Основания. Химические свойства и способы получения
Перед изучением этого раздела рекомендую прочитать следующую статью:
Основания – сложные вещества, которые состоят из катиона металла Ме + (или металлоподобного катиона, например, иона аммония NH4 + ) и гидроксид-аниона ОН — .
По растворимости в воде основания делят на растворимые (щелочи) и нерастворимые основания . Также есть неустойчивые основания, которые самопроизвольно разлагаются.
Получение оснований
1. Взаимодействие основных оксидов с водой. При этом с водой реагируют в обычных условиях только те оксиды, которым соответствует растворимое основание (щелочь). Т.е. таким способом можно получить только щёлочи:
основный оксид + вода = основание
Например , оксид натрия в воде образует гидроксид натрия (едкий натр):
Na2O + H2O → 2NaOH
При этом оксид меди (II) с водой не реагирует:
CuO + H2O ≠
2. Взаимодействие металлов с водой. При этом с водой реагируют в обычных условиях только щелочные металлы (литий, натрий, калий. рубидий, цезий) , кальций, стронций и барий. При этом протекает окислительно-восстановительная реакция, окислителем выступает водород, восстановителем является металл.
металл + вода = щёлочь + водород
Например , калий реагирует с водой очень бурно:
2K 0 + 2 H2 + O → 2 K + OH + H2 0
3. Электролиз растворов некоторых солей щелочных металлов . Как правило, для получения щелочей электролизу подвергают растворы солей, образованных щелочными или щелочноземельными металлами и бескилородными кислотами (кроме плавиковой) – хлоридами, бромидами, сульфидами и др. Более подробно этот вопрос рассмотрен в статье Электролиз.
Например , электролиз хлорида натрия:
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2↑ + Cl2↑
4. Основания образуются при взаимодействии других щелочей с солями. При этом взаимодействуют только растворимые вещества, а в продуктах должна образоваться нерастворимая соль, либо нерастворимое основание:
щелочь + соль1 = соль2↓ + щелочь
щелочь + соль1 = соль2↓ + щелочь
Например: карбонат калия реагирует в растворе с гидроксидом кальция:
Например: хлорид меди (II) взаимодействет в растворе с гидроксидом натрия. При этом выпадает голубой осадок гидроксида меди (II):
CuCl2 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + 2NaCl
Химические свойства нерастворимых оснований
1. Нерастворимые основания взаимодействуют с сильными кислотами и их оксидами (и некоторыми средними кислотами). При этом образуются соль и вода.
нерастворимое основание + кислота = соль + вода
нерастворимое основание + кислотный оксид = соль + вода
Например , гидроксид меди (II) взаимодействует с сильной соляной кислотой:
При этом гидроксид меди (II) не взаимодействует с кислотным оксидом слабой угольной кислоты – углекислым газом:
2. Нерастворимые основания разлагаются при нагревании на оксид и воду.
Например , гидроксид железа (III) разлагается на оксид железа (III) и воду при прокаливании:
3. Нерастворимые основания не взаимодействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами.
нерастворимое оснвоание + амфотерный оксид ≠
нерастворимое основание + амфотерный гидроксид ≠
4. Некоторые нерастворимые основания могут выступать в качестве восстановителей. Восстановителями являются основания, образованные металлами с минимальной или промежуточной степенью окисления, которые могут повысить свою степень окисления (гидроксид железа (II), гидроксид хрома (II) и др.).
Например , гидроксид железа (II) можно окислить кислородом воздуха в присутствии воды до гидроксида железа (III):
4 Fe +2 (OH)2 + O2 0 + 2H2O → 4 Fe +3 ( O -2 H)3
Химические свойства щелочей
1. Щёлочи взаимодействуют с любыми кислотами – и сильными, и слабыми . При этом образуются средняя соль и вода. Эти реакции называются реакциями нейтрализации . Возможно и образование кислой соли, если кислота многоосновная, при определенном соотношении реагентов, либо в избытке кислоты. В избытке щёлочи образуется средняя соль и вода:
щёлочь(избыток)+ кислота = средняя соль + вода
щёлочь + многоосновная кислота(избыток) = кислая соль + вода
Например , гидроксид натрия при взаимодействии с трёхосновной фосфорной кислотой может образовывать 3 типа солей: дигидрофосфаты, фосфаты или гидрофосфаты.
