1.3.3. Основания

Основания — сложные вещества, состоящие из атомов металлов и гидроксогрупп ОН.

Гидрат аммиака NH3 ∙ H2O также относится к основаниям, поскольку в водных растворах аммиака присутствуют гидроксид-анионы ОН−.

Номенклатура и классификация оснований

Названия оснований состоят из слова «гидроксид» и названия металла с указанием его степени окисления в случае, если она переменная: NaOH — гидроксид натрия, Fe(OH)2 — гидроксид железа(II).

В основе классификации оснований лежат различные признаки.

1. Число групп ОН. По числу групп ОН, приходящихся на один атом металла, различают однокислотные (NaOH, KOH, LiOH) и многокислотные (Mg(OH)2, Ca(OH)2, Fe(OH)2) основания.

2. Растворимость в воде. Неорганические основания — твердые вещества, за исключением гидрата аммиака NH3 ∙ H2O (рис. 6.3.). По растворимости твердые основания делят на растворимые (щелочи) и нерастворимые. К щелочам относятся основания, которые образованы металлами IA-группы (LiOH, NaOH и другие) и щелочноземельными металлами (Са(ОН)2, Sr(ОН)2, Ва(ОН)2). Сведения о растворимости оснований в воде приведены в «Таблице растворимости кислот, оснований, солей» (см. форзац учебника).

3. Сила электролита. Изучив химию в 9-м классе, вы уже знаете, что по способности диссоциировать на ионы в растворах различают сильные и слабые электролиты. Основания диссоциируют на ионы металлов (или аммония ) и гидроксильные группы ОН−. Все щелочи являются сильными электролитами. К сильным электролитам относится даже малорастворимый Ca(OH)2.

Слабые электролиты — все нерастворимые основания, например, Mg(OH)2, Cu(OH)2, Fe(OH)3 и растворимый NH3 ∙ H2O. Слабыми электролитами являются гидроксиды, обладающие амфотерными свойствами: Zn(OH)2, Be(OH)2, Cr(OH)3, Al(OH)3).

Рис. 6.3. Образцы оснований: а — гидроксид кальция, б — гидроксид натрия, в — гидроксид меди(II), г — гидроксид цинка, д — гидроксид алюминия

Химические свойства и получение щелочей

К общим химическим свойствам щелочей относят их действие на индикаторы и образование солей в реакциях с кислотами, кислотными и амфотерными оксидами, амфотерными гидроксидами и рядом солей. Кроме того, некоторые щелочи могут разлагаться при нагревании.

Общие химические свойства щелочей обусловлены наличием иона OH– в их водных растворах: KOH → K+ + OH–, Сa(OH)2 → Сa2+ + 2OH–.

В качестве примеров приведем следующие реакции:

1) с кислотами:

NaOH + HCl = NaCl + H2O (реакция нейтрализации);

2) с кислотными и амфотерными оксидами:

2NaOH + SiO2 = Na2SiO3 + H2O,

2NaOH + ZnO Na2ZnO2 + H2O;

3) с амфотерными гидроксидами:

Al(OH)3 + 3NaOH(р-р) = Na3[Al(OH)6],

Al(OH)3 + NaOH(тв) NaAlO2 + 2H2O;

4) с солями:

FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3↓ + 3NaCl (реакция обмена);

5) разложение некоторых щелочей при нагревании:

Ca(OH)2 CaO + H2O,

Ba(OH)2 BaO + H2O.

Щелочи чаще всего получают следующими способами:

1) взаимодействием активных (щелочных и щелочноземельных) металлов с водой:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑,

Сa + 2H2O = Сa(OH)2 + H2↑;

2) взаимодействием оксидов щелочных и щелочноземельных металлов с водой:

Na2O + H2O = 2NaOH,

СaO + H2O = Сa(OH)2;

3) электролизом водных растворов солей, с которым вы познакомитесь, изучая материал § 45.1.

Химические свойства и получение нерастворимых оснований

Отметим два важнейших химических свойства нерастворимых оснований:

1) при нагревании разлагаются на оксид и воду:

Fe(OH)2 FeO + H2O;

2) взаимодействуют с кислотами, образуя соль и воду:

Mg(OH)2 + 2HNO3 = Mg(NO3)2 + 2H2O.

