"Химия. Базовый уровень", Габриелян О.С.
Основания — сложные вещества, в состав которых входят катионы металла и гидроксид-ионы OH⁻. Растворимые основания называют щёлочами: в воде они распадаются на ионы, и именно гидроксид-ионы отвечают за изменение окраски индикаторов. Основания реагируют с кислотами, а щёлочи — также с некоторыми кислотными оксидами и солями. Зная заряд катиона, можно составить формулу основания, а по его растворимости и составу предсказать характерные реакции.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Основание — сложное вещество, состоящее из катиона металла и одной или нескольких гидроксид-групп OH⁻. Его общая формула для металла с зарядом n⁺ — M(OH)ₙ: индекс n показывает, сколько гидроксид-ионов нужно для компенсации заряда катиона. Такое представление помогает составлять формулы и распознавать основания среди других веществ.
Щёлочь — основание, растворимое в воде. В водном растворе щёлочь диссоциирует, то есть распадается на катионы металла и гидроксид-ионы: например, NaOH → Na⁺ + OH⁻. Растворимость важна, потому что именно растворимые основания проявляют свойства щелочной среды в растворе.
Гидроксид-ионы — отрицательно заряженные ионы OH⁻, входящие в состав оснований. В растворе щёлочи они свободно перемещаются и участвуют в реакциях, в том числе изменяют окраску индикаторов. Поэтому по наличию этих ионов можно объяснить характерные свойства растворов щелочей.
Номенклатура оснований — правила составления их названий по металлу и, если нужно, его степени окисления. Если металл проявляет несколько степеней окисления, её указывают римской цифрой в скобках: Fe(OH)₂ — гидроксид железа(II), Fe(OH)₃ — гидроксид железа(III). Уточнение помогает различать вещества с разным составом.
Чтобы составить формулу основания, сначала записывают символ металла и определяют заряд его катиона. Затем подбирают количество групп OH⁻ с зарядом −1 так, чтобы суммарный заряд вещества был равен нулю. Например, Ca²⁺ требует две группы OH⁻, поэтому получается Ca(OH)₂, а для Na⁺ достаточно одной — NaOH. Скобки нужны, когда группа OH повторяется более одного раза.
Основания делят на растворимые и нерастворимые в воде. Растворимость определяют по таблице растворимости: у растворимых оснований частицы переходят в раствор, а нерастворимые остаются преимущественно в виде твёрдого вещества. Растворимые основания называют щёлочами, поэтому термин «щёлочь» не охватывает все основания. Это различие важно при выборе способа реакции и объяснении действия индикатора.
В водном растворе щёлочь распадается на катионы металла и OH⁻; например, KOH → K⁺ + OH⁻. Индикаторы меняют окраску в зависимости от среды, а гидроксид-ионы создают щелочную среду. Поэтому лакмус синеет, фенолфталеин становится малиновым, а метилоранж приобретает жёлтую окраску. Нерастворимое основание не образует такого раствора, поэтому переносить на него свойства раствора щёлочи нельзя.
И щёлочи, и нерастворимые основания реагируют с кислотами: в результате образуются соль и вода. Щёлочи, поскольку находятся в растворе, могут также реагировать с кислотными оксидами и некоторыми солями. Реакция с солью идёт до конца, если среди продуктов появляется осадок, газ или слабый электролит; иначе обмен обычно не имеет видимого результата. Нерастворимые основания с кислотными оксидами и растворами солей обычно не взаимодействуют так, как щёлочи.
Некоторые щёлочи получают взаимодействием активных металлов с водой, например 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑. Другой способ — взаимодействие с водой оксидов активных металлов: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Нерастворимое основание можно получить обменной реакцией раствора соли со щёлочью: при смешивании подходящих растворов выпадает осадок. Выбор реагентов связан с тем, чтобы нужный гидроксид образовался и был нерастворим.
| Свойство | Щёлочи | Нерастворимые основания |
|---|---|---|
| Растворимость в воде | Растворимы | Практически нерастворимы |
| Изменение окраски индикаторов | Изменяют окраску в растворе | Не проявляют свойства щелочного раствора |
| Взаимодействие с кислотами | Соль и вода | Соль и вода |
| Взаимодействие с кислотными оксидами | Возможно | Обычно не характерно |
| Взаимодействие с солями | Возможно, если реакция идёт до конца | Обычно не характерно |
| Поведение при нагревании | Большинство устойчиво; отдельные основания разлагаются | Многие разлагаются на оксид и воду |
Сравнивая вещества, сначала выясните, растворимо ли основание: это позволяет определить, щёлочь перед вами или нет. Затем учитывайте, что реакция с кислотой свойственна обоим типам, а изменение окраски индикатора — свойство раствора щёлочи. Для реакций с солями проверяйте, образуется ли осадок, газ или слабый электролит.
