12. Свойства солей

Определения и обозначения

Соль — сложное вещество, состоящее из катионов металла и анионов кислотного остатка. Например, в Na₂SO₄ есть катионы Na⁺ и анионы SO₄²⁻. Соли различают по составу: средние не содержат атомов водорода в кислотном остатке, кислые содержат такие атомы, а основные включают гидроксогруппы OH. Эта классификация помогает составлять формулы и предсказывать свойства веществ.

Реакция обмена — реакция между сложными веществами, в которой их составные части меняются местами. Например, при взаимодействии растворов AgNO₃ и NaCl катионы серебра соединяются с хлорид-ионами. Понимание обмена помогает заранее записать формулы возможных продуктов. Но сами формулы ещё не доказывают, что реакция действительно пойдёт до конца.

Ряд активности металлов — последовательность металлов, расположенная по убыванию их способности отдавать электроны и вытеснять другие металлы из растворов солей. Если металл стоит выше другого в ряду, он обычно активнее и может вытеснить его из раствора соли. Сравнивать нужно именно металлы, которые участвуют в реакции. Ряд помогает решить, возможна ли реакция замещения.

Растворимость веществ — способность вещества растворяться в воде. Таблица растворимости показывает, растворимо ли вещество, малорастворимо или практически нерастворимо. По ней проверяют продукты предполагаемой реакции обмена: выпадение осадка часто указывает, что реакция пойдёт. Поэтому таблица нужна не только для характеристики вещества, но и для проверки уравнения.

Как это устроено

Растворимые соли при попадании в воду распадаются на заряженные частицы — ионы; этот процесс называют электролитической диссоциацией. Например, NaCl → Na⁺ + Cl⁻. Ионы могут перемещаться по раствору и переносить электрический заряд, поэтому раствор проводит ток. Твёрдая соль тоже состоит из ионов, но в кристалле они закреплены и свободно перемещаться не могут.

В реакции замещения атомы активного металла переходят в раствор в виде ионов, а ионы менее активного металла получают электроны и превращаются в атомы. Поэтому железо вытесняет медь из раствора сульфата меди: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu. Для проверки сравнивают железо и медь в ряду активности: железо стоит выше. Условие «из раствора» существенно: очень активные металлы могут сначала взаимодействовать с водой, а не вытеснять металл напрямую.

Кислота реагирует с солью, если среди продуктов появляется вещество, которое удаляется из раствора или слабо распадается на ионы. Газ может улетучиться, осадок отделяется от раствора, а вода образуется из ионов H⁺ и OH⁻. Например, карбонат с кислотой выделяет углекислый газ: Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑. Такие продукты сдвигают процесс в сторону завершения.

При обмене соли со щёлочью катион металла соли соединяется с гидроксид-ионами. Обычно реакция возможна, если получившийся гидроксид нерастворим и выпадает в осадок: CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄. Осаждение убирает ионы Cu²⁺ и OH⁻ из раствора, поэтому обратное соединение затрудняется. Если оба возможных продукта остаются растворёнными, обмену обычно нечем «закрепиться».

При нагревании некоторые соли распадаются, потому что их частицы получают энергию, а образовавшиеся вещества оказываются устойчивее в данных условиях. Карбонаты многих металлов дают оксид и углекислый газ: CaCO₃ → CaO + CO₂↑. Гидрокарбонаты обычно образуют карбонат, углекислый газ и воду: 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂↑ + H₂O. Другие соли могут разлагаться иначе, например нитраты при нагревании дают разные продукты в зависимости от металла, поэтому нельзя переносить одно уравнение на все соли.

Химические свойства солей

Сначала определи тип взаимодействия и запиши возможные продукты, затем проверь условия по ряду активности или таблице растворимости. Если образуется осадок, газ или вода, реакция обычно протекает до конца. После этого расставь коэффициенты и проверь число атомов каждого элемента.

Разбор задач

Задача 1. Определить, произойдёт ли реакция между железом и раствором сульфата меди(II), и записать уравнение. Нужно выяснить, способно ли железо вытеснить медь, а затем правильно составить формулы продуктов. Используем ряд активности металлов и правило замещения. Решение:

1. Сравним металлы: железо стоит выше меди в ряду активности, значит, оно активнее.
2. Железо вытесняет медь из раствора её соли. Ионы сульфата остаются при железе, поэтому образуется FeSO₄, а медь выделяется как простое вещество.
3. Запишем уравнение: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu. Число атомов всех элементов уже одинаково с обеих сторон.

Ответ: реакция происходит; Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu. На поверхности железа может появиться медный налёт, а окраска раствора изменится. Этот признак согласуется с образованием меди и ионов железа(II).

