"Химия", Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Сладков С.А.
Основания — сложные вещества, в составе которых есть катион металла и одна или несколько гидроксогрупп OH. Их формулы помогают предсказывать состав и свойства вещества. Растворимые основания называют щёлочами: они меняют окраску индикаторов и реагируют с кислотами, образуя соль и воду. Нерастворимые основания тоже нейтрализуют кислоты, а при нагревании могут разлагаться на оксид металла и воду.
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 гидроксогрупп OH. Его общую формулу записывают так: Me(OH)n, где Me — металл, а n показывает число групп OH. Такая запись помогает увидеть, из каких частей составлено вещество.
Гидроксогруппа — группа атомов OH в составе основания. Число таких групп связано с зарядом катиона металла: формула должна быть электрически нейтральной. Поэтому по заряду металла можно определить, сколько групп OH поставить в формуле.
Щёлочь — растворимое в воде основание. К щёлочам относятся, например, NaOH, KOH и Ba(OH)₂. Это различие нужно, чтобы не смешивать все основания в одну группу: многие из них в воде не растворяются.
Реакция нейтрализации — реакция основания с кислотой, в результате которой образуются соль и вода. Название напоминает о результате: кислотные свойства кислоты устраняются. По этому определению можно узнать тип реакции и предсказать продукты.
В формуле основания число гидроксогрупп выбирают так, чтобы их общий отрицательный заряд уравновесил положительный заряд катиона. Катион кальция Ca²⁺ имеет заряд +2, а каждая группа OH — заряд −1, значит, нужны две группы: Ca(OH)₂. У алюминия заряд катиона Al³⁺, поэтому ему соответствуют три группы OH и формула Al(OH)₃. Скобки обязательны: индекс за скобками относится ко всей группе, а не только к атому водорода.
Основания различают по растворимости в воде. Растворимые основания называют щёлочами, а нерастворимые остаются отдельными частицами и не образуют обычного раствора. Различие важно для описания их свойств: например, действие раствора щёлочи можно проверять индикатором, а нерастворимые основания обычно узнают по составу и реакциям. Растворимость вещества нельзя определить только по тому, что в его формуле есть OH.
Щёлочь меняет окраску индикаторов, потому что раствор создаёт щелочную среду. Лакмус в ней становится синим, фенолфталеин — малиновым, метилоранж — жёлтым. В кислой среде лакмус красный, фенолфталеин остаётся бесцветным, а метилоранж становится красным. Сравнение цветов помогает отличить щелочную среду от кислой, но окраску нужно оценивать по каждому индикатору отдельно.
При реакции основания с кислотой образуются соль и вода: частицы исходных веществ перестраиваются, а кислотные свойства нейтрализуются. Например, при взаимодействии Ca(OH)₂ и HCl получается CaCl₂ и H₂O. Нерастворимые основания также могут реагировать с кислотами, если кислота вступает с ними в реакцию. При нагревании нерастворимые основания разлагаются на оксид металла и воду: из Cu(OH)₂ образуются CuO и H₂O, поскольку состав исходного вещества распадается на эти продукты.
| Признак | Растворимые основания (щёлочи) | Нерастворимые основания |
|---|---|---|
| Растворимость в воде | Растворяются в воде | В воде не растворяются |
| Примеры | NaOH, KOH, Ba(OH)₂ | Cu(OH)₂, Fe(OH)₃ |
| Действие на индикаторы | Меняют окраску индикаторов в щелочной среде | Не дают щелочного раствора |
| Взаимодействие с кислотами | Образуются соль и вода | Образуются соль и вода |
| Поведение при нагревании | Для щёлочей в этой теме не рассматривается разложение на оксид и воду | Могут разлагаться на оксид и воду |
Сначала найдите в таблице признак, который требуется определить, например растворимость или действие на индикатор. Затем сравните примеры в нужном столбце. Реакция с кислотой характерна для обеих групп, а разложение при нагревании в этой теме относят к нерастворимым основаниям.
Составьте формулы оснований для катионов Na⁺, Ca²⁺ и Al³⁺ и назовите вещества. При составлении формулы нужно уравнять заряд катиона суммарным зарядом гидроксогрупп. Каждая группа OH имеет заряд −1, поэтому число групп совпадёт с числом положительных зарядов катиона.
