"Химия", Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г.
Основания — сложные вещества, состоящие из атома металла и одной или нескольких групп OH. Их свойства помогают распознавать щёлочную среду и предсказывать, какие вещества образуются в реакциях. Растворимые основания, или щёлочи, меняют окраску индикаторов, реагируют с кислотами и некоторыми кислотными оксидами. Нерастворимые основания при нагревании разлагаются на оксид металла и воду. Чтобы записать такую реакцию, нужно определить продукты и уравнять число атомов.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Щёлочь — основание, растворимое в воде. Поэтому щёлочь можно обнаружить в растворе по характерным реакциям, в том числе по изменению окраски индикаторов. Не каждое основание является щёлочью: многие основания в воде не растворяются. Это различие помогает правильно выбирать свойства вещества.
Индикатор — вещество, которое меняет окраску в зависимости от среды раствора. В щелочной среде лакмус синеет, а фенолфталеин становится малиновым. По цвету можно распознать щёлочную среду, даже если сам раствор бесцветен. Индикаторы показывают характер среды, но сами по себе не сообщают, какое именно вещество растворено.
Реакция нейтрализации — взаимодействие кислоты с основанием, при котором образуются соль и вода. Например, при реакции соляной кислоты с гидроксидом натрия появляются хлорид натрия и вода. Название связано с тем, что свойства кислоты и основания в реакции взаимно ослабляются. Это понятие помогает предсказать продукты и составить уравнение реакции.
Раствор щёлочи создаёт щелочную среду, а индикатор меняет цвет в ответ на эту среду. Лакмус в ней становится синим, фенолфталеин — малиновым. Изменение окраски можно заметить сразу после добавления индикатора к раствору. Поэтому такой способ удобен для определения среды неизвестной жидкости.
При взаимодействии основания с кислотой образуются соль и вода, потому что частицы исходных веществ обмениваются составными частями. Например, гидроксид натрия реагирует с соляной кислотой с образованием хлорида натрия и воды. Группа OH основания соединяется с водородом кислоты и даёт молекулу H₂O. Оставшиеся частицы образуют соль.
Уравнение NaOH + HCl → NaCl + H₂O показывает, какие вещества вступают в реакцию и какие появляются. В растворе ионы Na⁺ и Cl⁻ образуют соль, а H⁺ и OH⁻ — воду. В этом примере число атомов каждого элемента уже одинаково слева и справа, поэтому коэффициенты равны единице. Если числа атомов не совпадают, подбирают коэффициенты перед формулами, не изменяя индексы.
Нерастворимое основание при нагревании может распадаться на оксид металла и воду. Например, гидроксид меди(II) Cu(OH)₂ превращается в оксид меди(II) CuO и воду: Cu(OH)₂ → CuO + H₂O. В формуле слева две группы OH, из которых складывается одна молекула воды, а оставшаяся часть даёт оксид. Число атомов меди, кислорода и водорода в уравнении совпадает с обеих сторон.
Щёлочь реагирует с кислотным оксидом с образованием соли и воды. Так, гидроксид кальция взаимодействует с углекислым газом: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O. Кальций и углекислотная часть образуют карбонат кальция, который выпадает в осадок; стрелка вниз обозначает осадок. Это свойство позволяет связать реакции оснований с химическими свойствами оксидов.
В таблице собраны характерные свойства оснований и условия, при которых они проявляются. Сначала определите, растворимо ли основание и какие вещества с ним взаимодействуют, затем установите продукты. По уравнению проверьте, что атомов каждого элемента слева и справа поровну.
| Свойство основания | Условия протекания | Продукты реакции | Пример уравнения |
|---|---|---|---|
| Изменение окраски индикаторов | Раствор щёлочи | Изменение окраски индикатора | Лакмус синеет; фенолфталеин становится малиновым |
| Взаимодействие с кислотой | В водном растворе | Соль и вода | NaOH + HCl → NaCl + H₂O |
| Взаимодействие с кислотным оксидом | Для щёлочи; некоторые реакции протекают в растворе | Соль и вода | Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O |
| Разложение при нагревании | Нерастворимое основание | Оксид металла и вода | Cu(OH)₂ → CuO + H₂O |
Задача 1. Запишите уравнение реакции гидроксида калия с серной кислотой и расставьте коэффициенты. Сначала определим, что основание и кислота дают соль и воду. Калий соединится с сульфат-ионом, поэтому соль — сульфат калия K₂SO₄.
