Характерные химические свойства оснований и амфотерных гидроксидов

Тема 5. Свойства оснований, кислот, солей

Основания – это гидроксиды вида Kat ^{n +}(OH) _n ^–, где Kat ^{n +} – катион металла Me ^{n +} или аммония NH⁴⁺. Группы OH^– – гидроксид-ионы, способны отделятся при диссоциации, а в реакциях – замещаться на кислотные остатки. Рассмотрим свойства оснований.

1. Диссоциация.

Все основания в водном растворе диссоциируют на катионы металла или аммония и группы ОН^–.

Сильные основания распадаются практически полностью, всегда в одну ступень:

KOH = K⁺ + OH^–

 

Ca(OH)₂ = Ca²⁺ + 2OH^–

 

Слабые основания распадаются незначительно, например:

 

NH₄OH        NH⁴⁺ + OH^–

 

Нужно запомнить, что форма записи гидрата аммиака в виде гидроксида аммония считается устаревшей, лучше записывать тот же процесс следующим образом:

 

NH₃·H₂O        NH⁴⁺ + OH^–

 

Если у основания несколько групп ОН (оно является многокислотным), то такое основание диссоциирует ступенчато, например:

 

Al(OH)₃        Al(OH)₂⁺ + OH^–

 

Al(OH)₂⁺        Al(OH)²⁺ + OH^–

 

Al(OH)²⁺        Al³⁺ + OH^–

 

2. Взаимодействие с кислотами.

Реакция между основанием и кислотой, приводящая к образованию соли и воды, называется реакция нейтрализации.

Пример 3. Составить реакцию ионного обмена между гидроксидом натрия и серной кислотой, записать ее молекулярное, полное и сокращенное ионное уравнение.

Решение. Это реакция нейтрализации – гидроксид ионы будут замещаться на кислотные остатки, или, иначе, ионы водорода в кислоте – на ионы металлов. Запишем молекулярное уравнение. Будем считать, что все ионы водорода в кислоте будут замещены на ионы металлов, образуется средняя соль (иного не указано):

 

2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2H₂O

 

В молекулярных уравнениях все вещества записываем в виде молекул. Составим полное ионное уравнение. Оно отражает реальное состояние вещества в растворе: сильные электролиты представлены в виде ионов, слабые – в основном в виде молекул, в данной реакции оба исходных вещества относятся к сильным электролитам, сульфат натрия сильный электролит (растворимая соль), вода – слабый электролит, именно из-за образования воды реакция возможна:

 

2Na⁺ + 2OH^– + 2H⁺ + SO₄^2– = 2Na⁺ + SO₄^2– + 2H₂O

 

Видно, что часть ионов (Na⁺ + SO₄^2–) непосредственно в реакции не участвуют, а реакция сводится к взаимодействию:

 

OH^– + H⁺ = H₂O

 

Это и будет сокращенное ионное уравнение, формально оно может быть получено из полного ионного уравнения вычеркиванием (сокращением) одинаковых ионов в левой и правой части. Обратим внимание, что в сокращенных уравнениях коэффициенты, по возможности, следует сокращать.

Пример 4. Составить реакцию ионного обмена между гидратом аммиака и соляной кислотой, записать ее молекулярное, полное и сокращенное ионное уравнение.

Решение. Реакция отличается от предыдущей тем, что раствор аммиака (гидрат аммиака) является слабым основанием, его в ионных уравнениях следует записывать в неизменном виде. Приведем без дополнительных пояснений:

NH₃·H₂O + HCl = NH₄Cl + H₂O

 

NH₃·H₂O + H⁺ + Cl^– = NH₄⁺ + Cl^– + H₂O

 

NH₃·H₂O + H⁺ = NH₄⁺ + H₂O

 

3. Взаимодействие с кислотными оксидами (см. раздел свойства кислотных оксидов).

4. Взаимодействие с амфотерными оксидами и гидроксидами возможно только для сильных растворимых оснований (щелочей). В растворе образуются комплексные соединения, при сплавлении – соли, содержащие амфотерный металл в анионе.

Пример 5. Составить реакцию ионного обмена между гидроксидом калия и гидроксидом бериллия, записать ее молекулярное, полное и сокращенное ионное уравнение. Записать эту же реакцию при сплавлении.

Решение. Гидроксид бериллия – слабое основание, комплексный ион устойчив в растворе:

2KOH + Be(OH)₂ = K₂[Be(OH)₄]

 

2K⁺ + 2OH^– + Be(OH)₂ = 2K⁺ + [Be(OH)₄]^2–

 

2OH^– + Be(OH)₂ = [Be(OH)₄] ^2–

 

При сплавлении:

 

2KOH + Be(OH)₂ = K₂BeO₂ + 2H₂O­

 

Реакция идет не в растворе, ионные уравнения неуместны.

5. Взаимодействие с некоторыми металлами: цинк, алюминий, бериллий – достаточно активные амфотерные металлы – растворяются в водных растворах щелочей, образуются комплексные соли, выделяется газ водород, например:

 

2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂­

 

Zn + 2NaOH + 2Н₂O = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂­

 

В концентрированных растворах щелочей растворяются олово и свинец, также образуются комплексные соли.

6. Разложение (потеря воды) при нагревании – разлагаются только нерастворимые гидроксиды и LiOH:

 

2LiOH  Li₂O + H₂O

 

Ca(OH)₂  CaO +H₂O

 

2Fe(OH)₃  Fe₂O₃ + 3H₂O

 

7. Многие гидроксиды d -элементов растворяются в гидрате аммиака (см. также раздел 3, стр. 64 данного пособия).

Именно с помощью водного раствора аммиака можно различить свежеосажденные гидроксиды цинка и алюминия:

 

Zn(OH)₂ + 4NH₃·H₂O = [Zn(NH₃)₄](OH)₂ +4H₂O

 

Запишем это уравнение в ионном виде:

 

Zn(OH)₂ + 4NH₃·H₂O = [Zn(NH₃)₄]₂⁺ + 2OH^– +4H₂O

Обратим внимание, что полное и сокращенное уравнение здесь одинаковы – до и после реакции нет одинаковых ионов.