"Химия", Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н.
Нерастворимые основания — гидроксиды, которые почти не растворяются в воде. Обычно их получают, смешивая растворы соли и щёлочи: выпадает твёрдый осадок. Такие основания реагируют с кислотами, а многие при нагревании распадаются на оксид и воду. Особое место занимают амфотерные гидроксиды, например Al(OH)₃ и Zn(OH)₂: они взаимодействуют и с кислотами, и со щёлочами. Эти свойства помогают распознавать вещества и составлять уравнения реакций.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Нерастворимое основание — гидроксид, который практически не растворяется в воде. В отличие от растворимой щёлочи, он не образует однородный раствор, а может оставаться в виде твёрдых частиц. Это различие помогает предсказать, появится ли осадок при смешивании растворов.
Осадок — твёрдое вещество, выделяющееся из раствора. Он появляется, если в ходе реакции образуется соединение, которое почти не растворяется в воде. Поэтому при получении нерастворимого основания раствор мутнеет, а твёрдые частицы постепенно оседают.
Амфотерный гидроксид — гидроксид, способный реагировать и с кислотами, и со щёлочами. К таким веществам относятся Al(OH)₃ и Zn(OH)₂. Это свойство отличает их от многих других нерастворимых оснований и влияет на выбор реагента для реакции.
Амфотерность — способность вещества проявлять свойства и основания, и кислоты в зависимости от реагента. При взаимодействии с кислотой амфотерный гидроксид ведёт себя как основание, а при взаимодействии со щёлочью проявляет кислотные свойства. Понятие помогает объяснить, почему одно вещество реагирует с двумя разными классами соединений.
Нерастворимые основания обычно получают, смешивая раствор соли с раствором щёлочи. Ионы металла из соли соединяются с гидроксид-ионами, а ионы, оставшиеся от исходных веществ, образуют растворимую соль. Например, при получении Cu(OH)₂ ионы Cu²⁺ соединяются с двумя ионами OH⁻. Чтобы составить уравнение, сначала запишите формулы реагентов, затем обменяйте ионы и проверьте растворимость продуктов.
Нерастворимое основание реагирует с кислотой, потому что гидроксид-ионы связывают ионы водорода с образованием воды. Ионы металла при этом соединяются с остатком кислоты, поэтому продуктами становятся соль и вода. Так проявляются основные свойства основания. Например: Cu(OH)₂ + 2HCl → CuCl₂ + 2H₂O.
Многие нерастворимые основания при нагревании распадаются, потому что их состав неустойчив при высокой температуре. Образуются оксид металла и вода, а не соль: для этого не требуется кислота. Например, гидроксид меди(II) превращается в оксид меди(II): Cu(OH)₂ → CuO + H₂O. Это превращение можно отличить от реакции нейтрализации по продуктам.
Амфотерный гидроксид реагирует с кислотой подобно основанию, а со щёлочью — как вещество с кислотными свойствами. Например, для Al(OH)₃ уравнения можно записать так: 2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O и Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄]. Обычное нерастворимое основание, например Cu(OH)₂, реагирует с кислотой, но обычно не реагирует со щёлочью. Именно различие в реакциях позволяет обнаружить амфотерность.
В опыте судят о свойствах гидроксида по изменениям смеси. Осадок при добавлении кислоты может раствориться, поскольку образуются соль и вода; амфотерный гидроксид способен раствориться и в избытке щёлочи. Сравнение этих наблюдений помогает отличить амфотерное вещество от обычного основания. Однако не всякое нерастворимое основание амфотерно: нерастворимость сама по себе не означает способности реагировать со щёлочами.
| Вид гидроксида | Пример | Получение | Реакция с кислотой | Реакция со щёлочью | При нагревании |
|---|---|---|---|---|---|
| Нерастворимое основание | Cu(OH)₂ | CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄ | Cu(OH)₂ + 2HCl → CuCl₂ + 2H₂O | Обычно не реагирует | Cu(OH)₂ → CuO + H₂O |
| Амфотерный гидроксид | Al(OH)₃ | AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃↓ + 3NaCl | 2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O | Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄] | 2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O |
Сначала сравните строки по реакции со щёлочью: она показывает отличие амфотерного гидроксида от обычного основания. Затем проверьте реакцию с кислотой и продукты нагревания. Стрелка вниз указывает, что гидроксид образуется как осадок.
