§ 42. Соли, их классификация и свойства

Определения и обозначения

Соль — сложное вещество, состоящее из катионов металла и анионов кислотного остатка. В NaCl катион Na⁺ соединён с анионом Cl⁻, а в CaCO₃ — с катионом Ca²⁺ и анионом CO₃²⁻. Такое представление помогает понять состав вещества и правильно записать его формулу.

Средняя соль — соль, в которой все атомы водорода кислоты замещены атомами металла. Например, из H₂SO₄ можно получить Na₂SO₄: оба атома водорода заменены натрием. По отсутствию водорода в кислотном остатке среднюю соль отличают от кислой.

Кислая соль — соль, в кислотном остатке которой сохранились атомы водорода. Пример — NaHCO₃, где катион Na⁺ соединён с гидрокарбонат-ионом HCO₃⁻. Это не кислота, потому что в состав вещества входят и катионы металла.

Основная соль содержит кислотный остаток и гидроксогруппы OH⁻. В Cu₂(OH)₂CO₃ есть ионы меди, карбонат-ион CO₃²⁻ и две гидроксогруппы. Наличие OH-групп позволяет отличить основную соль от средней и кислой.

Как это устроено

Состав соли связан с исходными кислотой и основанием: катион обычно соответствует металлу в основании, а анион является кислотным остатком кислоты. Например, Cu(OH)₂ и H₂SO₄ дают соль CuSO₄, потому что в ней соединяются Cu²⁺ и SO₄²⁻. Поэтому, зная формулы кислоты и основания, можно предположить состав соли.

Тип соли определяют по формуле. Если в кислотном остатке нет H и в формуле нет OH-групп, соль средняя; наличие H внутри остатка указывает на кислую соль, а наличие OH — на основную. Формулу составляют по зарядам: для Ca²⁺ и Cl⁻ нужны два хлорид-иона, поэтому получается CaCl₂, а для Al³⁺ и SO₄²⁻ — Al₂(SO₄)₃.

Растворимость солей различается потому, что ионы в кристалле удерживаются с разной силой, а вода по-разному взаимодействует с ними. При смешивании растворов таблица растворимости показывает, останутся ли продукты в растворе или один из них станет осадком. Например, AgCl нерастворим, поэтому при смешивании растворов AgNO₃ и NaCl появляется белый осадок.

Соли реагируют с металлами, кислотами, основаниями и другими солями, но реакция имеет условия. В растворе обмен обычно идёт до конца, если образуются осадок, газ или вода: именно удаление такого продукта поддерживает превращение. Некоторые соли разлагаются при нагревании, например Cu(OH)₂ → CuO + H₂O, а CaCO₃ → CaO + CO₂.

Классификация солей и характерные свойства

Таблица помогает быстро сопоставить состав соли, её тип и возможные свойства. Сначала найдите в формуле H или OH, затем проверьте растворимость предполагаемых продуктов реакции. Для уравнения обмена нужно также убедиться, что образуется осадок, газ или вода.

Разбор задач

Задача 1. Определение типа и названия солей

Определите тип соли и назовите вещества Na₂CO₃, NaHCO₃, Cu₂(OH)₂CO₃. Для решения нужно не запоминать названия формул целиком, а проверить наличие водорода и гидроксогрупп. Затем кислотный остаток помогает назвать соль.

1. В Na₂CO₃ нет H и OH, поэтому это средняя соль — карбонат натрия.
2. В NaHCO₃ водород входит в остаток HCO₃⁻, поэтому это кислая соль — гидрокарбонат натрия.
3. В Cu₂(OH)₂CO₃ есть OH-группы, поэтому это основная соль — основной карбонат меди.

Ответ: Na₂CO₃ — средняя соль, карбонат натрия; NaHCO₃ — кислая соль, гидрокарбонат натрия; Cu₂(OH)₂CO₃ — основная соль, основной карбонат меди.

Задача 2. Реакция нитрата серебра с хлоридом натрия

Составьте уравнение реакции AgNO₃ и NaCl и укажите наблюдаемый признак. Оба вещества растворимы и распадаются в растворе на ионы. После обмена нужно проверить растворимость новых соединений.

1. Ионы Ag⁺ и Na⁺ меняются местами с ионами NO₃⁻ и Cl⁻.
2. Получаются AgCl и NaNO₃.
3. По таблице растворимости AgCl нерастворим, поэтому записываем стрелку вниз: AgNO₃ + NaCl → AgCl↓ + NaNO₃.

Ответ: образуется белый творожистый осадок хлорида серебра AgCl. Реакция идёт до конца благодаря осаждению этого вещества.

Задача 3. Цепочка превращений меди

Для цепочки Cu → CuSO₄ → Cu(OH)₂ → CuO → CuCl₂ подберите реагенты и условия. На каждом шаге нужно определить, какой класс вещества должен получиться, и выбрать реакцию с подходящим признаком. Медь превращают в сульфат концентрированной серной кислотой при нагревании.

1. Cu + 2H₂SO₄(конц.) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O, при нагревании.
2. CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄.
3. Cu(OH)₂ → CuO + H₂O, при нагревании.
4. CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O.

Ответ: для второго шага нужен раствор щёлочи, для третьего — нагревание, для четвёртого — соляная кислота. Признаки превращений: голубой осадок Cu(OH)₂, его почернение при образовании CuO и растворение оксида в кислоте.

Типичные ошибки

Любая пара солей реагирует в растворе. Ошибка возникает, если считать сам обмен достаточным условием реакции. Проверяйте продукты: должен образоваться осадок, газ или вода.

Индексы в формуле можно выбрать произвольно. Так делают, забывая о зарядах ионов. Перемножьте заряд каждого иона на его индекс и убедитесь, что сумма равна нулю.

Кислую соль принимают за кислоту. В кислой соли водород входит в кислотный остаток, но рядом присутствует катион металла. Найдите металл и проверьте, является ли частица с водородом остатком кислоты.

Металл записывают как вытеснитель без проверки ряда активности. Причина ошибки — игнорирование различий в активности металлов. Сначала сравните оба металла в ряду и учтите, что более активный вытесняет менее активный.

Связь с другими темами

Для понимания солей нужны знания о составе кислот и оснований, зарядах ионов и составлении формул. Кислотные остатки и обменные реакции связывают эту тему с химическими свойствами кислот, оснований и оксидов. Таблица растворимости помогает предсказывать осадки, а ряд активности — возможность вытеснения металлов из растворов их солей.

Что запомнить

• Соли состоят из катионов металла и анионов кислотного остатка.
• В средних солях атомов водорода кислоты и гидроксогрупп нет.
• Кислые соли сохраняют атомы водорода кислотного остатка.
• В основных солях присутствуют гидроксогруппы.
• Растворимость соли определяют по таблице растворимости.
• Обменная реакция в растворе идёт до конца, если образуется осадок, газ или вода.
• Металл вытесняет из раствора соли менее активный металл.