"Химия", Габриелян О.С.
Основания — это вещества, состоящие из металла и гидроксильных групп OH. Число таких групп связано с валентностью металла, а растворимость в воде позволяет разделить основания на щёлочи и нерастворимые вещества. Основания распознают по изменению окраски индикаторов и по реакциям с кислотами, кислотными оксидами и солями. При нагревании многие нерастворимые основания распадаются 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 атомов металла и одной или нескольких гидроксильных групп OH. Например, NaOH и Cu(OH)₂ — основания. Это определение помогает узнать вещества одного класса по их составу и предсказать некоторые общие свойства.
Гидроксильная группа — группа атомов OH, число которых в формуле основания определяется валентностью металла. Она входит в состав каждого основания, а её количество уравновешивает валентность металла. Это правило нужно, чтобы составлять формулы без нарушения равновесия зарядов.
Щёлочь — растворимое в воде основание. Например, NaOH и KOH растворяются в воде, а Cu(OH)₂ — нет. Различие важно при классификации оснований и выборе подходящих для реакции веществ.
Нейтрализация — реакция основания с кислотой, в результате которой образуются соль и вода. Например, при взаимодействии NaOH и HCl получается NaCl и H₂O. Это определение помогает распознавать такой тип реакций и проверять продукты уравнения.
Чтобы составить формулу основания, сначала записывают символ металла, затем группу OH. Число групп выбирают по валентности: у металла с валентностью I нужна одна группа, у металла с валентностью II — две, у алюминия с валентностью III — три. Например, получаются NaOH, Ca(OH)₂ и Al(OH)₃. Если групп OH больше одной, их берут в скобки, потому что индекс после скобок относится ко всей группе, а не только к водороду.
Основания делят на растворимые и нерастворимые по способности растворяться в воде; это определяют по таблице растворимости, а не по одному лишь наличию OH. Растворимые основания называют щёлочами, потому что они образуют щелочную водную среду. Растворимость важна и для опытов: раствор щёлочи можно смешать с раствором соли, а нерастворимое основание обычно используют как твёрдый осадок. При этом свойства каждого вещества уточняют по правилам реакций.
Растворы щёлочей изменяют окраску индикаторов: лакмус становится синим, а фенолфталеин — малиновым. Это происходит не из-за отдельной молекулы вещества, а из-за гидроксид-ионов OH⁻, которые присутствуют в растворе. Индикатор меняет цвет в зависимости от среды, поэтому его окраска помогает обнаружить щёлочь. Соблюдать осторожность необходимо потому, что многие щёлочи едкие и могут повредить кожу.
При взаимодействии кислоты с основанием атомы и группы в веществах перераспределяются: водород кислоты соединяется с OH основания и образует воду, а оставшиеся части дают соль. Поэтому общая схема нейтрализации: кислота + основание → соль + вода. Чтобы уравнять реакцию, записывают формулы продуктов, затем подбирают коэффициенты, сохраняя число атомов каждого элемента. Коэффициентами нельзя изменять состав формул, а в итоговом уравнении должны присутствовать и соль, и вода.
Щёлочи реагируют с кислотными оксидами с образованием соли и воды, а с некоторыми солями — если появляется осадок, газ или вода. Такие превращения объясняются обменом частями веществ; выпадение осадка часто служит видимым признаком реакции. Нерастворимые основания тоже нейтрализуют кислотами, но не дают таких реакций с кислотными оксидами и солями, как растворы щёлочей. Многие нерастворимые основания при нагревании разлагаются на оксид металла и воду, например Cu(OH)₂ → CuO + H₂O.
| Признак или свойство | Растворимые основания (щёлочи) | Нерастворимые основания |
|---|---|---|
| Примеры | NaOH, KOH, Ba(OH)₂ | Cu(OH)₂, Fe(OH)₃ |
| Растворимость в воде | Растворяются в воде | Практически не растворяются |
| Действие на индикаторы | Изменяют окраску: лакмус синеет, фенолфталеин становится малиновым | В воде окраску индикаторов обычно не изменяют, так как не образуют щелочного раствора |
| Реакция с кислотами | Образуются соль и вода | Образуются соль и вода |
| Реакция с кислотными оксидами | Реагируют с образованием соли и воды | Обычно не реагируют так, как щёлочи |
| Реакция с солями | Возможна, если образуется осадок, газ или вода | Как правило, характерна не для нерастворимых оснований |
| Поведение при нагревании | Многие щёлочи термически устойчивы | Многие разлагаются на оксид металла и воду |
Сначала определите растворимость вещества по таблице, затем найдите нужный столбец. Сравнивайте не только формулы, но и условия реакции: например, взаимодействие щёлочи с солью идёт, если среди продуктов образуется осадок, газ или вода.