При этом дигидрофосфаты образуются в избытке кислоты, либо при мольном соотношении (соотношении количеств веществ) реагентов 1:1.
При мольном соотношении количества щелочи и кислоты 2:1 образуются гидрофосфаты:
В избытке щелочи, либо при мольном соотношении количества щелочи и кислоты 3:1 образуется фосфат щелочного металла.
2. Щёлочи взаимодействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами. При этом в расплаве образуются обычные соли , а в растворе – комплексные соли .
щёлочь (расплав) + амфотерный оксид = средняя соль + вода
щёлочь (расплав) + амфотерный гидроксид = средняя соль + вода
щёлочь (раствор) + амфотерный оксид = комплексная соль
щёлочь (раствор) + амфотерный гидроксид = комплексная соль
Например , при взаимодействии гидроксида алюминия с гидроксидом натрия в расплаве образуется алюминат натрия. Более кислотный гидроксид образует кислотный остаток:
А в растворе образуется комплексная соль:
Обратите внимание, как составляется формула комплексной соли: сначала мы выбираем центральный атом (к ак правило, это металл из амфотерного гидроксида). Затем дописываем к нему лиганды — в нашем случае это гидроксид-ионы. Число лигандов, как правило, в 2 раза больше, чем степень окисления центрального атома. Но комплекс алюминия — исключение, у него число лигандов чаще всего равно 4. Заключаем полученный фрагмент в квадртаные скобки — это комплексный ион. Определяем его заряд и снаружи дописываем нужное количество катионов или анионов.
3. Щёлочи взаимодействуют с кислотными оксидами. При этом возможно образование кислой или средней соли, в зависимости от мольного соотношения щёлочи и кислотного оксида. В избытке щёлочи образуется средняя соль, а в избытке кислотного оксида образуется кислая соль:
щёлочь(избыток) + кислотный оксид = средняя соль + вода
щёлочь + кислотный оксид(избыток) = кислая соль
Например , при взаимодействии избытка гидроксида натрия с углекислым газом образуется карбонат натрия и вода:
А при взаимодействии избытка углекислого газа с гидроксидом натрия образуется только гидрокарбонат натрия:
2NaOH + CO2 = NaHCO3
4. Щёлочи взаимодействуют с солями. Щёлочи реагируют только с растворимыми солями в растворе , при условии, что в продуктах образуется газ или осадок . Такие реакции протекают по механизму ионного обмена.
щёлочь + растворимая соль = соль + соответствующий гидроксид
Щёлочи взаимодействуют с растворами солей металлов, которым соответствуют нерастворимые или неустойчивые гидроксиды.
Cu 2+ SO4 2- + 2Na + OH — = Cu 2+ (OH)2 — ↓ + Na2 + SO4 2-
Также щёлочи взаимодействуют с растворами солей аммония.
Например , гидроксид калия взаимодействует с раствором нитрата аммония:
! При взаимодействии солей амфотерных металлов с избытком щёлочи образуется комплексная соль !
Давайте рассмотрим этот вопрос подробнее. Если соль, образованная металлом, которому соответствует амфотерный гидроксид , взаимодействует с небольшим количеством щёлочи, то протекает обычная обменная реакция, и в осадок выпадает гидроксид этого металла .
Например , избыток сульфата цинка реагирует в растворе с гидроксидом калия:
Однако, в данной реакции образуется не основание, а амфотерный гидроксид. А, как мы уже указывали выше, амфотерные гидроксиды растворяются в избытке щелочей с образованием комплексных солей . Т аким образом, при взаимодействии сульфата цинка с избытком раствора щёлочи образуется комплексная соль, осадок не выпадает:
Таким образом, получаем 2 схемы взаимодействия солей металлов, которым соответствуют амфотерные гидроксиды, с щелочами:
соль амф.металла(избыток) + щёлочь = амфотерный гидроксид↓ + соль
соль амф.металла + щёлочь(избыток) = комплексная соль + соль
5. Щёлочи взаимодействуют с кислыми солями. При этом образуются средние соли, либо менее кислые соли.
