"Химия", Журин А.А.
Амфотерные гидроксиды — вещества, которые реагируют и с кислотами, и со щёлочами. В реакциях с кислотами они ведут себя как основания, а в избытке щёлочи образуют растворимые комплексные соединения. Важные примеры — малорастворимые гидроксиды алюминия Al(OH)₃ и цинка Zn(OH)₂. Их двойственные свойства помогают распознавать вещества и проводить превращения, а при нагревании оба гидроксида разлагаются на оксид металла и воду.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Амфотерные гидроксиды — гидроксиды, проявляющие свойства и оснований, и кислот. Это значит, что направление их реакции зависит от вещества, с которым они взаимодействуют. Определение помогает не считать все гидроксиды обычными основаниями.
Амфотерность — способность вещества реагировать и с кислотами, и со щёлочами. С кислотой такое вещество обычно образует соль и воду, а со щёлочью — растворимое комплексное соединение. По этому признаку можно отличить амфотерный гидроксид от гидроксида, который реагирует только с кислотами.
Гидроксид алюминия Al(OH)₃ — малорастворимое амфотерное основание. Формула показывает, что в одной частице содержатся атом алюминия и три гидроксогруппы OH. Число этих групп важно учитывать при составлении уравнений реакций с кислотами и при нагревании.
Гидроксид цинка Zn(OH)₂ — малорастворимое амфотерное основание. Его формула указывает на две гидроксогруппы при одном атоме цинка, поэтому коэффициенты в уравнениях могут отличаться от коэффициентов для Al(OH)₃. Сопоставление двух формул помогает понять, почему похожие вещества требуют разного количества реагентов.
При реакции с кислотой амфотерный гидроксид ведёт себя как основание, потому что его гидроксогруппы связываются с ионами водорода H⁺. Так образуются молекулы воды, а оставшаяся часть кислоты соединяется с металлом и даёт соль. Например, Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O: трём группам OH нужны три иона H⁺, поэтому перед HCl и водой ставят коэффициент 3.
Со щёлочью гидроксид реагирует по другой причине: в избытке раствора его частицы образуют комплексные ионы. Комплексный ион — частица, в которой ион металла связан с несколькими частицами вокруг него; здесь в её состав входят гидроксид-ионы. Поэтому продуктом становится растворимое комплексное соединение, например Na[Al(OH)₄] или Na₂[Zn(OH)₄], а не обычная соль без указания комплексного иона.
В молекулярном уравнении записывают формулы веществ, а в сокращённом ионном — частицы, которые непосредственно участвуют в превращении. Для реакции Al(OH)₃ с соляной кислотой сокращённая запись имеет вид Al(OH)₃ + 3H⁺ → Al³⁺ + 3H₂O: ионы Cl⁻ не меняются и потому не входят в неё. Для реакции со щёлочью уравнение Al(OH)₃ + OH⁻ → [Al(OH)₄]⁻ показывает, как гидроксид-ион входит в состав комплексного иона.
Растворение осадка в кислоте и отдельно в избытке щёлочи показывает две стороны поведения вещества. В первом случае оно связывает кислоту и даёт соль с водой, то есть действует как основание. Во втором случае оно присоединяет гидроксид-ионы и переходит в растворимую комплексную форму, поэтому проявляет кислотные свойства.
При нагревании амфотерные гидроксиды разлагаются на оксид металла и воду. Это происходит потому, что гидроксогруппы превращаются в воду, а атомы металла с кислородом образуют оксид. Уравнения имеют вид 2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O и Zn(OH)₂ → ZnO + H₂O; это разложение, а не реакция гидроксида со щёлочью.
| Свойство | Гидроксид алюминия Al(OH)₃ | Гидроксид цинка Zn(OH)₂ |
|---|---|---|
| Реакция с кислотами | Реагирует | Реагирует |
| Продукты реакции с кислотами | Соль алюминия и вода | Соль цинка и вода |
| Реакция со щёлочами | Реагирует в избытке щёлочи | Реагирует в избытке щёлочи |
| Комплексное соединение в растворе щёлочи | Na[Al(OH)₄] | Na₂[Zn(OH)₄] |
| Разложение при нагревании | Al₂O₃ и H₂O | ZnO и H₂O |
| Внешний признак реакции | Осадок растворяется в кислоте или избытке щёлочи | Осадок растворяется в кислоте или избытке щёлочи |
Таблица помогает сравнить поведение двух гидроксидов и быстро найти общий признак амфотерности. При записи уравнения уточняй, какая среда создана: кислота или избыток щёлочи. Для реакции со щёлочью обязательно указывай комплексное соединение, а для нагревания — оксид и воду.
Условие: запишите уравнение реакции гидроксида алюминия с соляной кислотой и назовите продукты реакции. Гидроксид реагирует с кислотой как основание, поэтому ожидаются соль и вода. Формула Al(OH)₃ содержит три гидроксогруппы, и это определяет количество кислоты.
Ответ: Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O; образуются хлорид алюминия и вода. Проверка показывает по три атома водорода, кислорода и хлора с каждой стороны. Реакция подтверждает основные свойства гидроксида алюминия.
Условие: запишите уравнение реакции гидроксида цинка с избытком раствора NaOH. Важно заметить слово «избыток»: оно указывает на образование растворимого комплексного соединения. Поэтому нельзя записывать только обычную соль цинка.
Ответ: Zn(OH)₂ + 2NaOH → Na₂[Zn(OH)₄]. Образуется растворимый тетрагидроксоцинкат натрия. Растворение осадка в избытке щёлочи показывает кислотные свойства гидроксида цинка.
Условие: составьте уравнения растворения осадка Al(OH)₃ при добавлении соляной кислоты и избытка NaOH, затем объясните результат. Нужно рассмотреть две разные среды, не смешивая продукты реакций. Растворение в обоих случаях будет свидетельствовать о двойственной природе гидроксида.
Ответ: уравнения показывают, что Al(OH)₃ растворяется и в кислоте, и в избытке щёлочи. С кислотой он проявляет основные свойства, а со щёлочью — кислотные. Исчезновение осадка в обеих пробирках служит наблюдаемым признаком амфотерности.
Первая ошибка — считать амфотерный гидроксид только основанием из-за наличия группы OH. Так рассуждают потому, что знакомые основания тоже содержат OH, но забывают проверить реакцию со щёлочью. Проверь себя: если гидроксид растворяется в избытке щёлочи с образованием комплекса, его свойства не ограничиваются основными.
Вторая ошибка — записывать при реакции со щёлочью обычную соль, не показывая комплексный ион. Это происходит, когда используют привычную схему «металл плюс кислотный остаток» и не учитывают избыток щёлочи. Проверь формулу продукта: у алюминия или цинка в ней должна быть комплексная частица, например [Al(OH)₄]⁻ или [Zn(OH)₄]²⁻.
Третья ошибка — неверно расставлять коэффициенты в реакции с кислотой. Её допускают, если не учитывают, сколько групп OH содержится в формуле гидроксида. Для проверки сопоставь каждую группу OH с одним ионом H⁺: Al(OH)₃ требует три HCl, а Zn(OH)₂ — две молекулы кислоты, если она одноосновная.
Четвёртая ошибка — путать разложение при нагревании с реакцией со щёлочью. Путаница возникает из-за того, что в обоих случаях исходное вещество меняется, но условия и продукты различны. Проверь запись: при нагревании реагентом служит тепло и получаются оксид с водой, а для комплексного соединения необходим раствор щёлочи.
Для понимания амфотерных гидроксидов нужно знать, что такое основание, кислота, щёлочь и соль, а также уметь составлять уравнения нейтрализации. Эти знания помогают определить продукты реакции и проверить коэффициенты. Представление об ионах нужно для записи сокращённых ионных уравнений и комплексных частиц.
Дальше свойства Al(OH)₃ и Zn(OH)₂ пригодятся при изучении качественных реакций на ионы Al³⁺ и Zn²⁺, свойств оксидов и цепочек превращений. Растворимость гидроксидов можно использовать при разделении веществ: осадок растворяется в подходящем реагенте. Поэтому амфотерность связывает реакции кислот и оснований с практическими способами распознавания веществ.
Почему амфотерный гидроксид может реагировать со щёлочью?
В амфотерном гидроксиде проявляются не только основные, но и кислотные свойства. Поэтому в избытке щёлочи он вступает в реакцию, образуя растворимое комплексное соединение.
Чем реакция амфотерного гидроксида с кислотой отличается от реакции со щёлочью?
С кислотой гидроксид образует обычную соль и воду, как основание в реакции нейтрализации. Со щёлочью он образует растворимое комплексное соединение, проявляя кислотные свойства.
Какие амфотерные гидроксиды изучают в этом параграфе?
В параграфе рассматриваются гидроксид алюминия Al(OH)₃ и гидроксид цинка Zn(OH)₂. Оба вещества малорастворимы и проявляют амфотерные свойства.
Почему в продуктах реакции со щёлочью записывают комплексную соль?
В избытке щёлочи гидроксид присоединяет гидроксид-ионы, и образуется сложная частица — комплексный ион. В растворе он соединяется с ионами металла щёлочи, например натрия, образуя растворимую комплексную соль.
Как экспериментально доказать амфотерность гидроксида?
К осадку гидроксида алюминия или цинка добавляют кислоту и наблюдают его растворение. Затем к другой порции осадка добавляют избыток щёлочи: если осадок тоже растворяется, это подтверждает амфотерность.
§ 46. Химические свойства амфотерных гидроксидов
