§ 39. Соли

Определения и обозначения

Соль — сложное вещество, состоящее из катионов металла или иона аммония NH₄⁺ и анионов кислотного остатка. В формуле сначала записывают катион, затем анион, а индексы подбирают так, чтобы суммарный заряд был равен нулю. Например, Na₂SO₄ содержит катионы Na⁺ и анионы SO₄²⁻. Такое представление помогает понять состав вещества и предсказать, какие ионы участвуют в его реакциях.

Средняя соль — соль, в которой все атомы водорода кислоты замещены катионами металла или аммония. Например, Na₂SO₄ — средняя соль серной кислоты, а CaCO₃ — средняя соль угольной кислоты. В их формулах нет водорода, который оставался бы частью кислотного остатка. Различение средних и других солей нужно, чтобы определять их состав и правильно называть вещества.

Кислая соль — продукт неполного замещения атомов водорода многоосновной кислоты. В её составе сохраняется водород, входящий в кислотный остаток: NaHCO₃ содержит HCO₃⁻, а NaHSO₄ — HSO₄⁻. Такой водород не является случайной примесью: он показывает, что замещена только часть атомов водорода исходной кислоты. По формуле можно увидеть, какой кислотный остаток образовался.

Основная соль — продукт неполного замещения гидроксогрупп основания кислотными остатками. Например, в Cu₂(OH)₂CO₃ сохраняются группы OH, а в составе также присутствует кислотный остаток CO₃²⁻. Поэтому основную соль можно распознать по одновременному присутствию в формуле гидроксогруппы и кислотного остатка. Это определение помогает отличить её от средней соли, в которой гидроксогрупп основания нет.

Как это устроено

Соли связаны с кислотами и основаниями через состав их ионов. При образовании соли атомы водорода кислоты могут замещаться катионами металла или аммония, а катионы основания соединяются с анионами кислотного остатка. Число ионов в формуле выбирают не по внешнему виду, а по зарядам: положительные и отрицательные заряды должны взаимно компенсироваться. Например, одному SO₄²⁻ нужны два Na⁺, поэтому формула сульфата натрия — Na₂SO₄.

Средние, кислые и основные соли различаются степенью замещения в исходной кислоте или основании. Если все кислотные атомы водорода заменены, получается средняя соль; если часть водорода осталась в кислотном остатке — кислая. Основная соль сохраняет часть гидроксогрупп основания, поскольку кислотными остатками замещены не все OH-группы. Поэтому состав формулы отражает, сколько атомов или групп было замещено, а не только набор элементов.

Название соли строят из названия катиона и кислотного остатка: NaCl — хлорид натрия, CaCO₃ — карбонат кальция. Если металл может иметь несколько степеней окисления, её указывают римской цифрой в скобках: FeCl₂ — хлорид железа(II), FeCl₃ — хлорид железа(III). Это уточнение необходимо, потому что один и тот же металл образует разные катионы и, соответственно, разные соли. Название кислотного остатка помогает установить, от какой кислоты образовано соединение.

Соли получают несколькими способами, и подходящий способ выбирают по свойствам исходных веществ. Кислота реагирует с основанием с образованием соли и воды; с основным оксидом также часто образуются соль и вода. Некоторые металлы вытесняют водород из кислот, но это зависит от положения металла в ряду активности и от особенностей кислоты. Ещё один способ — реакция обмена между растворами веществ, если среди продуктов возникает осадок, газ или слабый электролит.

Химические свойства соли определяются тем, какие ионы входят в её состав, и условиями реакции. При обмене ионами в растворе продукты остаются в виде ионов, если все они растворимы и являются сильными электролитами; тогда превращение не имеет заметного результата. Осадок удаляется из раствора, газ покидает его, а слабый электролит почти не распадается на ионы — поэтому такие продукты способствуют протеканию реакции до конца. Вытеснение одного металла другим из раствора соли возможно лишь с учётом ряда активности и условий, в которых идёт реакция.

Виды солей: состав, названия и примеры

Пользуйтесь таблицей, чтобы сопоставить состав формулы с видом соли: ищите водород кислотного остатка или группу OH. Затем проверьте, как называется катион и кислотный остаток, а для металла с переменной степенью окисления уточните её. Примеры показывают типичные формулы, но не исчерпывают возможный состав солей.

Разбор задач

Формула соли из ионов Al³⁺ и SO₄²⁻

Нужно составить формулу соли из катионов алюминия Al³⁺ и сульфат-анионов SO₄²⁻, а затем назвать её. Сначала следует найти наименьшее число ионов, при котором положительный и отрицательный заряды уравновесятся. Заряд каждого сульфат-иона равен −2, а каждого катиона алюминия — +3.

1. Наименьшее общее кратное чисел 3 и 2 равно 6, поэтому для суммарного заряда +6 нужны два иона Al³⁺.
2. Для заряда −6 нужны три иона SO₄²⁻; записываем индексы 2 у алюминия и 3 у сульфат-иона.
3. Так как SO₄ — сложная группа, при нескольких таких ионах её берут в скобки: Al₂(SO₄)₃.