Условие. Распределите NaOH, Cu(OH)₂, KOH и Fe(OH)₃ на щёлочи и нерастворимые основания, назовите вещества. Чтобы решить задачу, нужно сначала увидеть группу OH и определить, что каждое соединение — основание. Затем растворимость проверяют по таблице, поскольку по одному составу её установить нельзя.
Ответ. Щёлочи: NaOH — гидроксид натрия, KOH — гидроксид калия. Нерастворимые основания: Cu(OH)₂ — гидроксид меди(II), Fe(OH)₃ — гидроксид железа(III).
Условие. Составьте уравнения реакций H₂SO₄ с NaOH и Fe(OH)₃ с HCl, расставьте коэффициенты и назовите продукты. В обоих случаях основание реагирует с кислотой, значит, ожидаются соль и вода. Сначала устанавливают формулу соли по составу кислоты и металла, затем уравнивают число атомов.
Ответ. Получаются сульфат натрия и вода, а также хлорид железа(III) и вода. Проверьте, что количество атомов каждого элемента слева и справа совпадает.
Условие. Проведите превращения CuSO₄ → Cu(OH)₂ → CuO и запишите уравнения с наблюдаемыми признаками. Первый переход — реакция обмена раствора соли с щёлочью, второй — разложение нерастворимого основания при нагревании. В качестве щёлочи удобно взять NaOH, так как в результате образуется нерастворимый гидроксид меди(II).
Ответ. Последовательность уравнений: CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄; Cu(OH)₂ → CuO + H₂O. Стрелка вниз обозначает выпадение осадка, а изменение цвета подтверждает образование новых веществ.
Растворимость основания иногда пытаются определить по наличию группы OH. Но OH входит в состав и растворимых, и нерастворимых оснований, поэтому этот признак не показывает растворимость. Проверьте себя по таблице растворимости: только по ней можно решить, относится ли вещество к щёлочам.
При составлении формулы с несколькими группами OH иногда забывают поставить скобки и пишут CaOH₂ вместо Ca(OH)₂. Такой записи недостаточно, чтобы показать, что две группы OH целиком относятся к кальцию. Пересчитайте атомы: в Ca(OH)₂ есть два атома кислорода и два атома водорода, объединённые в две гидроксильные группы.
Ещё одна ошибка — считать все основания щёлочами. Её допускают, потому что в обоих названиях речь идёт о веществах с группой OH, но основание — более широкое понятие. Чтобы проверить себя, выясните растворимость: Cu(OH)₂ — основание, но не щёлочь.
В уравнении нейтрализации могут забыть воду или неверно поставить коэффициенты. Причина часто в том, что начинают уравнивать атомы, не определив продукты реакции. Сначала запишите соль и воду, затем посчитайте атомы слева и справа; формулы веществ при уравнивании не меняют.
Для составления формул оснований нужно знать валентность элементов и уметь составлять формулы соединений. При определении растворимости пригодится таблица растворимости, а при записи уравнений — знания о типах химических реакций. Эти основы помогут изучать кислоты и соли, а также генетические связи между классами неорганических соединений.
Свойства щёлочей связаны с темами об индикаторах и реакциях ионного обмена: изменение окраски и образование осадка помогают распознавать реакции. Знание свойств оснований пригодится для изучения качественных реакций. Поскольку щёлочи могут быть едкими, при работе с ними соблюдают правила безопасности и не допускают попадания раствора на кожу.
Чем основание отличается от щёлочи?
Основание — это класс веществ, состоящих из атомов металла и групп OH. Щёлочью называют только то основание, которое растворяется в воде, поэтому не всякое основание является щёлочью.
Как определить число гидроксильных групп в формуле основания?
Число групп OH должно уравновешивать валентность металла. Например, у натрия валентность I, поэтому формула — NaOH, а у кальция валентность II, поэтому формула — Ca(OH)₂.
Почему в формулах Ca(OH)2 и Al(OH)3 нужны скобки?
Скобки показывают, что индекс относится ко всей группе OH, а не только к атому водорода. В Ca(OH)₂ две гидроксильные группы, а в Al(OH)₃ — три.
Как доказать, что раствор содержит щёлочь?
Добавить индикатор: например, лакмус в щелочной среде становится синим, а фенолфталеин — малиновым. Изменение окраски показывает, что в растворе есть гидроксид-ионы OH⁻, характерные для щёлочей.
Почему при нагревании Cu(OH)2 образуются CuO и вода?
Нерастворимый гидроксид меди(II) неустойчив при нагревании и разлагается. При этом из соединения образуются оксид меди(II) и вода: Cu(OH)₂ → CuO + H₂O.
§ 40. Основания, их классификация и свойства
