§ 22. Соли

Определения и обозначения

Соль — сложное вещество, состоящее из положительно заряженных ионов металла и отрицательно заряженных ионов кислотного остатка. Например, Na₂SO₄ содержит катионы натрия Na⁺ и анионы SO₄²⁻. Такое определение помогает увидеть состав соли и правильно записать её формулу.

Кислотный остаток — часть молекулы кислоты, которая остаётся после отщепления атомов водорода. В H₂SO₄ это SO₄, а в H₂CO₃ — CO₃. По кислотному остатку определяют часть формулы соли и её название.

Средняя соль образуется, когда все атомы водорода кислоты замещены атомами металла. Например, в H₂SO₄ оба атома водорода могут быть заменены натрием, поэтому получается Na₂SO₄. Средняя соль не содержит водород в кислотном остатке.

Кислая соль сохраняет в кислотном остатке один или несколько атомов водорода. Так, в NaHCO₃ есть остаток HCO₃⁻, произошедший от H₂CO₃ после замещения только одного атома водорода. Это позволяет отличить кислую соль от средней по её формуле.

Как это устроено

Состав кислоты подсказывает, какой кислотный остаток получится после удаления водорода. Число атомов водорода показывает модуль заряда остатка: H₂SO₄ даёт SO₄²⁻, H₂CO₃ — CO₃²⁻, а H₃PO₄ — PO₄³⁻. Причина в том, что нейтральная молекула кислоты теряет положительные частицы водорода, а оставшаяся группа приобретает отрицательный заряд.

Формула соли должна быть электронейтральной, потому что вещество в целом не имеет заряда. Поэтому суммарный положительный заряд катионов должен равняться суммарному отрицательному заряду кислотных остатков. Например, два иона Al³⁺ дают +6, а три иона SO₄²⁻ дают −6, поэтому формула имеет вид Al₂(SO₄)₃.

Индексы подбирают по наименьшему общему кратному зарядов ионов. Для Ca²⁺ и PO₄³⁻ это число 6: нужны три иона кальция и два фосфат-иона, значит, получается Ca₃(PO₄)₂. Если кислотный остаток состоит из нескольких атомов и его индекс больше единицы, остаток заключают в скобки.

Название соли составляют из названия металла и названия кислотного остатка. В Na₂SO₄ металл — натрий, а SO₄²⁻ — сульфат, поэтому это сульфат натрия; CaCO₃ называется карбонатом кальция. Название помогает проверить формулу: услышав «фосфат кальция», нужно взять Ca²⁺ и PO₄³⁻ и уравнять их заряды.

Среднюю и кислую соль различают по тому, остался ли водород в кислотном остатке. Na₂CO₃ — средняя соль, потому что все два атома водорода угольной кислоты заменены натрием, а NaHCO₃ — кислая, поскольку один водород сохранился. Растворимость каждой соли определяют не по внешнему виду, а по таблице растворимости, находя в ней металл и кислотный остаток.

Виды солей и их состав

Сначала определите, есть ли водород внутри кислотного остатка. Если его нет, соль средняя, а если он сохранился, соль кислая.

Затем проверьте заряды ионов и их соотношение. Скобки в формуле показывают, что индекс относится ко всей группе атомов кислотного остатка.

Разбор задач

Задача 1

Условие: определите кислотный остаток и назовите соли Na₂SO₄ и CaCO₃.

1. В Na₂SO₄ выделяем катион металла Na⁺. Оставшаяся группа SO₄ является кислотным остатком серной кислоты H₂SO₄.
2. Название SO₄²⁻ — сульфат, поэтому соединение называется сульфатом натрия.
3. В CaCO₃ катион металла — Ca²⁺, а кислотный остаток CO₃²⁻ происходит от угольной кислоты H₂CO₃.
4. Название CO₃²⁻ — карбонат, значит, CaCO₃ — карбонат кальция.

Ответ: Na₂SO₄ — сульфат натрия, кислотный остаток SO₄²⁻; CaCO₃ — карбонат кальция, кислотный остаток CO₃²⁻.

Задача 2

Условие: составьте формулы сульфата алюминия и фосфата кальция.

1. Сульфат — это SO₄²⁻, алюминий образует катион Al³⁺.
2. Наименьшее общее кратное чисел 2 и 3 равно 6. Два иона Al³⁺ дают +6, а три иона SO₄²⁻ — −6, поэтому формула: Al₂(SO₄)₃.
3. Фосфат — PO₄³⁻, кальций образует Ca²⁺.
4. Три иона Ca²⁺ и два иона PO₄³⁻ имеют взаимно компенсирующиеся заряды, поэтому формула: Ca₃(PO₄)₂.

Ответ: сульфат алюминия — Al₂(SO₄)₃; фосфат кальция — Ca₃(PO₄)₂.

Задача 3

Условие: запишите уравнение реакции нейтрализации серной кислоты гидроксидом калия и назовите образующуюся соль.

1. Кислота H₂SO₄ содержит два атома водорода, а основание KOH — одну гидроксогруппу OH⁻. Поэтому для полного взаимодействия нужны две формулы KOH.
2. Ионы K⁺ соединяются с остатком SO₄²⁻ и образуют среднюю соль K₂SO₄.
3. Оставшиеся H⁺ и OH⁻ образуют две молекулы воды. Уравнение: H₂SO₄ + 2KOH → K₂SO₄ + 2H₂O.

Ответ: H₂SO₄ + 2KOH → K₂SO₄ + 2H₂O; образуется сульфат калия.

Типичные ошибки

Путают заряд кислотного остатка с числом атомов в нём. В SO₄ четыре атома кислорода, но заряд остатка равен −2. Проверяйте его по формуле кислоты: H₂SO₄ даёт SO₄²⁻.

Записывают индексы без учёта зарядов. Например, запись AlSO₄ нарушает электронейтральность, потому что +3 и −2 не компенсируются. Сложите заряды всех ионов и убедитесь, что результат равен нулю.

Путают индекс и коэффициент. Индекс входит в формулу одной частицы: H₂O содержит два атома водорода, а коэффициент 2H₂O означает две молекулы воды. При составлении формулы соли меняют индексы, а при уравнивании реакции — коэффициенты.

Определяют растворимость по догадке. Внешний вид вещества не показывает, растворится ли оно в воде. Найдите в таблице растворимости строку катиона и столбец кислотного остатка, затем прочитайте обозначение в их пересечении.

Связь с другими темами

Для изучения солей нужны знания о составе кислот и оснований, валентности и зарядах ионов. Кислота помогает определить кислотный остаток, а заряд металла — подобрать индексы в формуле.

Соли участвуют в реакциях обмена, например в нейтрализации кислоты основанием. Их свойства также нужны при изучении способов получения веществ и состава минеральных соединений.

Что запомнить

• Соль состоит из катионов металла и анионов кислотного остатка.
• Заряд кислотного остатка связан с числом атомов водорода в соответствующей кислоте.
• Формула соли в целом электронейтральна.
• В названии соли указывают металл и кислотный остаток.
• В средней соли атомы водорода кислоты полностью замещены металлом.
• Растворимость соли определяют по таблице растворимости.