Ответ: NaOH — гидроксид натрия; Ca(OH)₂ — гидроксид кальция; Fe(OH)₃ — гидроксид железа(III). Формулы: гидроксид калия — KOH, гидроксид меди(II) — Cu(OH)₂. При составлении формулы число групп OH определяют по заряду катиона.
Ответ: NaOH + HCl → NaCl + H₂O; Cu(OH)₂ + H₂SO₄ → CuSO₄ + 2H₂O. В обоих уравнениях должны быть соль и вода. После записи продуктов проверьте число атомов каждого элемента в левой и правой частях.
Ответ: CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄; Cu(OH)₂ → CuO + H₂O (нагревание); CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O. В цепочке меняется класс вещества: соль, основание, оксид, соль. Стрелка вниз указывает на выпадение осадка.
Ошибка — считать все основания щёлочами. Её допускают, потому что в названиях веществ часто смешивают общее понятие «основание» и его растворимую разновидность. Проверьте растворимость по таблице: щёлочами являются только основания, растворимые в воде. Например, NaOH — щёлочь, а Cu(OH)₂ — нерастворимое основание.
Ошибка — неверно подбирать число групп OH, не учитывая заряд катиона металла. Если поставить одну группу OH рядом с Ca²⁺, заряд формулы не будет равен нулю. Сопоставьте заряд катиона с зарядом OH⁻ и подберите такое количество групп, чтобы суммарный заряд стал нулевым. Для Ca²⁺ нужны две группы, поэтому запись — Ca(OH)₂.
Ошибка — записывать реакцию основания с кислотой без воды среди продуктов. Иногда ученик учитывает только образование соли и забывает, что нейтрализация включает соединение H⁺ и OH⁻ в H₂O. Проверьте уравнение по схеме «кислота + основание → соль + вода», а затем уравняйте его. Например, NaOH + HCl даёт не только NaCl, но и H₂O.
Ошибка — приписывать нерастворимому основанию свойства раствора щёлочи, например изменение окраски индикатора. Так происходит, если запомнить действие OH⁻ в растворе, но не учесть растворимость самого вещества. Перед выводом об окраске индикатора выясните, образует ли основание раствор. Нерастворимый Cu(OH)₂ не является раствором щёлочи и не проявляет свойств индикатора так, как раствор NaOH.
Для изучения оснований нужны знания о зарядах ионов, валентности, формулах кислот и солей, а также о расстановке коэффициентов в уравнениях. По этим правилам составляют формулы оснований и предсказывают продукты реакций. Тема связана с электролитической диссоциацией и реакциями ионного обмена, а также с генетической связью классов неорганических веществ. Эти умения применяют и при расчётах по уравнениям реакций.
Чем основание отличается от щёлочи?
Основание — вещество, состоящее из катионов металла и гидроксид-ионов. Щёлочью называют только основание, растворимое в воде, поэтому не каждое основание является щёлочью.
Как определить число групп OH в формуле основания?
Число групп OH должно уравновешивать заряд катиона металла. Например, заряд Fe³⁺ компенсируют три группы OH⁻, поэтому формула гидроксида железа(III) — Fe(OH)₃.
Почему щёлочи изменяют окраску индикаторов?
В воде щёлочь диссоциирует и образует гидроксид-ионы OH⁻. Эти ионы создают щелочную среду, в которой индикаторы приобретают характерную окраску.
Какие продукты образуются при взаимодействии основания с кислотой?
При реакции основания с кислотой образуются соль и вода. Например, при взаимодействии NaOH с HCl получаются NaCl и H₂O.
Как получить нерастворимое основание?
Его обычно получают реакцией обмена между раствором соли и щёлочью. Если образующееся основание нерастворимо, оно выпадает в осадок, например Cu(OH)₂.
§ 23. Основания
