалюминат натрия) или
Аl(0Н)3 + 3NaOH = Na3Al03 + ЗН2О (ортоалюминат натрия).
2. При взаимодействии амфотерных гидроксидов с избытком растворов щелочей образуются гидроксокомплексные соединения:
a. Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4] (тетрагидроксоцинкат натрия)
Zn(OH)2 + 20Н- = [Zn(OH)4]2-;
b. Sn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Sn(OH)4] (тетрагидроксостаннит натрия)
Sn(OH)2 + 2OH2- = [Sn(OH)4]2-;
c. Pb(OH)2 + 2NaOH=Na2[Pb(OH)4] (тетрагидроксоплюмбит натрия)
Pb(OH)2 + 2OH2- = [Pb(OH)4]2-;
3. В зависимости от концентрации растворов щелочи и соотношения реагентов гидроксид алюминия может образовать два гидроксокомплекса:
d. Аl(0Н)3 + NaOH = Na[Al(OH)4] (тетрагидроксоалгоминат натрия)
Аl(0Н)3 + ОН- = [Аl(ОН)4];
и Al(OH)3 + 3NaOH = Na3[Al(OH)6] (гексагидроксоалюминат натрия)
Аl(0Н)3 + ЗОН- = [Аl(ОН)6]3-;
e. Cr(ОН)3 + 3NaOH = Na3[Cr(OH)6] (гексагидроксохромит натрия)
Cr(ОН)3 + ЗОН- = [Cr(ОН)6]3-.
Получение оснований
Основания получают разными способами.
1. Получение растворимых оснований:
a. Взаимодействием щелочных и щелочноземельных металлов с водой:
МЕТАЛЛ + Н2О = РАСТВОРИМОЕ ОСНОВАНИЕ(ЩЕЛОЧЬ) + Н2.
Например:
2Na + 2Н2О = 2NaOH + Н2.
b. Взаимодействием оксидов щелочных и щелочноземельных металлов с водой:
Например:
Na2O + Н2О = 2NaOH;
ВаО + Н2О = Ва(ОН)2;
СаО + H2O = Ca(OH)2.
2. Получение нерастворимых оснований действием щелочей на растворимые соли металлов.
РАСТВОР ЩЕЛОЧИ + РАСТВОР СОЛИ = НЕРАСТВОРИМОЕ ОСНОВАНИЕ + СОЛЬ.
Например:
2NaOH + FeSO4 = Fe(OH)2↓ + Na2SO4
Fe2+ + 2OН = Fe(OH)2↓
Na2CO3 + Ba(OH)2 = 2NaOH + BaСО3↓
CO32- + Ba2+ = BaСО3↓.
Кислоты
Кислоты ― сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов водорода и кислотного остатка.
Общая формула: Hn(КО)n- или Hn(Ас)n- (КО и Ас ― кислотный остаток).
Физические свойства кислот
Кислоты бывают твердыми (например, ортофосфорная кислота Н3РО4, борная кислота Н3ВО3, йодная кислота НIO4) и жидкими (например, серная кислота H2SO4, азотная кислота HNO3). Большинство кислот растворяется в воде.
Некоторые кислоты являются растворами газов в воде (например, хлороводородная кислота HCl, сероводородная кислота H2S).
Химические свойства кислот
Общие свойства кислот в водных растворах обусловлены присутствием ионов Н+, которые образуются в результате электролитической диссоциации молекул кислот:
Hn(КО)mn- ↔ nН+ + mКОn-.
Кислоты одинаково изменяют цвет индикаторов (см. "Электролитическая диссоциация воды. рН раствора").
Кислоты взаимодействуют с основаниями с образованием соли и воды (реакция нейтрализации). (См. "Основания".) Если в реакциях нейтрализации участвуют многоосновные кислоты или многокислотные основания, то продуктами реакции могут быть не только средние соли, но и кислые или основные.
Например:
Н3РО4 + 3NaOH ↔ Na3PO4 + ЗН2О
H3PO4 + ЗОН- ↔ PO43- + 3H2O;
Н3РО4 + 2NaOH ↔ Na2HPO4 + 2Н2О
Н3РО4 + 2ОН- ↔ HPO42- + 2Н2О;
Н3РО4 + NaOH ↔ NaH2PO4 + Н2О
Н3РО4 + ОН- ↔ Н2РО4- + Н2О;
2НCl + Сu(ОН)2 ↔ СuCl2 + 2Н2О
2Н+ + Сu(ОН)2 ↔ Сu2+ + 2Н2О;
НCl + Сu(ОН)2 ↔ CuOHCl + Н2О
Н+ + Cu(OH)2 ↔ CuOH+ + Н2О.
Кислоты взаимодействуют с основными оксидами с образованием соли и воды.
КИСЛОТА + ОСНОВНОЙ ОКСИД = СОЛЬ + Н2О.
Например:
2НCl + СаО = СаCl2 + Н2О
2Н+ + СаО = Са2+ + Н2О;
3H2SO4 + Fe2O3 = Fe2(SO4)3 + ЗН2О
6Н+ + Fe2O3 = 2Fe3+ + 3Н2О.
