"Химия (углублённый уровень)", Пузаков С.А., Машнина Н.В., Попков В.А.
Амфотерные оксиды и гидроксиды способны проявлять свойства и кислот, и оснований: результат зависит от того, с чем они взаимодействуют. С кислотой гидроксид обычно образует соль и воду, а в избытке щёлочи может перейти в растворимый гидроксокомплекс. Эти превращения объясняют, почему осадки алюминия и цинка растворяются при добавлении щёлочи, и помогают составлять уравнения реакций. Главное — учитывать среду, избыток реагента и проверять баланс атомов и зарядов.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Амфотерность — способность вещества проявлять свойства и кислот, и оснований в зависимости от реагента. Иначе говоря, одно и то же вещество может по-разному взаимодействовать с кислотой и щёлочью. Это понятие помогает предсказать продукты реакции, не считая вещество исключительно кислотным или основным.
Амфотерный оксид — оксид, реагирующий как с кислотами, так и со щелочами. Например, Al₂O₃ с кислотой даёт соль и воду, а в растворе щёлочи может образовать гидроксокомплекс. Такое определение нужно, чтобы различать поведение оксидов в разных средах.
Амфотерный гидроксид — гидроксид, который реагирует с кислотами и растворяется в избытке щёлочи. К первой группе примеров относятся Al(OH)₃ и Zn(OH)₂. Слово «избыток» указывает, что щёлочи добавлено достаточно для образования растворимого продукта, а не только осадка.
Комплексный ион — частица, образующаяся при связывании иона металла с гидроксид-ионами; пример — [Al(OH)₄]⁻. Ион металла здесь соединён сразу с несколькими частицами OH⁻, а квадратные скобки показывают состав комплекса. Это определение нужно для записи продукта реакции ионным уравнением.
При взаимодействии амфотерного гидроксида с кислотой образуются соль и вода. Причина в том, что гидроксид-ионы OH⁻ соединяются с ионами водорода H⁺, образуя молекулы воды. Оставшиеся ионы металла и кислотного остатка дают растворённую соль. Например, сокращённая ионная запись для гидроксида алюминия: Al(OH)₃ + 3H⁺ → Al³⁺ + 3H₂O.
В избытке щёлочи гидроксид может раствориться, потому что его ион металла связывает дополнительные OH⁻ из раствора. Образующаяся частица — гидроксокомплекс — растворима, поэтому твёрдый осадок переходит в раствор. Для алюминия запись выглядит так: Al(OH)₃ + OH⁻ → [Al(OH)₄]⁻. Для цинка комплекс имеет другой состав и заряд: Zn(OH)₂ + 2OH⁻ → [Zn(OH)₄]²⁻.
Амфотерный оксид с кислотой также даёт соль и воду. Оксид металла можно рассматривать как участника кислотно-основного взаимодействия: кислота предоставляет H⁺, а кислород оксида связывает их с образованием воды. Ионы металла переходят в раствор и вместе с анионами кислоты образуют соль. Например: Al₂O₃ + 6H⁺ → 2Al³⁺ + 3H₂O.
В водном растворе щёлочи оксид взаимодействует с гидроксид-ионами и водой, а ион металла оказывается в составе растворимого гидроксокомплекса. Вода в уравнении нужна для учёта водородных и кислородных атомов, входящих в состав комплекса. Для алюминия сокращённое ионное уравнение: Al₂O₃ + 2OH⁻ + 3H₂O → 2[Al(OH)₄]⁻. Аналогично в щелочной среде могут образовываться комплексы цинка.
В сокращённом ионном уравнении оставляют частицы, которые действительно меняются, а ионы-наблюдатели убирают. Поэтому растворение гидроксида алюминия в избытке щёлочи показывают как превращение Al(OH)₃ в [Al(OH)₄]⁻. Перед записью проверяют число атомов каждого элемента с обеих сторон и суммарный заряд. Для Al(OH)₃ + OH⁻ → [Al(OH)₄]⁻ с обеих сторон сохраняется заряд −1.
| Исходное вещество | Среда и реагент | Продукт реакции | Пример сокращённого ионного уравнения |
|---|---|---|---|
| Амфотерный гидроксид | Кислота | Соль и вода | Al(OH)₃ + 3H⁺ → Al³⁺ + 3H₂O |
| Амфотерный гидроксид | Избыток щёлочи | Гидроксокомплекс | Al(OH)₃ + OH⁻ → [Al(OH)₄]⁻ |
| Амфотерный гидроксид | Избыток щёлочи | Гидроксокомплекс | Zn(OH)₂ + 2OH⁻ → [Zn(OH)₄]²⁻ |
| Амфотерный оксид | Кислота | Соль и вода | Al₂O₃ + 6H⁺ → 2Al³⁺ + 3H₂O |
| Амфотерный оксид | Водный раствор щёлочи | Гидроксокомплекс | Al₂O₃ + 2OH⁻ + 3H₂O → 2[Al(OH)₄]⁻ |
Сначала найди в таблице исходное вещество и реагент, затем определи, какая среда задана и есть ли избыток щёлочи. После этого выбери соответствующий продукт и используй уравнение как образец для записи реакции. В конкретной задаче не забывай проверять атомы и заряд.
