"Химия", Журин А.А.
Основания — вещества, в состав которых входят катионы металла и гидроксид-ионы OH⁻; их общая формула — M(OH)n. Растворимые основания называют щёлочами. Их растворы меняют окраску индикаторов, а сами щёлочи реагируют с кислотами и некоторыми кислотными оксидами. Нерастворимые основания ведут себя иначе: при нагревании они обычно распадаются на оксид металла и воду. Зная формулу и растворимость вещества, можно предсказать продукты реакции.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Основание — сложное вещество, состоящее из катионов металла и гидроксид-ионов OH⁻. Его общая формула — M(OH)n: M обозначает металл, а n показывает число гидроксид-групп, нужное для уравнивания зарядов. Например, формула гидроксида кальция — Ca(OH)₂. По такой записи можно определить состав вещества и правильно составить уравнение реакции.
Щёлочь — основание, растворимое в воде. К щёлочам относятся, например, NaOH и KOH, а Cu(OH)₂ в воде практически не растворяется. Растворимые основания изучают отдельно, потому что они образуют растворы и могут менять окраску индикаторов. Растворимость помогает заранее понять, какие свойства вещества можно наблюдать в водной среде.
Индикатор — вещество, меняющее окраску в зависимости от среды раствора. Лакмус, фенолфталеин и метилоранж помогают распознать кислую, нейтральную или щелочную среду. Чтобы проверить щёлочь, индикатор добавляют к её раствору и наблюдают за изменением цвета. Это позволяет обнаружить щелочную среду без сложных приборов.
Реакция нейтрализации — взаимодействие кислоты с основанием, при котором образуются соль и вода. Например, соляная кислота и гидроксид натрия дают хлорид натрия и воду: HCl + NaOH → NaCl + H₂O. Это название помогает узнать тип реакции по веществам-реагентам и предсказать её продукты.
Растворы щёлочей меняют окраску индикаторов, потому что в них присутствуют подвижные частицы, создающие щелочную среду. В такой среде лакмус становится синим, фенолфталеин — малиновым, а метилоранж — жёлтым. Цвет не зависит от названия металла в щёлочи: при проверке растворов NaOH и KOH наблюдаются те же характерные изменения. У нерастворимого основания нет однородного раствора, поэтому индикатором его напрямую не проверяют.
При реакции кислоты с основанием частицы кислоты и гидроксид-ионы основания дают воду, а оставшиеся частицы образуют соль. Так, в реакции HCl + NaOH → NaCl + H₂O ион водорода кислоты соединяется с гидроксид-ионом OH⁻. Если у основания несколько гидроксид-групп, кислоты требуется больше: Ca(OH)₂ + 2HCl → CaCl₂ + 2H₂O. Реакция нейтрализации поэтому всегда даёт воду, а количество реагентов учитывают при расстановке коэффициентов.
Щёлочи взаимодействуют с некоторыми кислотными оксидами, потому что эти оксиды обладают кислотными свойствами. При взаимодействии образуются соль и вода, как при реакции кислоты со щёлочью. Например, углекислый газ — кислотный оксид: 2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O. Формулы продуктов определяют по реагентам: металл щёлочи и кислотный остаток дают соль, а водород и кислород — воду.
Многие нерастворимые основания при нагревании распадаются на оксид металла и воду. Например, Cu(OH)₂ → CuO + H₂O: атомы меди и кислорода переходят в оксид, а водород и оставшийся кислород образуют воду. Для такого превращения требуется нагревание. Щёлочи обычно термически устойчивы в школьных примерах, поэтому их не записывают как разлагающиеся этим способом.
Чтобы предсказать свойство, сначала прочитай формулу основания и определи, растворимо ли оно в воде. Затем учти реагент или условие: индикатор проверяет раствор, кислота вызывает нейтрализацию, кислотный оксид может реагировать со щёлочью, а нагревание разлагает многие нерастворимые основания. По типу превращения запиши ожидаемые продукты и проверь, сохраняется ли число атомов каждого элемента. Наконец, расставь коэффициенты перед формулами, не изменяя сами формулы веществ.
В таблице собраны признаки, условия и типичные продукты реакций. Сначала найди нужное свойство, затем проверь, подходит ли для него растворимость основания и указанное условие. Пример помогает сверить запись, но при составлении другого уравнения нужно отдельно проверить формулы и коэффициенты.
| Свойство | Какие основания реагируют | Условия | Признак или продукты | Пример уравнения |
|---|---|---|---|---|
| Действие на индикаторы | Щёлочи | Водный раствор | Лакмус синеет, фенолфталеин малиновый, метилоранж жёлтый | Уравнение реакции не составляют |
| Взаимодействие с кислотами | Растворимые и многие нерастворимые основания | Контакт кислоты с основанием | Соль и вода | NaOH + HCl → NaCl + H₂O |
| Взаимодействие с кислотными оксидами | Щёлочи и некоторые другие основания | Смешивание реагентов | Соль и вода | 2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O |
| Разложение при нагревании | Многие нерастворимые основания | Нагревание | Оксид металла и вода | Cu(OH)₂ → CuO + H₂O |
Условие: укажите окраску лакмуса и фенолфталеина в растворе гидроксида натрия. Нужно определить, к какому классу относится NaOH, а затем применить правило для соответствующей среды. Важно уточнение «в растворе»: именно раствор щёлочи изменяет окраску индикаторов. Цвет исходного сухого вещества для ответа не подходит.