Задача 1. Составьте уравнение получения гидроксида меди(II) из растворов сульфата меди(II) и гидроксида натрия и укажите наблюдение. Нужно определить, какие ионы образуют гидроксид, а какие останутся в растворе. После записи формул следует проверить число атомов с обеих сторон.
Ответ: CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄; образуется голубой осадок. Стрелка показывает, что гидроксид не остаётся растворённым. Натрий и сульфат-ион образуют растворимую соль.
Задача 2. Запишите реакции гидроксида железа(III) с соляной кислотой и его разложения при нагревании. В первом случае нужно получить соль и воду, во втором — оксид и воду. Сопоставление продуктов позволяет не перепутать два разных превращения.
Ответ: Fe(OH)₃ + 3HCl → FeCl₃ + 3H₂O; 2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ + 3H₂O. В реакции с кислотой получается соль, а при нагревании — оксид. Коэффициент 2 перед гидроксидом нужен, чтобы получить два атома железа в Fe₂O₃.
Задача 3. Запишите реакции гидроксида алюминия с серной кислотой и гидроксидом натрия и объясните, почему он амфотерный. Для этого нужно показать оба направления взаимодействия, правильно записав формулы продуктов. Уравнивать реакции удобнее после составления формул.
Ответ: 2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O; Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄]. Гидроксид алюминия амфотерный, потому что взаимодействует и с кислотой, и со щёлочью. В каждом уравнении число атомов каждого элемента одинаково слева и справа.
Считать любое нерастворимое основание амфотерным. Ошибка возникает из-за того, что амфотерные гидроксиды тоже часто нерастворимы в воде. Но нерастворимость говорит только о поведении в воде, а не о реакции со щёлочью. Проверьте себя: для вывода об амфотерности нужно подтвердить реакции и с кислотой, и со щёлочью.
Записывать нерастворимый гидроксид как растворённый продукт. Так бывает, если не проверить растворимость вещества по таблице. Например, при смешивании CuSO₄ и NaOH образуется осадок Cu(OH)₂, а не раствор гидроксида. Поставьте стрелку вниз и проверьте, что среди продуктов есть растворимая соль.
Путать разложение основания с реакцией с кислотой. В обоих случаях может образоваться вода, поэтому реакции легко смешать. Однако при нагревании из основания получают оксид и воду, а при реакции с кислотой — соль и воду. Самопроверка проста: если в исходных веществах нет кислоты, нельзя записывать соль как продукт нейтрализации.
Забывать коэффициенты или неверно составлять формулу соли. Причина — попытка уравнять реакцию до того, как составлены формулы продуктов. Учитывайте заряды ионов, например для Al³⁺ и SO₄²⁻ формула соли — Al₂(SO₄)₃. Затем пересчитайте атомы каждого элемента по обе стороны уравнения, не меняя индексы внутри формул.
Для работы с нерастворимыми основаниями нужны формулы кислот, оснований и солей, а также правила составления формул и уравнивания реакций обмена. Понятие осадка и таблица растворимости помогают предсказать, какой продукт выпадет из раствора. Позже эти знания пригодятся при изучении свойств оксидов, кислот и оснований. Амфотерность показывает, почему соединения металлов могут по-разному вести себя с разными реагентами.
Почему при смешивании растворов соли и щёлочи появляется осадок?
В растворах ионы соли и щёлочи обмениваются партнёрами. Если среди продуктов образуется гидроксид, который почти не растворяется в воде, он отделяется от раствора в виде твёрдых частиц — осадка.
Как по уравнению реакции понять, что основание нерастворимое?
В уравнении получения нерастворимое основание записано среди продуктов как отдельный гидроксид, например Cu(OH)₂. Его образование обозначают стрелкой вниз: Cu(OH)₂↓; это показывает, что вещество выпадает в осадок.
Что образуется при нагревании нерастворимого основания?
Многие нерастворимые основания при нагревании разлагаются на оксид металла и воду. Например: Cu(OH)₂ → CuO + H₂O.
Чем амфотерный гидроксид отличается от обычного нерастворимого основания?
Обычное нерастворимое основание проявляет основные свойства и реагирует с кислотами. Амфотерный гидроксид реагирует также со щёлочами, поэтому его свойства зависят от того, с каким веществом он взаимодействует.
Почему гидроксид алюминия называют амфотерным?
Гидроксид алюминия реагирует и с кислотами, и со щёлочами. Способность проявлять свойства основания в одном случае и кислотные свойства в другом называется амфотерностью.
§ 37. Нерастворимые основания, их получение и свойства. Амфотерность