кислая соль + щёлочь = средняя соль + вода
Например , гидросульфит калия реагирует с гидроксидом калия с образованием сульфита калия и воды:
Свойства кислых солей очень удобно определять, разбивая мысленно кислую соль на 2 вещества — кислоту и соль. Например, гидрокарбонта натрия NaHCO3 мы разбиваем на уольную кислоту H2CO3 и карбонат натрия Na2CO3. Свойства гидрокарбоната в значительной степени определяются свойствами угольной кислоты и свойствами карбоната натрия.
6. Щёлочи взаимодействуют с металлами в растворе и расплаве. При этом протекает окислительно-восстановительная реакция, в растворе образуется комплексная соль и водород, в расплаве — средняя соль и водород.
! Обратите внимание! С щелочами в растворе реагируют только те металлы, у которых оксид с минимальной положительной степенью окисления металла амфотерный!
Например , железо не реагирует с раствором щёлочи, оксид железа (II) — основный. А алюминий растворяется в водном растворе щелочи, оксид алюминия — амфотерный:
2Al + 2NaOH + 6 H2 + O = 2Na[ Al +3 (OH)4] + 3 H2 0
7. Щёлочи взаимодействуют с неметалами. При этом протекают окислительно-восстановительные реакции. Как правило, неметаллы диспропорционируют в щелочах. Не реагируют с щелочами кислород, водород, азот, углерод и инертные газы (гелий, неон, аргон и др.):
NaOH +О2 ≠
NaOH +N2 ≠
NaOH +C ≠
Сера, хлор, бром, йод, фосфор и другие неметаллы диспропорционируют в щелочах (т.е. самоокисляются-самовосстанавливаются).
Например , хлор при взаимодействии с холодной щелочью переходит в степени окисления -1 и +1:
2NaOH +Cl2 0 = NaCl — + NaOCl + + H2O
Хлор при взаимодействии с горячей щелочью переходит в степени окисления -1 и +5:
6NaOH +Cl2 0 = 5NaCl — + NaCl +5 O3 + 3H2O
Кремний окисляется щелочами до степени окисления +4.
Например , в растворе:
2NaOH + Si 0 + H2 + O= Na2Si +4 O3 + 2H2 0
Фтор окисляет щёлочи:
2F2 0 + 4NaO -2 H = O2 0 + 4NaF — + 2H2O
Более подробно про эти реакции можно прочитать в статье Окислительно-восстановительные реакции.
8. Щёлочи не разлагаются при нагревании.
Исключение — гидроксид лития:
2LiOH = Li2O + H2O
Основания
О чем эта статья:
Основания (гидроксиды) — это сложные вещества, которые состоят из катиона металла и гидроксильной группы (OH).
Общая формула оснований: Me(OH)n, где Me — химический символ металла, n — индекс, который зависит от степени окисления металла.
Примеры оснований: NaOH, Ba(OH)2, Fe(OH)2.
Названия оснований
Названия гидроксидов строятся по систематической номенклатуре следующим образом:
Пишем слово «гидроксид».
Указываем название второго химического элемента в родительном падеже.
Если второй элемент имеет переменную валентность, то указываем валентность элемента в этом соединении в скобках римской цифрой.
Примеры названий оснований:
Ni(OH)2 — гидроксид никеля (II);
Al(OH)3 — гидроксид алюминия.
У некоторых оснований существуют и тривиальные названия. Собрали их в таблице.
Тривиальные названия некоторых оснований
Классификация оснований
По растворимости в воде
В зависимости от растворимости в воде выделяют:
щелочи. Эти основания растворимы в воде: NaOH, KOH, Ba(OH)2 и другие. Ca(OH)2, хотя малорастворим, тоже относится к щелочам из-за своей едкости;
нерастворимые основания. К таким основаниям относятся Fe(OH)2, Cu(OH)2 и другие;
амфотерные гидроксиды. К амфотерным относятся те основания, которые образованы металлами со степенью окисления +3 или +4. Эти основания отличаются тем, что проявляют как основные свойства, так и кислотные.
Также есть основания, которые относятся к амфотерным, но образованы металлом с иной степенью окисления: Zn(OH)2, Pb(OH)2, Sn(OH)2, Be(OH)2.
Напомним, что растворимость мы проверяем по таблице растворимости кислот и оснований в воде.
По числу гидроксогрупп
В зависимости от количества гидроксильных групп, способных замещаться на кислотный остаток, выделяют следующие виды оснований:
однокислотные: KOH, NaOH;
Физические свойства оснований
Основания при обычных условиях — это твердые кристаллические вещества без запаха, нелетучие, чаще всего белого цвета. В таблице приведены основания, которые имеют иную окраску.