Проверка: два иона Al³⁺ дают +6, а три SO₄²⁻ — −6, значит, формула нейтральна. Катион называется алюминием, а кислотный остаток SO₄²⁻ — сульфатом. Ответ: Al₂(SO₄)₃ — сульфат алюминия.

Обмен между растворами BaCl₂ и Na₂SO₄

Требуется записать реакцию растворов хлорида бария и сульфата натрия, определить её признак и назвать продукты. При обмене катионы меняются партнёрами: Ba²⁺ соединяется с SO₄²⁻, а Na⁺ — с Cl⁻. Затем нужно проверить растворимость продуктов, потому что именно она показывает, будет ли реакция идти до конца.

1. Составляем продукты обмена: BaSO₄ и NaCl.
2. Ставим коэффициенты, чтобы число атомов каждого элемента совпадало: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄ + 2NaCl.
3. Проверяем растворимость: BaSO₄ нерастворим и выпадает в осадок, поэтому реакция идёт до конца.

Признак реакции — появление белого осадка сульфата бария. Второй продукт — хлорид натрия, который остаётся в растворе. Ответ: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl; образуются сульфат бария и хлорид натрия.

Получение CuSO₄ из CuO

Нужно получить сульфат меди(II) из оксида меди(II) CuO и выделить соль из раствора. CuO — основный оксид, поэтому для реакции выбираем кислоту, которая содержит нужный кислотный остаток SO₄²⁻. Подойдёт серная кислота H₂SO₄: при взаимодействии оксида с кислотой образуются соль и вода.

1. Записываем схему: CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O.
2. Проверяем количество атомов: по одному Cu и S, четыре O и два H с каждой стороны, значит, коэффициенты равны 1.
3. Чтобы выделить соль, удаляем воду из раствора выпариванием или даём раствору охладиться, чтобы соль кристаллизовалась.

Уравнение реакции: CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O. После реакции получают раствор сульфата меди(II), а выпаривание или кристаллизация позволяет выделить твёрдую соль. Ответ: использовать серную кислоту и выделить CuSO₄ из раствора выпариванием либо кристаллизацией.

Типичные ошибки

Ошибка — записывать индексы в формуле соли без учёта зарядов ионов. Её допускают, когда формулу пытаются составить по числу атомов в названии или запоминают как набор символов. Проверьте суммарные заряды: например, в Al₂(SO₄)₃ заряд двух Al³⁺ равен +6, а трёх SO₄²⁻ — −6. Если сумма не равна нулю, формулу нужно исправить.

Не всякая соль, в формуле которой встречается H, является кислой. В кислой соли водород входит именно в кислотный остаток и связан с неполным замещением атомов водорода многоосновной кислоты. Например, NaHCO₃ — кислая соль, а наличие водорода в другом типе соединения само по себе такого вывода не позволяет. Сверьте формулу остатка с формулой исходной кислоты и убедитесь, что замещение было неполным.

Смешивание любых растворов солей не обязательно вызывает химическую реакцию. Часто ошибку провоцирует сам факт перестановки ионов в предполагаемой схеме обмена, хотя все продукты могут оставаться растворёнными сильными электролитами. Запишите продукты и проверьте, появляется ли осадок, газ или слабый электролит. Если ни одного такого продукта нет, реакция обмена до конца обычно не идёт.

Нельзя решать, вытеснит ли один металл другой из раствора соли, только по формулам веществ. Возможность такой реакции зависит от положения металлов в ряду активности, а также от условий и особенностей конкретной реакции. Перед записью уравнения сравните металлы по ряду активности и проверьте, учитывает ли правило условия задачи. Если металл менее активен, чем металл в составе соли, вытеснение обычно не происходит.

Связь с другими темами

Для изучения солей нужно знать состав и названия кислот и оснований, заряды ионов и правила составления формул. Эти знания позволяют определить кислотный остаток, отличить катионы и уравнять заряды в соединении. Без этого нельзя надёжно записать формулу или составить уравнение реакции соли. Поэтому тему удобно связывать с уже изученными классами неорганических веществ.

Соли и их реакции пригодятся при изучении ионного обмена, качественных реакций и гидролиза солей. В ионном обмене важно понимать, какие ионы остаются в растворе, а какие образуют осадок или слабый электролит. Знание состава солей также помогает описывать превращения неорганических веществ и находить неизвестные вещества по признакам реакции. Эти понятия связывают формулы соединений с наблюдаемыми химическими процессами.

Что запомнить

• Формула соли должна быть электрически нейтральной.
• Катионом соли может быть катион металла или ион аммония.
• Средняя соль не содержит замещаемых атомов водорода кислоты или гидроксогрупп основания.
• Кислые соли образуются при неполном замещении водорода многоосновной кислоты.
• Основные соли образуются при неполном замещении гидроксогрупп основания.
• Реакция обмена между солями в растворе идёт до конца, если образуется осадок, газ или слабый электролит.