Задача 2. Для пар Na₂CO₃ и HCl, BaCl₂ и Na₂SO₄, KNO₃ и NaCl определить возможность реакции и записать уравнения. Во всех случаях предположим, что растворимые вещества находятся в водных растворах. После обмена проверим, появляется ли осадок, газ или вода. Решение:

1. Для Na₂CO₃ и HCl образуются NaCl и H₂CO₃. Угольная кислота распадается на воду и углекислый газ, поэтому реакция идёт: Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑.
2. Для BaCl₂ и Na₂SO₄ образуются BaSO₄ и NaCl. Сульфат бария нерастворим и выпадает в осадок: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl.
3. Для KNO₃ и NaCl возможные продукты — KCl и NaNO₃. Оба растворимы, газ и вода не образуются, поэтому обмен до конца не идёт.

Ответ: первая пара реагирует с выделением газа, вторая — с образованием осадка; для третьей пары реакции обмена нет. Коэффициенты нужны, чтобы сохранить число атомов: например, во втором уравнении перед NaCl ставят 2. Если таблица растворимости показывает растворимость всех продуктов и нет газа или воды, записывать реакцию как протекающую нельзя.

Задача 3. Составить цепочку CuSO₄ → Cu(OH)₂ → CuO → CuCl₂. На каждом переходе нужно подобрать реагент или условие, чтобы получить следующее вещество. Здесь последовательно применяются свойства соли, основания и основного оксида. Решение:

1. Чтобы получить Cu(OH)₂ из CuSO₄, добавим раствор щёлочи, например NaOH. Образуется нерастворимый осадок: CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄.
2. Гидроксид меди(II) при нагревании разлагается на оксид и воду: Cu(OH)₂ → CuO + H₂O. Чёрный CuO — продукт нагревания голубого осадка.
3. Основный оксид CuO реагирует с соляной кислотой, образуя соль и воду: CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O.

Ответ: цепочка составляется из трёх уравнений, приведённых выше. В первом переходе признак реакции — осадок, во втором требуется нагревание, в третьем образуется вода. Проверяй формулы и коэффициенты отдельно в каждом уравнении, даже если вещества входят в одну цепочку.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что любые две растворимые соли обязательно реагируют. Её допускают, потому что смешивание растворов кажется достаточным условием, хотя ионы могут остаться в растворе без изменений. Проверь продукты по таблице растворимости: если все они растворимы и не образуются газ или вода, реакция обмена обычно не идёт до конца. В таком случае не следует записывать уравнение как завершившуюся реакцию.

Ошибка — решать вопрос о вытеснении металла без ряда активности или неверно учитывать водород. При составлении уравнений легко запомнить, что «металл вытесняет металл», и забыть сравнить их активность. Найди оба металла в ряду: более активный должен стоять выше; при взаимодействии металла с кислотой помни, что металлы после водорода его не вытесняют. Для раствора соли также учитывай, что очень активные металлы могут реагировать с водой.

Ошибка — перепутать растворимый продукт с нерастворимым при чтении таблицы. Иногда формулу продукта составляют верно, но ставят знак осадка у растворимого вещества или не замечают осадок. Отметь растворимость каждого продукта отдельно и используй знак ↓ только для осадка. Если сомневаешься, сначала проверь, к какой строке и столбцу таблицы относится формула.

Ошибка — менять индексы в формулах или уравнивать реакцию изменением состава вещества. Индексы задают состав частицы, а коэффициенты показывают число частиц; эти записи нельзя подменять друг другом. Сначала составь формулы продуктов с учётом зарядов и валентности, затем подбери коэффициенты перед формулами. В конце пересчитай атомы каждого элемента слева и справа.

Связь с другими темами

Для изучения солей нужны знания о классах неорганических веществ, валентности и составлении формул. По этим правилам определяют состав соли и продукты возможной реакции. Тема также опирается на электролитическую диссоциацию, ионные уравнения и таблицу растворимости: они объясняют, какие частицы есть в растворе и почему появляется осадок. Позже свойства солей помогут изучать генетические связи между классами веществ, качественные реакции и расчётные задачи.

Что запомнить

• Соли в водных растворах диссоциируют на ионы металла и кислотного остатка.
• Более активный металл вытесняет менее активный металл из раствора его соли.
• Соль реагирует с кислотой, если образуется газ, осадок или слабый электролит.
• Реакция соли со щёлочью обычно сопровождается образованием нерастворимого гидроксида.
• Реакции между солями протекают до конца при образовании осадка, газа или воды.
• Растворимость веществ определяют по таблице растворимости.
• Некоторые соли разлагаются при нагревании.