Кислоты взаимодействуют с амфотерными оксидами с образованием соли и воды.
КИСЛОТА + АМФОТЕРНЫЙ ОКСИД = СОЛЬ + Н2О.
Например:
2HNO3 + ZnO = Zn(NO3)2 + Н2О;
2H+ + ZnO = Zn2+ + Н2О.
Кислоты взаимодействуют с амфотерными гидроксидами с образованием соли и воды.
КИСЛОТА + АМФОТЕРНЫЙ ГИДРООКСИД = СОЛЬ + Н2О.
Например:
3HCl + Cr(ОН)3 = CrCl3 + 3Н2О;
3H+ + Cr(ОН)3 = Cr3+ + ЗН2О.
Кислоты взаимодействуют с некоторыми нормальными солями с образованием новой соли и новой кислоты. Эти реакции возможны в том случае, если в результате образуется нерастворимая соль или более слабая кислота, чем исходная.
КИСЛОТА + СОЛЬ = СОЛЬ + КИСЛОТА.
Например:
НCl + AgNO3 = AgCl + HNO3;
Cl- + Ag+ = AgCl↓.
2НСl + Na2CO3 = 2NaCl + H2CO3;
2H+ + CO32- = H2O + CO2↓.
Кислоты взаимодействуют с металлами. Характер продуктов этих реакций зависит от природы и концентрации кислоты и от активности металла. Активность металла определяется его положением в электрохимическом ряду напряжений :
Li, К, Ва, Са, Na, Mg, Al, Zn, Cr, Fe, Ni, Pb, H, Сu, Ag, Hg, Pt, Аu.
В этом ряду активность металлов уменьшается слева направо.
Разбавленная серная кислота H2SO4, хлороводородная кислота HCl и другие взаимодействуют с металлами, которые находятся в электрохимическом ряду напряжений левее водорода. В результате реакции образуются соль и газообразный водород.
Например:
H2SO4 + Zn = ZnSO4 + Н2
2Н+ + Zn = Zn2+ + Н2;
2НСl + Mg = MgCl2 + Н2.
Указанные кислоты не взаимодействуют с металлами, которые находятся в электрохимическом ряду напряжений правее водорода. Например: Ag + НCl ≠.
Концентрированная серная кислота H2SO4 и азотная кислота HNO3 любой концентрации являются кислотами-окислителями и проявляют особые свойства в реакциях с металлами.
Получение кислот
Бескислородные кислоты получают путем их синтеза из простых веществ и последующим растворением полученного продукта в воде.
НЕМЕТАЛЛ + Н2 = ВОДОРОДНОЕ СОЕДИНЕНИЕ НЕМЕТАЛЛА,
где неметаллы: F2, Cl2, Вг2, I2, S, Se.
Н2 + Сl2 = 2НСl.
Оксокислоты получают взаимодействием кислотных оксидов с водой.
КИСЛОТНЫЙ ОКСИД + Н2О = ОКСОКИСЛОТА.
SO3 + Н2О = H2SO4.
Большинство кислот можно получить взаимодействием солей с кислотами.
СОЛЬ + КИСЛОТА = СОЛЬ + КИСЛОТА.
2NaCl + H2SO4 = 2HCl + Na2SO4;
крист. конц.
Na2SiO3 + H2SO4 = H2SiO3 + Na2SO4.
Этот способ используется для получения летучих и труднорастворимых кислот.
Соли
Соли ― сложные вещества, молекулы которых состоят из ионов металла и ионов кислотного остатка.
Общая формула нормальных солей MenКОm или Men(Ас)m (где КО и Ас ― кислотный остаток).
Ионы металла будут положительными и простыми, а ионы кислотных остатков будут отрицательными, а по составу ― и простыми (остатки бескислородных кислот), и сложными (остатки кислородных кислот).
Физические свойства солей
Большинство солей ― твердые вещества белого цвета: KNO3, KCl, NaCl, BaSO4 и др. Некоторые соли имеют окраску. Например, дихромат калия К2Сг2O7 ― оранжевого, хромат калия К3СгO4 ― желтого, сульфат никеля (II) NiSO4 ― зеленого, хлорид кобальта (III) СOСl3 ― розового, сульфид меди (II) CuS ― черного цвета.
По растворимости в воде соли делятся на растворимые в воде (р), малорастворимые в воде (м) и нерастворимые (н). Растворимость в воде важнейших солей указана в таблице растворимости.
