"Химия", Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г.
Амфотерные оксиды и гидроксиды способны проявлять и основные, и кислотные свойства: они реагируют как с кислотами, так и со щёлочами. К таким веществам относятся ZnO, Al₂O₃, Zn(OH)₂ и Al(OH)₃. По продуктам реакций можно понять, какую сторону амфотерности вещество проявляет: с кислотой обычно образуются соль и вода, а со щёлочью — растворимая соль. Эти реакции помогают отличать амфотерные соединения от типичных основных и кислотных.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Амфотерность — способность вещества проявлять и кислотные, и основные свойства в зависимости от реагента. Например, одно и то же соединение может вступить в реакцию и с кислотой, и со щёлочью. Это понятие помогает не относить вещество только к одному типу соединений.
Амфотерный оксид — оксид, взаимодействующий и с кислотами, и со щёлочами с образованием солей. К таким оксидам относятся ZnO и Al₂O₃. Определение подсказывает, какие реакции нужно проверить, чтобы установить свойства оксида.
Амфотерный гидроксид — гидроксид, реагирующий с кислотами и с избытком щёлочи. Примеры таких веществ — Zn(OH)₂ и Al(OH)₃. Условие об избытке щёлочи важно: без него осадок гидроксида может не раствориться полностью.
Цинкат и алюминат — соли, образующиеся при взаимодействии амфотерных соединений цинка и алюминия со щёлочами. В школьных уравнениях часто записывают цинкат натрия Na₂ZnO₂ и алюминат натрия NaAlO₂. Эти формулы позволяют распознать продукты реакции амфотерного соединения со щёлочью.
Оксиды и гидроксиды цинка и алюминия относят к амфотерным, потому что они дают характерные реакции с реагентами противоположных свойств. С кислотой они ведут себя подобно основным соединениям, а со щёлочью — подобно кислотным. Поэтому одного опыта недостаточно: нужно учитывать оба направления реакций.
Когда амфотерный оксид или гидроксид реагирует с кислотой, образуются соль и вода. Например, ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O, а Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O. Такие продукты характерны для взаимодействия кислоты с основным оксидом или основанием, поэтому реакция подтверждает основные свойства амфотерного вещества.
При взаимодействии со щёлочью амфотерный оксид или гидроксид образует соль. Например, Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O, а Zn(OH)₂ + 2NaOH → Na₂ZnO₂ + 2H₂O. Способность связывать щёлочь и давать соль показывает кислотные свойства этих соединений.
Осадки Zn(OH)₂ и Al(OH)₃ растворяются в избытке щёлочи, потому что после добавления достаточного количества реагента образуются растворимые цинкат или алюминат. В воде частицы этих солей распределяются в растворе, поэтому видимый осадок исчезает. Слово «избыток» означает, что щёлочи добавили больше, чем требуется только для образования осадка из раствора соли.
Типичные основные соединения реагируют с кислотами, но не проявляют характерной реакции с избытком щёлочи; типичные кислотные соединения, напротив, реагируют со щёлочами. Амфотерные вещества отличаются тем, что для них возможны оба направления взаимодействия. Сравнение реакций помогает определить, к какой группе относится вещество, не полагаясь только на его формулу.
| Вещество | Реакция с кислотой | Реакция со щёлочью | Образующаяся соль |
|---|---|---|---|
| ZnO | ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O | ZnO + 2NaOH → Na₂ZnO₂ + H₂O | Хлорид цинка; цинкат натрия |
| Al₂O₃ | Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O | Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O | Хлорид алюминия; алюминат натрия |
| Zn(OH)₂ | Zn(OH)₂ + 2HCl → ZnCl₂ + 2H₂O | Zn(OH)₂ + 2NaOH → Na₂ZnO₂ + 2H₂O | Хлорид цинка; цинкат натрия |
| Al(OH)₃ | 2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O | Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2H₂O | Сульфат алюминия; алюминат натрия |
Сначала сравни формулу вещества с первым столбцом, затем проследи, какой реагент указан в нужном столбце. Уравнения показывают, что состав соли зависит от кислоты или щёлочи. Для реакций со щёлочью гидроксид обычно берут в избытке, чтобы осадок растворился.
