Основания. Химические свойства и способы получения
Перед изучением этого раздела рекомендую прочитать следующую статью:
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
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
2K 0 + 2 H2 + O → 2 K + OH + H2 0
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
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.
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.).
Химические свойства щелочей
щёлочь(избыток)+ кислота = средняя соль + вода
щёлочь + многоосновная кислота(избыток) = кислая соль + вода
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.
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
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
А при взаимодействии избытка углекислого газа с гидроксидом натрия образуется только гидрокарбонат натрия:
2NaOH + CO2 = NaHCO3
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.
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
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!
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).
2NaOH +Cl2 0 = NaCl — + NaOCl + + H2O
6NaOH +Cl2 0 = 5NaCl — + NaCl +5 O3 + 3H2O
Кремний окисляется щелочами до степени окисления +4.
2NaOH + Si 0 + H2 + O= Na2Si +4 O3 + 2H2 0
Фтор окисляет щёлочи:
Более подробно про эти реакции можно прочитать в статье Окислительно-восстановительные реакции.
8. Щёлочи не разлагаются при нагревании.
Исключение — гидроксид лития:
2LiOH = Li2O + H2O
Щёлочи – наши помощники
Сведения о растворимости в воде можно брать из таблицы растворимости. Р – растворимые основания, то есть щёлочи, м – малорастворимые, н – нерастворимые, черта «–» означает, что такого основания не существует.
В обычных условиях являются твёрдыми веществами. Имеют вид белых порошков, легко впитывающих влагу. Требуют хранения в банках из толстого стекла с широким горлышком или полиэтиленовых емкостях.
Получение оснований
Щёлочь образуется в результате реакции металла и воды с большим выделением теплоты.
2Na + 2H2O>2NaOH + H2
CaO + H2O>Ca(OH)2.
Гидроксиды натрия и калия образуются при воздействии на раствор электрического тока:
KCl + 2H2O>2KOH + H2 + Cl2.
Свойства оснований
Щёлочи реагируют
1. С кислотными оксидами:
2КОН+SO3>K2SO4+H2O.
Щёлочи способны растворять оксидную плёнку алюминия (амфотерного оксида):
2. С кислотами:
NaOH+HCl>NaCl+HOH.
Можно определить, осталась ли щёлочь, если добавить 1-2 капли раствора фенолфталеина. Щёлочь прореагировала полностью, если малиновый цвет окрашивания раствора не появился.
Реакция между основанием и кислотой – реакция нейтрализации. Подобные реакции часто применяют с целью очищения сточных вод промышленных предприятий от щелочей и кислот. Продукты таких реакций – соли, которые более безопасны для окружающей среды. Очень эффективной и экономически выгодной является нейтрализация стоков различных производств.
3. С солями. Это реакции обмена. Происходят в растворе, при этом исходная соль должна быть водорастворимой. А получаемое вещество – нерастворимым:
2NaOH+Mn(NO3)2=Mn(OH)2v+2NaNO3
4. С галогенами.
На холоде: Cl2 + 2NaOH = NaClO+NaCl+H2O.
При нагревании: 3Cl2+6NaOH = NaClO3+5NaCl+3H2O.
Расплавить можно только гидроксиды натрия и калия (температуры плавления соединений составляют 322о и 405о соответственно).
Безопасность в работе со щелочами
Химические ожоги, причиняемые щелочами, в том числе едким натром и едким кали, намного опаснее, чем химические ожоги от кислот. Ожог усугубляется, если кусочек кристаллического вещества прилипает к коже.
Щёлочи способны разъедать много материалов, вызывать серьёзные ожоги на коже и слизистых оболочках, поражать глаза. Поэтому гидроксид натрия называют «едким натром», а гидроксид калия – «едким кали». При работе со щелочами и их растворами, нужно соблюдать осторожность. При попадании раствора щелочи на кожу, нужно сразу смыть его большим количеством воды. Затем обработать это место слабым раствором уксусной или борной кислоты. И опять промыть водой.
Что за вещество «нашатырный спирт»?
Во взаимодействие вступает небольшое количество растворённого аммиака и одновременно распадается на исходные вещества, на что указывает знак «-» в уравнении. Гидроксид аммония, подобно щелочам, изменяет окрашивание индикатора, взаимодействует с кислотными оксидами, кислотами и солями.
2NH4OH+СО2>(NH4)2СО3+H2O
NH4OH+HCl>NH4Cl+H2O
NH4OH+Pb(NO3)2>Pb(OH)2v+2NH4NO3.
Применение оснований
Нашатырный спирт используют не только для того, чтобы привести человека в сознание. С его помощью можно отлично вымыть окна, используя 1 столовую ложку препарата на 1 литр воды. Затем нужно вытереть поверхность бумажными полотенцами.