Для получения нерастворимых оснований на растворы солей металлов действуют растворами щелочей:

2NaOH + FeSO4 = Fe(OH)2↓ + Na2SO4.

Химические свойства и получение амфотерных гидроксидов (на примере гидроксидов цинка и алюминия)

Некоторые нерастворимые гидроксиды металлов вступают в реакции не только с кислотами, но и со щелочами. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Такие гидроксиды называют амфотерными. К ним относятся Al(OH)3, Сr(OH)3, Zn(OH)2, Be(OH)2 и другие. Реагируя с кислотами, они проявляют свойства оснований (1), а при взаимодействии со щелочами — свойства кислот (2):

1) Al(OH)3 + 3НCl = AlCl3 + 3H2O,

Zn(OH)2 + 2НCl = ZnCl2 + 2H2O;

Амфотерные гидроксиды разлагаются при нагревании, образуя амфотерные оксиды и воду:

Zn(OH)2 ZnO + H2O;

2Al(OH)3 Al2O3 + 3H2O.

Амфотерные гидроксиды получают, добавляя раствор щелочи к раствору соли:

2NaOH + ZnCl2 = Zn(OH)2↓ + 2NaCl;

3NaOH + AlCl3 = Al(OH)3↓ + 3NaCl.

При этом необходим избыток соли, так как в избытке щелочи образующийся амфотерный гидроксид растворяется.

Следует отметить, что амфотерность проявляют также и органические соединения — аминокислоты, белки.

Вопросы, задания, задачи

1. Назовите основания: КОН, Са(ОН)2, Сu(OH)2, Ni(OH)2, Fe(OH)2, Fe(OH)3. Какие из них относятся к нерастворимым, малорастворимым, растворимым?

2. Приведите пример уравнения реакции взаимодействия щелочи с амфотерным гидроксидом в:

• а) растворе;
• б) расплаве.

3. Докажите, что гидрат аммиака NH3 ∙ H2O относится к основаниям.

4. Перечислите химические свойства:

• а) щелочей;
• б) нерастворимых оснований;
• в) амфотерных гидроксидов.

5. Составьте уравнения реакций между гидроксидом натрия и веществами, формулы которых СО2, Н2SO3, FeSO4, Mg(NO3)2. Назовите образовавшиеся соли.

6. Выберите реагент (или реагенты) для осуществления следующих превращений.

7. Составьте уравнения диссоциации веществ Zn(OH)Cl и LiOH. Какое из них не относится к щелочам? Почему?

8. Составьте уравнения реакций согласно схеме:

• a) Cu(OH)2 CuSO4 Cu(OH)2 CuOH …;
• б) Na NaOH Fe(OH)3 Fe2O3 ….

9. Укажите окраску лакмуса в растворе, полученном при добавлении к раствору, содержащему гидроксид натрия массой 10 г, раствора, содержащего серную кислоту такой же массы.

10. К раствору гидроксида натрия массой 150 г с массовой долей щелочи 3 % добавили натрий массой 2,3 г. Определите массовую долю вещества в конечном растворе (с точностью до четырех значащих цифр).

Самоконтроль

1. Щелочами являются:

• а) Са(ОН)2;
• б) Al(OH)3;
• в) Ва(OH)2;
• г) Fe(OH)3.

2. Гидроксид цинка при взаимодействии со щелочью может образовать:

• а) ZnCl2;
• б) K2ZnO2;
• в) Zn(OH)Cl;
• г) K2[Zn(OH)4].

3. Гидроксид натрия реагирует с:

• а) СuCl2;
• б) KCl;
• в) Zn(OH)2;
• г) SO2.

4. Получить Fe(OH)3 можно взаимодействием:

• а) FeCl3 и Mg(OH)2;
• б) Fe2O3 и H2O;
• в) Fe(NO3)3 и NaOH;
• г) FeСl3 и KOH.

5. Действием воды можно осуществить превращение:

• а) Fe2O3 → Fe(OH)3;
• б) ВаO → Ва(OH)2;
• в) Ba(NO3)2 → Ba(OH)2;
• г) Сu → Cu(OH)2.