Ответ: 2KOH + H₂SO₄ → K₂SO₄ + 2H₂O. Проверка показывает, что калия, серы, кислорода и водорода с обеих сторон поровну. Коэффициент 2 перед водой нельзя заменять изменением индекса в формуле.
Задача 2. Составьте уравнение реакции гидроксида кальция с углекислым газом и укажите признак. Углекислый газ — кислотный оксид, поэтому применяем правило взаимодействия щёлочи с кислотным оксидом. В качестве соли образуется карбонат кальция, а вторым продуктом становится вода.
Ответ: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O. Признак реакции — образование осадка карбоната кальция. Стрелка вниз показывает, что вещество не остаётся растворённым в виде прозрачного раствора.
Задача 3. При нагревании неизвестного нерастворимого основания образовались оксид меди(II) и вода. Нужно определить формулу основания и записать реакцию. Так как продуктом является CuO, исходное основание должно содержать медь, а при разложении гидроксидов сохраняется группа металла.
Ответ: неизвестное основание — гидроксид меди(II) Cu(OH)₂; уравнение реакции: Cu(OH)₂ → CuO + H₂O. В продуктах должен быть оксид меди, а не свободная медь. Уравнение сбалансировано без дополнительных коэффициентов.
Ошибочно считать, что все основания растворяются в воде. Такое обобщение возникает, если ученики переносят свойства щёлочей на весь класс оснований. Растворимы только некоторые основания, а многие, например Cu(OH)₂, нерастворимы. Проверяйте, говорится ли о щёлочи или об основании вообще.
При нейтрализации иногда записывают только соль и забывают воду. Это происходит, если запомнить название соли, но не учитывать соединение частиц кислоты и основания. Сверяйте продукты с правилом: кислота + основание → соль + вода. Затем проверьте число атомов в обеих частях уравнения.
Нельзя смешивать кислотные и основные оксиды: с щёлочью в рассматриваемом свойстве реагируют кислотные оксиды. Ошибка появляется, когда в уравнение подставляют любой оксид металла, не определив его класс. Перед записью реакции выясните, является ли оксид кислотным, например CO₂. Если это основной оксид, правило из примера к нему применять нельзя.
При разложении основания нельзя записывать свободный металл вместо оксида или забывать воду. Часто так происходит из-за попытки перенести в продукты только название металла из формулы. Вспомните правило: образуются оксид металла и вода, затем посчитайте атомы каждого элемента. Если баланс не сходится, проверьте продукты и коэффициенты, а не меняйте индексы.
Для понимания свойств оснований нужны знания о составе и классификации оснований, кислот и оксидов. Умение составлять формулы помогает правильно записывать вещества, например различать CuO и Cu(OH)₂. Также важно уметь составлять и уравнивать реакции: коэффициенты показывают соотношение частиц, а индексы входят в формулу самого вещества. Эти навыки пригодятся при изучении генетической связи классов неорганических веществ и решении задач на реакции обмена.
Чем щёлочь отличается от основания?
Щёлочь — это основание, которое растворяется в воде. Многие основания в воде не растворяются, поэтому не относятся к щёлочам. Например, NaOH — щёлочь, а Cu(OH)₂ — нерастворимое основание.
Как определить щелочную среду с помощью индикатора?
Добавьте к раствору индикатор и сравните его цвет с характерным для щёлочи. Лакмус в щелочной среде синеет, а фенолфталеин становится малиновым. Индикаторы показывают среду, но не определяют состав раствора.
Какие вещества образуются при реакции основания с кислотой?
При реакции кислоты с основанием образуются соль и вода. Например, NaOH + HCl → NaCl + H₂O. Такую реакцию называют нейтрализацией.
Все ли основания реагируют с кислотными оксидами?
С кислотными оксидами реагируют щёлочи, если реакция возможна по условиям её протекания. Например, гидроксид кальция реагирует с углекислым газом. При этом образуются соль и вода.
Какие продукты образуются при нагревании нерастворимого основания?
Нерастворимое основание при нагревании может разложиться на оксид металла и воду. Например, Cu(OH)₂ → CuO + H₂O. В продукте должен быть именно оксид, а не металл.
§ 42. Химические свойства оснований