Гидроксид лития LiOH
Гидроксид магния Mg(OH)2
Гидроксид кальция Ca(OH)2
Химические свойства оснований
Растворы щелочей изменяют окраску индикатора
Гидроксид-ионы, которые содержатся в растворе щелочи, взаимодействуют с индикатором, образуя новые соединения. Признак реакции — окраска раствора.
Взаимодействие с кислотными оксидами
Щелочи вступают в реакцию с любыми кислотными оксидами. Нерастворимые основания взаимодействуют только с кислотными оксидами, которые соответствуют сильным кислотам.
Кислотный оксид + основание = соль + вода
Взаимодействие с кислотами
Щелочи вступают в реакцию со всеми кислотами. Нерастворимые основания могут взаимодействовать только с сильными кислотами.
Основание + кислота = соль + вода
Взаимодействие основания с кислотой называют реакцией нейтрализации — это частный случай реакции обмена.
Взаимодействие с солями
Основания взаимодействуют с растворимыми солями по обменному механизму. В результате такой реакции должен выделиться осадок или газ (CO2, SO2, NH3).
Основание + соль = другое основание + другая соль
Термическое разложение
При нагревании нерастворимые основания разлагаются на соответствующий оксид (степень окисления металла остается неизменной) и воду.
Нерастворимое основание оксид металла + вода
Взаимодействие амфотерных гидроксидов со щелочами
Продукты реакции зависят от условий ее проведения.
При сплавлении двух оснований:
Амфотерный гидроксид (тв) + щелочь (тв) = средняя соль + вода
Если реакция проводится в растворе:
Амфотерный гидроксид (р-р) + щелочь (р-р) = комплексная соль
Получение оснований
Взаимодействие металла с водой
Активные металлы (металлы групп IA и IIA, кроме Be и Mg) активно взаимодействуют с водой при обычных условиях с образованием щелочей.
Нерастворимые основания данным способом получить невозможно, за исключением Mg(OH)2.
Металл + вода = гидроксид металла + водород
Гидроксид магния можно получить данным способом, но только при нагревании:
Взаимодействие оксидов щелочных и щелочноземельных металлов с водой
Этим способом получают только растворимые в воде основания.
Оксид металла + вода = щелочь
Электролиз
Гидроксид натрия и калия в промышленности получают с помощью электролиза — через раствор хлорида калия проводят постоянный электрический ток:
Электролиз хлорида натрия протекает по аналогичной схеме.
Получение нерастворимых оснований при взаимодействии соли со щелочью
Растворимая соль + щелочь = нерастворимое основание + другая соль
Вопросы для самопроверки
Вспомните определение оснований и приведите 2 примера этих веществ.
Какие виды оснований существуют? Чем они отличаются?
К какому виду оснований относится Zn(OH)2?
Взаимодействуют ли основания с основными оксидами? Приведите примеры веществ, с которыми основания вступают в реакцию.
Можно ли получить гидроксид алюминия с помощью взаимодействия алюминия с водой?
Основания и другие темы по химии изучать интереснее, когда понимаешь, как применять знания в реальной жизни. На онлайн-курсах по химии в Skysmart преподаватели приводят яркие примеры: от процессов в природе до использования химических реакций в промышленности. Приходите учиться — вводный урок бесплатный!
Щелочь: формула, свойства, применение
Каждый сталкивался с таким понятием, как щелочь, но не каждый может точно сказать, что же это такое. Особенно это относится к тем, кто давно окончил школу и начал забывать уроки химии. Что же это за вещество? Какова формула щелочи в химии? Каковы ее свойства? Рассмотрим все эти вопросы в данной статье.
Определение и основная формула
Начнем с определения. Щелочью называется хорошо растворимое в воде вещество, гидроксид щелочного (1-ая группа, основная подгруппа в таблице Менделеев) или щелочноземельного (2-ая группа, основная подгруппа в таблице Менделеева) металла. Стоит заметить, что бериллий и магний, хотя и принадлежат к щелочным металлам, щелочей не образуют. Их гидроксиды относят к основаниям.