Проверьте результат, сложив заряды частей формулы: для каждой из трёх формул сумма равна нулю. Если групп OH больше одной, заключайте их в скобки, чтобы индекс относился ко всей гидроксогруппе. Ответ: NaOH, Ca(OH)₂ и Al(OH)₃.
Определите, какие из веществ NaOH, Cu(OH)₂ и KOH являются щёлочами, и укажите ожидаемое действие NaOH на лакмус. Чтобы ответить, сначала нужно разделить основания по растворимости в воде. Затем используйте правило изменения цвета индикатора в щелочной среде.
Не делайте вывод только по наличию OH в формуле: гидроксогруппы есть и у растворимых, и у нерастворимых оснований. Проверка состоит из двух частей — классификация по растворимости и применение правила для индикатора. Ответ: щёлочи — NaOH и KOH; лакмус в растворе NaOH синеет.
Запишите уравнения реакции между гидроксидом кальция и соляной кислотой, а также разложения гидроксида меди(II) при нагревании. В первом случае ожидаются соль и вода, а во втором — оксид металла и вода. После составления формул продуктов проверьте, что число атомов каждого элемента слева и справа одинаково.
В уравнении нейтрализации коэффициент 2 перед кислотой нужен для образования соли с двумя атомами хлора, а две молекулы воды уравнивают водород и кислород. Во втором уравнении атомы Cu, O и H уже уравнены. Ответ: Ca(OH)₂ + 2HCl → CaCl₂ + 2H₂O; Cu(OH)₂ → CuO + H₂O при нагревании.
Ошибка — называть щёлочью любое основание. Так происходит потому, что щёлочи тоже относятся к основаниям и их свойства часто описывают вместе. Проверяйте растворимость вещества: щёлочь обязательно растворяется в воде, а Cu(OH)₂, например, щёлочью не является.
Ошибка — записывать CaOH₂ вместо Ca(OH)₂. Индекс без скобок относится только к H, хотя в основании повторяется вся группа OH; это нарушает состав формулы. Проверьте, сколько групп гидроксогрупп требуется по заряду металла, и при числе больше одной поставьте группу OH в скобки.
Ошибка — приписывать щёлочи окраску индикаторов, характерную для кислоты. Путают обычно потому, что запоминают изменение цвета, но не сторону шкалы. Сверьте все три индикатора: в щёлочи лакмус синий, фенолфталеин малиновый, метилоранж жёлтый.
Ошибка — считать, что при нагревании разлагаются все основания. Это обобщение возникает, если запомнить одно уравнение без указания типа вещества. В рамках изучаемого правила разложение на оксид и воду рассматривают для нерастворимых оснований; перед записью уравнения проверьте растворимость.
Чтобы составлять формулы оснований, нужно знать состав сложных веществ, заряды ионов и правила записи химических формул. Особенно важно уметь подбирать индексы так, чтобы суммарный заряд вещества был равен нулю. Эти знания используются и при изучении кислот и солей, потому что основания участвуют с ними в реакциях обмена. Уравнения таких реакций помогают освоить расчёты по уравнениям химических реакций.
Чем основание отличается от щёлочи?
Основание — вещество, состоящее из катиона металла и гидроксогрупп OH. Щёлочь — это только растворимое в воде основание, поэтому не каждое основание является щёлочью.
Как определить число гидроксогрупп в формуле основания?
Число групп OH должно уравновешивать заряд катиона металла, чтобы формула в целом была нейтральной. Например, катиону Ca²⁺ нужны две группы OH, поэтому формула — Ca(OH)₂.
Как щёлочи действуют на индикаторы?
В щелочной среде лакмус становится синим, фенолфталеин — малиновым, а метилоранж — жёлтым. В кислой среде цвета этих индикаторов другие.
Что образуется при реакции основания с кислотой?
При реакции основания с кислотой образуются соль и вода. Такая реакция называется нейтрализацией, потому что кислотные свойства кислоты устраняются.
Какие основания разлагаются при нагревании?
При нагревании нерастворимые основания могут разлагаться на оксид металла и воду. Например, Cu(OH)₂ разлагается на CuO и H₂O.
§ 40. Основания, их классификация и свойства