Ответ: лакмус синеет, фенолфталеин становится малиновым. Чтобы проверить себя, сверь оба цвета именно со столбцом щелочной среды. Метилоранж в этом растворе был бы жёлтым.
Условие: составьте уравнение реакции Ca(OH)₂ с HCl и расставьте коэффициенты. По названию реагентов видно, что основание взаимодействует с кислотой, поэтому ожидаются соль и вода. Название соли составляем из металла кальция и кислотного остатка хлорида. Затем число гидроксид-групп в основании подскажет, сколько молекул воды получится.
Ответ: Ca(OH)₂ + 2HCl → CaCl₂ + 2H₂O. Продукты — хлорид кальция и вода, а реакция относится к нейтрализации. Проверка атомов нужна, чтобы убедиться, что коэффициенты верны.
Условие: запишите разложение Cu(OH)₂ при нагревании и реакцию NaOH с CO₂, укажите условия и тип превращения. В первом случае дано нерастворимое основание и нагревание, поэтому ожидается разложение на оксид металла и воду. Во втором участвуют щёлочь и кислотный оксид, значит, следует ожидать соль и воду. Различие между реагентами не позволяет применять одно и то же правило к обоим уравнениям.
Ответ: Cu(OH)₂ → CuO + H₂O — разложение при нагревании; 2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O — взаимодействие щёлочи с кислотным оксидом. В обоих уравнениях коэффициенты проверены подсчётом атомов. Формулы веществ при уравнивании не меняют.
Ошибка — считать, что все основания растворимы в воде. Так думают, потому что щёлочи часто приводят как основные примеры, но растворимы только некоторые основания. Проверяй растворимость по таблице растворимости: если вещество нерастворимо, его нельзя автоматически называть щёлочью. Например, NaOH — щёлочь, а Cu(OH)₂ — нерастворимое основание.
Ошибка — ожидать, что нерастворимое основание изменит индикатор так же, как щёлочь. Обычно цвет индикатора наблюдают в растворе, а нерастворимый порошок не создаёт однородной щелочной среды вокруг индикатора. Перед выводом уточни, растворимо ли вещество и проводится ли проверка его раствора. Если основания почти нет в растворе, правило об окраске щёлочи напрямую не применяют.
При нейтрализации иногда записывают только соль, забывая воду. Это происходит, если внимание сосредоточено на названии соли, однако гидроксид-ионы основания и водород кислоты образуют молекулы воды. После записи продуктов проверь, есть ли в правой части H₂O. Затем уравняй реакцию подсчётом атомов.
Неверно считать, что любое основание реагирует с кислотным оксидом или разлагается при нагревании. Эти превращения зависят от растворимости, свойств конкретного вещества и условий, поэтому нельзя переносить пример на все основания. Сначала определи формулу вещества, затем проверь, щёлочь ли это и указано ли нагревание. Сверяй продукты с типом реакции и сохраняй число атомов в уравнении.
Чтобы разбирать свойства оснований, нужно знать их состав и названия, а также уметь записывать формулы кислот и солей. Валентность и заряды ионов помогают составить формулы, например Ca(OH)₂ и CaCl₂. Таблица растворимости позволяет отличить щёлочь от нерастворимого основания, а знание признаков реакции помогает заметить изменения. Эти навыки пригодятся при изучении реакций обмена и способов получения солей. Они также нужны для качественных реакций, с помощью которых обнаруживают определённые ионы.
Чем основание отличается от щёлочи?
Основание содержит катионы металла и гидроксид-ионы. Щёлочь — это основание, растворимое в воде, поэтому всякая щёлочь является основанием, но не всякое основание растворимо.
Как определить щёлочь с помощью индикатора?
Добавьте индикатор к раствору вещества и сравните цвет с его окраской в других средах. В щелочной среде лакмус синеет, фенолфталеин становится малиновым, а метилоранж — жёлтым.
Почему реакцию основания с кислотой называют нейтрализацией?
При реакции кислоты с основанием образуются соль и вода. Кислотные свойства и свойства основания при этом взаимно ослабляются, поэтому такое взаимодействие называют нейтрализацией.
Все ли основания реагируют с кислотными оксидами?
Нет, такую реакцию рассматривают прежде всего для щёлочей, а также некоторых оснований, например гидроксида кальция. Возможность реакции зависит от свойств конкретных веществ и условий.
Какие основания разлагаются при нагревании?
При нагревании многие нерастворимые основания разлагаются на оксид металла и воду. Например, гидроксид меди(II) превращается в оксид меди(II) и воду; щёлочи обычно так не разлагаются.
§ 45. Химические свойства оснований