Условие. Для Zn(OH)₂ составь уравнения реакций с раствором HCl и с избытком раствора NaOH. В первом случае реагент — кислота, а во втором нужно учесть щелочную среду и избыток щёлочи. Поэтому продукты будут различаться.
Ответ. С кислотой получаются ZnCl₂ и вода, с избытком щёлочи — растворимый цинкатный гидроксокомплекс [Zn(OH)₄]²⁻. Уравнение второй стадии учитывает, что две группы OH уже входят в исходный Zn(OH)₂. Поэтому для получения четырёх групп в комплексе нужны ещё два OH⁻.
Условие. Запиши молекулярное и сокращённое ионное уравнения растворения Al(OH)₃ в избытке NaOH. Сначала определяем продукт: в избытке щёлочи алюминий образует [Al(OH)₄]⁻. Ион Na⁺ остаётся вне комплекса и в сокращённом уравнении не нужен.
Ответ. Молекулярное уравнение: Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄]. Сокращённое ионное: Al(OH)₃ + OH⁻ → [Al(OH)₄]⁻. Слева и справа по одному атому Al, четырём группам OH и суммарный заряд −1.
Условие. К раствору AlCl₃ добавляли NaOH: сначала появился осадок, а затем он растворился в избытке щёлочи. Здесь нужно разделить наблюдение на две стадии. Сначала гидроксид алюминия образуется из ионов Al³⁺, а после добавления дополнительной щёлочи превращается в растворимый комплекс.
Ответ. Сначала выпадает белый осадок Al(OH)₃, потому что ионы алюминия соединяются с гидроксид-ионами. В избытке NaOH он растворяется, поскольку образуется растворимый [Al(OH)₄]⁻. Разделение на стадии объясняет, почему количество добавленной щёлочи меняет наблюдаемый результат.
Ошибка — считать, что амфотерное вещество реагирует только с кислотой или только со щёлочью. Так происходит, если запомнить лишь один знакомый пример и не учитывать реагент. Проверь себя: для каждого уравнения отдельно укажи среду и возможный продукт реакции.
Не следует записывать растворение гидроксида в щёлочи, не уточняя её избыток. Осадок может появиться при добавлении ограниченного количества щёлочи, а раствориться только при дальнейшем добавлении реагента. Чтобы проверить запись, выясни, какая стадия описана и достаточно ли OH⁻ для образования комплекса.
Нельзя заменять гидроксокомплекс простым анионом металла. Такая ошибка возникает, если забыть, что металл в щелочной среде связывает несколько гидроксид-ионов. Проверь состав частицы по скобкам и вычисли её заряд как сумму зарядов металла и всех OH⁻.
Коэффициенты и заряд в ионном уравнении должны быть согласованы. Ошибки часто появляются при подборе числа гидроксид-ионов вокруг металла или при переходе от формулы комплекса к уравнению. Самопроверка проста: пересчитай атомы и вычисли суммарный заряд обеих частей — они должны совпасть.
Для изучения реакций нужны свойства кислот и щелочей, правила составления молекулярных и ионных уравнений и понимание избытка реагента. Тема связывает кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов со строением комплексных ионов: свойства вещества проявляются через превращения его частиц в растворе. Знание амфотерности пригодится для качественных реакций на Al³⁺ и Zn²⁺, а также в задачах, где реагент добавляют последовательно.
Почему амфотерный гидроксид реагирует и с кислотой, и со щёлочью?
В составе гидроксида сочетаются свойства, позволяющие ему взаимодействовать в обоих случаях. С кислотой его гидроксид-ионы связывают H⁺, а в избытке щёлочи ион металла образует растворимый гидроксокомплекс.
Почему осадок Al(OH)₃ растворяется в избытке щёлочи?
Ионы алюминия связываются с дополнительными гидроксид-ионами из щёлочи. В результате образуется растворимый комплексный ион [Al(OH)₄]⁻, поэтому осадок исчезает.
Чем отличаются продукты реакции амфотерного гидроксида с кислотой и со щёлочью?
При реакции с кислотой обычно образуются соль и вода, а ион металла остаётся в составе соли. В избытке щёлочи образуется растворимый гидроксокомплекс, содержащий ион металла и гидроксид-ионы.
Как определить заряд гидроксокомплексного иона?
Сложите заряд центрального иона металла и суммарный заряд всех гидроксид-ионов OH⁻. Например, для Al³⁺ и четырёх OH⁻ получаем +3 − 4 = −1, поэтому формула комплекса — [Al(OH)₄]⁻.
Почему при добавлении NaOH к раствору соли алюминия важно учитывать избыток щёлочи?
При добавлении небольшого количества щёлочи сначала выпадает осадок Al(OH)₃. Если NaOH добавить в избытке, осадок растворится с образованием [Al(OH)₄]⁻, поэтому наблюдаемый результат зависит от количества реагента.
10.3. Реакции амфотерных оксидов и гидроксидов в растворе