Химические свойства солей
Растворимые соли в водных растворах диссоциируют на ионы:
средние соли диссоциируют на катионы металлов и анионы кислотных остатков:
КСl = К+ + Сl-;
NaCN = Na+ + CN-;
Ва(СН3СОО)2 = Ba2+ + 2СН3СОСl;
кислые соли диссоциируют на катионы металла и сложные анионы:
KHSO4 = К+ + HSO4-;
NaH2PO4 = Na+ + Н2РО4-;
Na3HPO4 = 2Na+ + HPO42-;
основные соли диссоциируют на сложные катионы и анионы кислотных остатков:
AlОН(СН3СОО)2 = AlOН2+ + 2СН3СОO-;
Al(ОН)2СН3СОО = Al(0Н)2+ + СН3СОО-;
Соли взаимодействуют с металлами с образованием новой соли и нового металла. Данный металл может вытеснять из растворов солей только те металлы, которые находятся правее его в электрохимическом ряду напряжений.
Ме(1) + Соль(1) = Ме(2) + Соль(2),
где Ме(1) ― более активный металл, чем Ме(2).
Например:
Реакция взаимодействия раствора сульфата меди (II) с металлическим железом идет с выделением металлической меди:
CuSO4 + Fe = FeSO4 + Сu;
Cu2+ + SO42-+ Fe0 = Fe2+ + SO42 + Cu0;
Cu2+ + Fe0 = Fe2+ + Cu0.
Железо вытесняет медь из раствора соли меди, потому что железо ― более активный металл, чем медь.
Растворы солей взаимодействуют со щелочами с образованием новой соли и нового основания. Реакция возможна, если образующееся основание или образующаяся соль выпадают в осадок.
РАСТВОР СОЛИ + РАСТВОР ЩЕЛОЧИ = НОВАЯ СОЛЬ + НОВОЕ ОСНВАНИЕ.
Например:
FeCl3 + 3КОН = Fe(OH)3 + 3KCl;
Fe3+ + 3Сl- + 3К+ + 3ОН- = Fe(OH)3 + 3К+ + 3Сl-;
Fe3+ + 3ОН- = Fe(OH)3.
К2СО3 + Ва(ОН)2 = ВаСО3 + 2КОН;
2К+ + СО32- + Ва2+ + 2ОН- = ВаСО3+ 2К+ + 2ОН-;
Ва2+ + СО32- = ВаСО3.
Соли взаимодействуют с кислотами с образованием новой более слабой кислоты или новой нерастворимой соли.
СОЛЬ + КИСЛОТА = СОЛЬ + КИСЛОТА.
Например:
ВаСl2 + H2SO4 = BaSO4 + 2HCl;
Ва2+ + 2Сl- + 2Н+ + SO42- = BaSO4 + 2H+ + 2Сl-;
Ва2+ + SO42- = BaSO4.
Nа2СО3 + 2НСl = 2NaCl+ H2CO3 (CO2 + H2O).
При взаимодействии соли с кислотой, образующей данную соль, получается кислая соль (это возможно в том случае, если соль образована многоосновной кислотой).
Например:
Na2S + H2S = 2NaHS;
2Na+ + S2-+ H2S = 2Na+ + 2HS-;
S2- + H2S = 2HS-.
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2;
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca2+ + 2HCO3-.
Соли могут взаимодействовать между собой с образованием новых солей, если одна из солей выпадает в осадок.
СОЛЬ(1) + СОЛЬ(2) = СОЛЬ(3) + СОЛЬ(4).
Например:
AgNO3 + KCl = AgCl + KNO3;
Ag+ + NO3- + K+ + Сl- = AgCl + K+ + NO3-.
Многие соли разлагаются при нагревании. Ниже приводятся лишь отдельные примеры:
MgCO3 = MgO + CO2;
2NaNO3 = 2NaNO2 + О2.
Основные соли взаимодействуют с кислотами с образованием средних солей и воды.
ОСНОВНАЯ СОЛЬ + КИСЛОТА = СРЕДНЯЯ СОЛЬ + Н2О.
Например:
CuOHCl + НСl = CuCl2 + Н2О;
CuOH+ + Н+ = Cu2+ + Н2О.
Fe(OH)2NO3 + HNO3 = FeOH(NO3)2 + Н2О;
Fe(OH)2+ + Н+-FeOH2+ + Н2О;
FeOH(NO3)2 + HNO3 = Fe(NO3)3 + H2O;
FeOH2+ + H+ = Fe3+ + H2O.
Кислые соли взаимодействуют с растворимыми основаниями (щелочами) с образованием средних солей и воды.
КИСЛАЯ СОЛЬ + РАСТВОРИМОЕ ОСНОВАНИЕ (ЩЕЛОЧЬ) = СРЕДНЯЯ СОЛЬ + Н2О.
Например:
NaHSO3 + NaOH = Na2SO3 + H2O;
HSO3-+ ОН- = SO2- + H2O.
КН2РО4 + КОН = К2НРО4 + Н2О;
Н2РО4- + ОН- = НРО42- + Н2О;
К2НРО4 + КОН = К3РО4 + Н2О;
НРО42- +ОН- = РО43- + Н2О.
Получение солей
Все способы получения солей основаны на химических свойствах важнейших классов неорганических соединений. Десять классических способов получения солей представлены в таблице. Рассмотрим их на конкретных примерах (порядок рассмотрения соответствует номерам в таблице).