Если смешать 1 часть нашатырного спирта с 1 частью уксуса, а потом протирать полученным раствором поверхность утюга, то он станет чистым. Но не стоит думать, что получится мгновенный эффект. Поверхность нужно аккуратно потереть.
Широко применяют, прежде всего, гидроксиды кальция и натрия. Гашёная известь – это гидроксид кальция Сa(OH)2. Её используют, как вяжущий материал в строительстве. Смешивают с песком и водой. Полученную смесь наносят на кирпич, штукатурят стены. В результате взаимодействия основания с углекислым газом и оксидом силициума (IV), смесь твердеет. Известь способна поглощать кислые газы. Также может впитывать токсичные вещества, поэтому для здоровья жильцов белить комнату предпочтительнее, чем красить.
Также гидроксид кальция используют в сахарной промышленности, сельском хозяйстве, при изготовлении зубных паст, получении многих веществ.
Гидроксид натрия (каустическую соду) используют при производстве мыла в реакции щёлочи с жиром, при изготовлении лекарств, в кожной промышленности, для очищения нефти. Каустическая сода применяется для чистки масляных пятен. Всем известный «Крот» для труб представляет собой раствор гидроксида натрия, способный растворять жиры и даже волосы.
Щёлочи разъедают стекло и фарфор. Растворяют белковые вещества.
Применяются в медицине в качестве антисептиков, раздражающих и прижигающих препаратов. При заболеваниях пищеварительной системы щелочные минеральные воды действуют оздоравливающе. Эффективны в лечении подагры, стоматита, в лечении заболеваний дыхательной системы. Являются мочегонным средством. Нейтрализуют отравление кислотами.
Немаловажно участие щелочей в изготовлении каучука, искусственного волокна, красителей, очищения предметов из металла, обработки деревянных поверхностей. Являются хладагентом холодильных установок. Используются в сельском хозяйстве, лёгкой промышленности и металлургии.
Щелочные продукты питания
Различают кислые, щелочные и нейтральные продукты питания. Среди щелочных продуктов можно перечислить зелень, репу, огурцы, хрен, сельдерей, лимоны, свеклу, морковь, капусту, цитрусовые, смородину, виноград, вишню, сухофрукты, картофель, перец, помидоры, чеснок.
Примечательно, что в составе нейтральных продуктов содержатся и кислоты, и щёлочи. Это растительное, сливочное масло.
Щёлочи активно используются человеком. При этом следует помнить и в обязательном порядке соблюдать правила техники безопасности.
Уроки по неорганической химии для подготовки к ЕГЭ
Свойства простых веществ:
Свойства сложных веществ:
Особенности протекания реакций:
Химические свойства оснований
1. Щелочи (растворимые основания) из металлов реагируют только с Zn, Be и Al:
Cr + NaOH → реакция не идет
Fe + NaOH → реакция не идет
2. Щелочи из неметаллов реагируют только с S, P, Si и галогенами:
Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O (аналогично для Br2, I2)
3Cl2 + 6NaOH → 5NaCl + NaClO3 + 3H2O (при нагревании, аналогично для Br2, I2).
2F2 + 2NaOH → OF2 + 2NaF + H2O (продукты этой реакции на ЕГЭ не проверяются, но необходимо знать, что реакция протекает)
3. Основания взаимодействуют с кислотами с образованием средних, кислых или основных солей. Тип соли зависит от соотношения реагентов: например, в избытке кислоты образуются кислые соли.
Условие: один из реагентов должен быть растворимым.
H2SiO3 + Cu(OH)2 → реакция не идет, так как и H2SiO3 и Cu(OH)2 нерастворимые.
4. Основания взаимодействуют с солями
Условие: 1) оба реагента должны быть растворимыми; 2) должен выпадать осадок или выделяться газ.
2NaOH + ZnCl2 → Zn(OH)2 
+ 2NaCl
NaOH + NH4NO3 → NH3 
+ NaNO3 + H2O
Cu(OH)2 + NaNO3 → реакция не идет, так как гидроксид меди (II) нерастворим.
5. Основания реагируют с кислотными оксидами. Если оксид в избытке образуется кислая соль:
6. Щелочи реагируют с амфотерными оксидами:
1) реакции в растворе:
ZnO + 2NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4] (тетрагидроксоцинкат натрия)
BeO + 2NaOH + H2O → Na2[Be(OH)4] (тетрагидроксобериллат натрия)
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4] (тетрагидроксоалюминат натрия)
2) реакции при сплавлении:
ZnO + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2O (цинкат натрия)
BeO + 2NaOH → Na2BeO2 + H2O (бериллат натрия)
Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O (метаалюминат натрия)
7. Щелочи реагируют с амфотерными гидроксидами:
1) реакции в растворе:
2) реакции при сплавлении:
8. Нерастворимые основания (а также Ca(OH)2 и LiOH) разлагаются при нагревании:
2.5. Характерные химические свойства оснований и амфотерных гидроксидов.