Условие. Составить уравнение реакции ZnO с соляной кислотой и определить тип свойств оксида. Оксид цинка относится к амфотерным веществам, но здесь проверяется только его взаимодействие с кислотой. Нужно получить соль и воду, а затем истолковать результат.
Ответ: ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O; в этой реакции оксид цинка проявляет основные свойства.
Условие. Составить уравнения реакций гидроксида алюминия с серной кислотой и раствором NaOH. Сравнение двух уравнений должно показать двойственные свойства одного вещества. В первом случае реагент — кислота, во втором — щёлочь в избытке.
Ответ: 2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O; Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2H₂O.
Условие. Получить осадок гидроксида алюминия из раствора соли, а затем растворить его в избытке щёлочи. Например, можно взять растворы AlCl₃ и NaOH. Сначала важно не добавлять щёлочь в избытке, иначе осадок начнёт растворяться.
Ответ: AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃↓ + 3NaCl; затем Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2H₂O.
Ошибка — считать амфотерный оксид только основным и записывать для него реакции лишь с кислотами. Так поступают, если судят о веществе по одной знакомой реакции. Проверь себя: для ZnO или Al₂O₃ нужно также рассмотреть взаимодействие со щёлочью.
Ошибка — ожидать, что гидроксид растворится в любом количестве щёлочи. Обычно осадок Zn(OH)₂ или Al(OH)₃ растворяется именно при избытке щёлочи, потому что реагент должен продолжить взаимодействие с уже образовавшимся гидроксидом. Проверь условие задачи: если требуется растворить осадок, в ней должно быть указано добавление избытка щёлочи.
Ошибка — неверно записывать формулу соли цинка или алюминия со щёлочью, например переносить в неё формулу исходного гидроксида. Формулу нужно составлять по зарядам ионов: в школьных уравнениях записывают Na₂ZnO₂ и NaAlO₂. Проверь, чтобы число атомов и заряд составляющих соль частиц соответствовали формуле.
Ошибка — записывать реакцию амфотерного гидроксида с водой вместо реакции с кислотой или щёлочью. Воду не используют как реагент для подтверждения амфотерности этих веществ. Проверь, что в уравнении присутствует кислота либо щёлочь и что по продуктам можно определить проявленные свойства.
Перед изучением амфотерности нужно знать классификацию оксидов и гидроксидов, признаки реакций обмена и правила составления формул солей. Тема связана с кислотами и основаниями: амфотерность показывает, что свойства вещества зависят от реагента. Позже эти реакции пригодятся при изучении способов получения металлов, качественных реакций на ионы алюминия и цинка и химических производств.
Почему одно и то же вещество может реагировать и с кислотой, и со щёлочью?
Строение амфотерного вещества позволяет ему взаимодействовать с разными реагентами. С кислотой оно проявляет основные свойства, а со щёлочью — кислотные. Поэтому результат зависит от того, с каким веществом оно реагирует.
Какие оксиды и гидроксиды называют амфотерными?
Это оксиды и гидроксиды, которые реагируют и с кислотами, и со щёлочами. В школьных примерах часто рассматривают ZnO, Al₂O₃, Zn(OH)₂ и Al(OH)₃. В реакциях со щёлочами образуются соли — цинкаты или алюминаты.
Чем амфотерный гидроксид отличается от обычного нерастворимого основания?
Оба вещества могут быть нерастворимыми в воде и реагировать с кислотами. Но амфотерный гидроксид дополнительно реагирует с избытком щёлочи, образуя растворимую соль. Обычное основание такой способности не проявляет.
Почему осадок Al(OH)₃ растворяется в избытке щёлочи?
Гидроксид алюминия проявляет кислотные свойства при взаимодействии со щёлочью. Он реагирует с ней с образованием растворимого алюмината и воды. Избыток щёлочи нужен, чтобы реакция продолжалась после образования осадка.
Как по уравнениям реакций определить, что вещество амфотерное?
Нужно проверить, реагирует ли оно и с кислотой, и со щёлочью. В первом случае обычно образуются соль и вода, во втором — растворимая соль. Наличие обеих реакций указывает на основные и кислотные свойства вещества.
§ 43. Амфотерные оксиды и гидроксиды
