9.2. Взаимодействие средних солей с основаниями

Определения и обозначения

Средняя соль — соединение, в котором все кислотные атомы водорода заменены катионами металла или аммония. Например, Na₂SO₄ и CuCl₂ относятся к средним солям. Именно такие соли рассматриваются в этом параграфе, а не кислые соли, где часть атомов водорода сохраняется.

Основание — электролит, при диссоциации которого образуются катион металла и гидроксид-ионы OH⁻. В реакциях с солями особенно важна растворимость основания: растворимые основания, например NaOH и KOH, поставляют в раствор большое количество OH⁻. Их часто называют щёлочами.

Гидроксид металла — соединение металла с гидроксильными группами OH⁻. Он может образоваться при обмене ионами между солью и основанием. Растворимые гидроксиды остаются в растворе, а малорастворимые выпадают в виде осадка.

Осадок — малорастворимое твёрдое вещество, образующееся в растворе. Его обозначают стрелкой вниз: Cu(OH)₂↓. Появление осадка служит видимым признаком того, что обмен ионами действительно привёл к химическому превращению.

Как это устроено

При смешивании растворов соли и основания их частицы находятся в виде ионов. Катион соли может соединиться с гидроксид-ионами, а катион основания — с анионом соли, поэтому условную схему обмена записывают так: AB + CD → AD + CB. Формулы продуктов составляют по зарядам ионов, а затем проверяют, остаются ли эти вещества растворимыми.

Обмен идёт до конца, если один из продуктов удаляется из раствора. Чаще всего это малорастворимый гидроксид металла, но движущей силой может быть и другая малорастворимая соль. Если ни один продукт не выпадает в осадок и не происходит другого подобного изменения, ионы просто остаются в растворе и видимой реакции нет.

Растворимость исходных веществ ограничивает набор рассматриваемых реакций. Для обычного обмена нужны раствор соли и раствор основания, чтобы их ионы могли свободно перемещаться и встречаться. Поэтому нельзя автоматически переносить правило на смесь твёрдой соли с нерастворимым гидроксидом: в таком случае ионы не образуют полноценной общей растворённой системы.

Растворимая соль может реагировать со щёлочью, если катион соли образует нерастворимый гидроксид. Например, ионы Cu²⁺ соединяются с OH⁻, и появляется голубой осадок Cu(OH)₂. Молекулярное уравнение: CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄, поэтому реакцию можно обнаружить по изменению раствора и выпадению осадка.

Заряд катиона определяет число гидроксид-ионов в формуле осадка и коэффициенты уравнения. Для Fe³⁺ нужны три OH⁻, поэтому образуется Fe(OH)₃, а перед KOH ставят коэффициент 3. Полное ионное уравнение Fe³⁺ + 3Cl⁻ + 3K⁺ + 3OH⁻ → Fe(OH)₃↓ + 3K⁺ + 3Cl⁻ после сокращения ионов-наблюдателей превращается в Fe³⁺ + 3OH⁻ → Fe(OH)₃↓.

Условия и результаты взаимодействия средних солей с основаниями

Сначала определите, растворимы ли оба исходных вещества, затем составьте предполагаемые продукты. После этого проверьте таблицу растворимости: осадок указывает на протекание обмена. Если осадка нет и все вещества растворимы, сокращённое ионное уравнение не составляется.

Разбор задач

Задача 1

Составьте уравнение реакции растворов сульфата меди(II) и гидроксида натрия и укажите признак реакции. Нужно определить продукты обмена и выяснить, растворим ли гидроксид меди(II). Результатом станет осадок голубого цвета.

1. Записываем формулы реагентов: CuSO₄ и NaOH.
2. Обмениваем ионы: Cu²⁺ соединяется с OH⁻, а Na⁺ — с SO₄²⁻.
3. Получаем Cu(OH)₂ и Na₂SO₄; для компенсации заряда Cu²⁺ нужны две группы OH⁻.
4. Сверяем растворимость: Cu(OH)₂ малорастворим, поэтому ставим стрелку вниз и коэффициент 2 перед NaOH.

Ответ: CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄. Признак реакции — выпадение голубого осадка Cu(OH)₂.

Задача 2

Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения взаимодействия FeCl₃ и KOH. Ион Fe³⁺ требует трёх гидроксид-ионов, поэтому формула осадка — Fe(OH)₃. Ионы K⁺ и Cl⁻ не входят в состав осадка и будут сокращены.

1. Молекулярное уравнение: FeCl₃ + 3KOH → Fe(OH)₃↓ + 3KCl.
2. Полное ионное уравнение: Fe³⁺ + 3Cl⁻ + 3K⁺ + 3OH⁻ → Fe(OH)₃↓ + 3K⁺ + 3Cl⁻.
3. Убираем одинаковые ионы K⁺ и Cl⁻ по обе стороны уравнения.

Ответ: сокращённое ионное уравнение: Fe³⁺ + 3OH⁻ → Fe(OH)₃↓. Признак реакции — образование бурого осадка гидроксида железа(III).

Задача 3

В смеси находятся соли меди(II) и натрия, к раствору добавили щёлочь. Реагирует соль меди(II), потому что её катион образует малорастворимый Cu(OH)₂. Для соли натрия заметного превращения нет: предполагаемый NaOH растворим, поэтому обмен не имеет движущей силы.

1. Выделяем катионы: Cu²⁺ и Na⁺.
2. Проверяем продукты с OH⁻: Cu(OH)₂ выпадает в осадок, а NaOH остаётся растворённым.
3. Записываем уравнение реакции для соли меди: CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄.

Ответ: реагирует соль меди(II), а признак реакции — голубой осадок. Соль натрия не даёт видимого результата, поскольку все возможные продукты остаются растворимыми.

Типичные ошибки

Любая соль реагирует с любым основанием. Ошибка возникает из-за механического применения схемы обмена без проверки продуктов. Составьте продукты и найдите осадок; если все они растворимы, реакции с видимым результатом нет.

Нерастворимый гидроксид записывают свободными ионами. Так делают, забывая, что осадок не диссоциирует в растворе. В ионном уравнении Cu(OH)₂ или Fe(OH)₃ записывают целой формулой с обозначением ↓.

Путают растворимость реагентов и продуктов. Растворимые CuSO₄ и NaOH могут дать нерастворимый Cu(OH)₂. Проверяйте таблицу растворимости отдельно для исходных веществ и отдельно для каждого продукта.

Неправильно составляют формулу и коэффициенты. Причина — игнорирование зарядов катиона и OH⁻. Сначала уравняйте заряды, например Fe³⁺ + 3OH⁻ → Fe(OH)₃, затем проверьте число атомов в молекулярном уравнении.

Связь с другими темами

Для изучения темы нужны знания о составе и зарядах ионов, формулах солей и оснований, правилах обменных реакций и таблице растворимости. Без этого нельзя правильно предсказать формулу осадка и расставить коэффициенты.

Тема опирается на электролитическую диссоциацию и ионные уравнения. Позже эти правила помогают объяснять качественные реакции на катионы металлов и решать задачи на распознавание веществ по образованию осадка.

Что запомнить

• Реакцию соли с основанием обычно рассматривают для растворов реагентов.
• При обмене ионами сначала составляют формулы предполагаемых продуктов.
• Главный признак протекания реакции — образование осадка.
• Формулу гидроксида составляют с учётом заряда катиона металла.
• В полном ионном уравнении осадки записывают как твёрдые вещества.
• В сокращённом ионном уравнении убирают ионы, не участвующие в образовании осадка.