Прежде чем рассуждать о химических свойствах оснований и амфотерных гидроксидов, давайте четко определим, что же это такое?
2) К амфотерным гидроксидам относят гидроксиды металлов в степени окисления +3,+4, а также в качестве исключений гидроксиды Zn(OH)2, Be(OH)2, Pb(OH)2, Sn(OH)2. Гидроксиды металлов в степени окисления +4, в заданиях ЕГЭ не встречаются, поэтому рассмотрены не будут.
Химические свойства оснований
Все основания подразделяют на:
Напомним, что бериллий и магний к щелочноземельным металлам не относятся.
Помимо того, что щелочи растворимы в воде, они также очень хорошо диссоциируют в водных растворах, в то время как нерастворимые основания имеют низкую степень диссоциации.
Такое отличие в растворимости и способности к диссоциации у щелочей и нерастворимых гидроксидов приводит, в свою очередь, к заметным отличиям в их химических свойствах. Так, в частности, щелочи являются более химически активными соединениями и нередко способны вступать в те реакции, в которые не вступают нерастворимые основания.
Взаимодействие оснований с кислотами
Щелочи реагируют абсолютно со всеми кислотами, даже очень слабыми и нерастворимыми. Например:
Нерастворимые основания реагируют практически со всеми растворимыми кислотами, не реагируют с нерастворимой кремниевой кислотой:
Следует отметить, что как сильные, так и слабые основания с общей формулой вида Me(OH)2 могут образовывать основные соли при недостатке кислоты, например:
Взаимодействие с кислотными оксидами
Щелочи реагируют со всеми кислотными оксидами, при этом образуются соли и часто вода:
Нерастворимые основания способны реагировать со всеми высшими кислотными оксидами, соответствующими устойчивым кислотам, например, P2O5, SO3, N2O5, с образованием средних солей:
Нерастворимые основания вида Me(OH)2 реагируют в присутствии воды с углекислым газом исключительно с образованием основных солей. Например:
С диоксидом кремния, ввиду его исключительной инертности, реагируют только самые сильные основания — щелочи. При этом образуются нормальные соли. С нерастворимыми основаниями реакция не идет. Например:
Взаимодействие оснований с амфотерными оксидами и гидроксидами
Все щелочи реагируют с амфотерными оксидами и гидроксидами. Если реакцию проводят, сплавляя амфотерный оксид либо гидроксид с твердой щелочью, такая реакция приводит к образованию безводородных солей:
Если же используют водные растворы щелочей, то образуются гидроксокомплексные соли:
В случае алюминия при действии избытка концентрированной щелочи вместо соли Na[Al(OH)4] образуется соль Na3[Al(OH)6]:
Взаимодействие оснований с солями
Какое-либо основание реагирует с какой-либо солью только при соблюдении одновременно двух условий:
1) растворимость исходных соединений;
2) наличие осадка или газа среди продуктов реакции
Термическая устойчивость оснований
Все щелочи, кроме Ca(OH)2, устойчивы к нагреванию и плавятся без разложения.
Все нерастворимые основания, а также малорастворимый Ca(OH)2 при нагревании разлагаются. Наиболее высокая температура разложения у гидроксида кальция – около 1000 o C:
Нерастворимые гидроксиды имеют намного более низкие температуры разложения. Так, например, гидроксид меди (II) разлагается уже при температуре выше 70 o C:
Химические свойства амфотерных гидроксидов
Взаимодействие амфотерных гидроксидов с кислотами
Амфотерные гидроксиды реагируют с кислотами:
Амфотерные гидроксиды металлов в степени окисления +3, т.е. вида Me(OH)3, не реагируют с такими кислотами, как H2S, H2SO3 и H2СO3 ввиду того, что соли, которые могли бы образоваться в результате таких реакций, подвержены необратимому гидролизу до исходного амфотерного гидроксида и соответствующей кислоты:
Взаимодействие амфотерных гидроксидов с кислотными оксидами
Амфотерные гидроксиды реагируют с высшими оксидами, которым соответствуют устойчивые кислоты (SO3, P2O5, N2O5):
Амфотерные гидроксиды металлов в степени окисления +3, т.е. вида Me(OH)3, не реагируют с кислотными оксидами SO2 и СO2.
Взаимодействие амфотерных гидроксидов с основаниями
Из оснований амфотерные гидроксиды реагируют только с щелочами. При этом, если используется водный раствор щелочи, то образуются гидроксокомплексные соли:
А при сплавлении амфотерных гидроксидов с твердыми щелочами получаются их безводные аналоги:
Взаимодействие амфотерных гидроксидов с основными оксидами
Амфотерные гидроксиды реагируют при сплавлении с оксидами щелочных и щелочноземельных металлов:
Термическое разложение амфотерных гидроксидов
Все амфотерные гидроксиды не растворимы в воде и, как любые нерастворимые гидроксиды, разлагаются при нагревании на соответствующий оксид и воду:
