Амфотерные соединения
Амфотерные соединения проявляют двойственные свойства: реагируют и с кислотами, и со щелочами. В этой теме важно научиться распознавать амфотерные оксиды и гидроксиды, составлять уравнения их реакций и видеть генетическую связь неорганических веществ.
Что такое амфотерность
Амфотерные соединения — вещества, которые в зависимости от реагента проявляют либо основные, либо кислотные свойства. Амфотерные оксиды и гидроксиды реагируют с кислотами как основания, а со щелочами — как кислоты.
Амфотерный оксид или гидроксид с кислотой образует соль и воду. Со щёлочью он образует растворимую комплексную соль; часто в продуктах присутствует вода.
К наиболее изучаемым амфотерным соединениям относятся оксид алюминия \(\mathrm{Al_2O_3}\), гидроксид алюминия \(\mathrm{Al(OH)_3}\), оксид цинка \(\mathrm{ZnO}\) и гидроксид цинка \(\mathrm{Zn(OH)_2}\). Подробные признаки и свойства можно повторить на страницах амфотерных оксидов и амфотерных гидроксидов.
| Соединение | С кислотой | Со щёлочью |
|---|---|---|
| Al_2O_3 | соль Al и вода | алюминат в растворе |
| Al(OH)_3 | соль Al и вода | алюминат в растворе |
| ZnO | соль Zn и вода | цинкат в растворе |
| Zn(OH)_2 | соль Zn и вода | цинкат в растворе |
Реакции с кислотами: основные свойства
При взаимодействии с кислотой амфотерный оксид ведёт себя как основный оксид, а амфотерный гидроксид — как основание. Поэтому применяются обычные схемы нейтрализации.
Сначала составьте формулу соли по зарядам ионов, затем уравняйте кислотный остаток и водород. Для \(\mathrm{Al(OH)_3}\) нужно три однозарядных иона \(\mathrm{H^+}\), поэтому коэффициент перед кислотой равен 3.
Реакции со щелочами: кислотные свойства
В реакции со щёлочью амфотерный оксид или гидроксид проявляет кислотные свойства. В растворе образуется комплексный анион. Для алюминия в школьных уравнениях используют алюминат натрия \(\mathrm{Na[Al(OH)_4]}\), для цинка — тетрагидроксоцинкат натрия \(\mathrm{Na_2[Zn(OH)_4]}\).
В школьных заданиях встречаются две формы записи: растворимый комплекс \(\mathrm{Na[Al(OH)_4]}\) или алюминат натрия в упрощённой форме \(\mathrm{NaAlO_2}\). Если реакция записывается для расплава, обычно используют \(\mathrm{Al_2O_3 + 2NaOH \rightarrow 2NaAlO_2 + H_2O}\). Всегда учитывайте, указана ли вода и идёт ли процесс в растворе.
Какой продукт образуется при взаимодействии \(\mathrm{Al(OH)_3}\) с избытком \(\mathrm{NaOH}\) в растворе?
Алгоритм решения экзаменационных заданий
- Определите класс вещества: оксид или гидроксид, амфотерный ли он.
- Определите второй реагент: кислота указывает на основные свойства, щёлочь — на кислотные.
- С кислотой составьте обычную соль и воду.
- Со щёлочью выберите комплексную соль и проверьте, нужна ли вода по условию.
- Расставьте коэффициенты методом подсчёта атомов каждого элемента.
Составим уравнения реакций \(\mathrm{Al(OH)_3}\) с \(\mathrm{H_2SO_4}\) и $\(\mathrm{NaOH}\) в растворе.
1. Записывать реакцию амфотерного гидроксида только с кислотой и забывать о щёлочи. 2. Считать, что любой оксид реагирует со щёлочью: это характерно не для основных, а для кислотных и амфотерных оксидов. 3. Путать \(\mathrm{Na[Al(OH)_4]}\) с \(\mathrm{NaAlO_2}\) без учёта среды. 4. Неверно составлять соль: заряд \(\mathrm{Al^{3+}}\) и сульфат-иона \(\mathrm{SO_4^{2-}}\) даёт \(\mathrm{Al_2(SO_4)_3}\), а не \(\mathrm{AlSO_4}\).
Амфотерные соединения в генетических превращениях
Амфотерность особенно полезна в цепочках превращений. Один и тот же осадок можно получить из соли действием щёлочи, растворить в кислоте и снова перевести в растворимый комплекс избытком щёлочи. Например, генетический ряд алюминия связывает металл, его соль, гидроксид, оксид и комплексную соль.
При добавлении щёлочи к раствору соли алюминия сначала выпадает осадок \(\mathrm{Al(OH)_3}\). В избытке щёлочи осадок исчезает. Это качественный признак амфотерности и важный элемент генетического ряда алюминия. Аналогично ведут себя соединения цинка.
Амфотерный гидроксид с кислотой даёт соль и воду; с избытком щёлочи — растворимую комплексную соль. Для алюминия основной комплекс — \(\mathrm{[Al(OH)_4]^-}\), для цинка — \(\mathrm{[Zn(OH)_4]^{2-}}\).
Итоговая проверка
Главное
- Амфотерные оксиды и гидроксиды реагируют и с кислотами, и со щёлочами.
- С кислотами они образуют обычные соли и воду.
- Со щёлочами в растворе образуют комплексные соли: алюминаты или цинкаты.
- При составлении уравнений учитывайте среду: раствор и расплав могут давать разные формы продуктов.
- В цепочках превращений осадок амфотерного гидроксида растворяется в избытке щёлочи.