Щелочи — самые сильные основания, растворение которых в воде сопровождается тепловыделением. Примером этого служит бурная реакция с водой гидроксида натрия. Из всех щелочей наименее растворим в воде гидроксид кальция (известный также как гашеная известь), который в чистом виде представляет собой порошок белого цвета.
Из определения можно сделать вывод, что химическая формула щелочи — ROH, где R — щелочноземельный (кальций, стронций, радий, барий) или щелочной (натрий, калий, литий, цезий, франций, рубидий) металл. Приведем некоторые примеры щелочей: NaOH, KOH, CsOH, RbOH.
Реакции
Абсолютно все щелочи реагируют с кислотами. Реакция протекает так же, как кислоты и основания — с образованием соли и воды. Пример:
Приведенная реакция — соляная кислота + щелочь. Формулы реакций различных щелочей с кислотами:
Помимо кислот, щелочи реагируют также с кислотными оксидами (SO2, SO3, CO2). Реакция проходит по тому же механизму, что и щелочи с кислотой — в результате взаимодействия образуется соль и вода.
Щелочи взаимодействуют и с амфотерными оксидами (ZnO, Al2O3). При этом образуются нормальные или комплексные соли. Самая типичная из таких реакций оксид цинка + едкая щелочь. Формула такой реакции:
В показанной реакции образуется нормальная соль натрия Na2ZnO2 и вода.
Реакции щелочей с амфотерными металлами протекают по тому же механизму. Приведем в качестве примера реакцию алюминий + щелочь. Формула реакции:
Это пример реакции с образованием комплексной соли.
Взаимодействие с индикаторами
Для определения pH исследуемого раствора используются специальные химические вещества — индикаторы, которые меняют свой цвет в зависимости от значения показателя водорода в среде. Самый распространенный индикатор, используемый в химических исследованиях, — лакмус. В щелочной среде он приобретет интенсивный синий цвет.
Другой доступный индикатор, фенолфталеин, в щелочной среде приобретает малиновый окрас. Однако в очень концентрированном растворе (показатель водорода близок к 14) фенолфталеин остается бесцветным, как и в нейтральной среде. Потому лакмус при работе с концентрированными щелочами использовать предпочтительнее.
Метиловый оранжевый индикатор в щелочной среде приобретает желтый окрас, при уменьшении pH среды цвет меняется от желтого до оранжевого и красного.
Физические свойства щелочей
Помимо этого, щелочи также хорошо растворяются в этаноле. Концентрированные и умеренные растворы имеют pH от 7.1 и выше. Растворы щелочей мыльные на ощупь. Концентрированные составы — довольно едкие химические соединения, контакт с которыми вызывает химические ожоги кожи, глаз, любых слизистых оболочек, поэтому работать с ними следует осторожно. Воздействие едкого вещества можно нейтрализовать раствором кислоты.
Щелочи могут находиться как в твердом, так и в жидком состоянии. Гидроксид натрия — самая распространенная щелочь (формула NaOH), которая в твердом состоянии представляет собой вещество белого света.
Гидроксид кальция при нормальных условиях — белый порошок. Гидроксиды радия и бария в твердом агрегатном состоянии — бесцветные кристаллы. Гидроксиды стронция и лития также бесцветны. Все твердые щелочи поглощают воду из воздуха. Гидроксид цезия — самая сильная щелочь (формула CsOH). Щелочные свойства металлов 1-ой группы основной подгруппы возрастают сверху вниз. Эти вещества нашли применение в химической промышленности. В основном их используют в щелочных аккумуляторах в качестве электролитов. Чаще всего применяют гидроксиды калия и натрия.
Химический ожог щелочью
При использовании неразбавленных щелочей всегда стоит помнить, что они являются едкими веществами, которые при попадании на открытые участки тела вызывают покраснение, зуд, жжение, отек, в тяжелых случаях образуются пузыри. При длительном контакте такого опасного состава со слизистой органов зрения возможно наступление слепоты.
При химическом ожоге щелочью необходимо промыть пораженное место водой и очень слабым раствором кислоты — лимонной или уксусной. Даже незначительное количество едкой щелочи может вызвать обширное поражение кожи и ожог слизистых, поэтому с такими веществами стоит обращаться аккуратно и держать подальше от детей.
http://skysmart.ru/articles/chemistry/osnovanie
http://www.syl.ru/article/286750/new_scheloch-formula-svoystva-primenenie