Химические свойства оснований
Основания — сложные вещества, состоящие из атомов металла и одной или нескольких гидроксогрупп \(OH\). Их химические свойства зависят от растворимости: растворимые основания называют щелочами, а нерастворимые основания существуют главным образом в виде осадков.
Какие вещества называют основаниями
Основания имеют общую формулу \(Me(OH)_n\), где \(Me\) — металл, а \(n\) — число гидроксогрупп, равное валентности металла. Например, \(KOH\) — гидроксид калия, \(Ca(OH)_2\) — гидроксид кальция, \(Al(OH)_3\) — гидроксид алюминия.
Щёлочи — растворимые в воде основания: \(LiOH\), \(NaOH\), \(KOH\), \(Ba(OH)_2\) и другие растворимые гидроксиды. Нерастворимые основания, например \(Cu(OH)_2\) и \(Fe(OH)_3\), образуют осадки.
Растворимость гидроксидов определяют по таблице растворимости. В растворе щёлочи распадаются на ионы металла и гидроксид-ионы \(OH^-\). Именно гидроксид-ионы во многих реакциях определяют свойства щелочей.
Растворимые основания окрашивают индикаторы: лакмус становится синим, фенолфталеин — малиновым, метилоранж — жёлтым.
Взаимодействие с кислотами: реакция нейтрализации
И растворимые, и нерастворимые основания реагируют с кислотами. Образуются соль и вода. Такая реакция называется реакцией обмена, а взаимодействие кислоты с основанием — реакцией нейтрализации.
Общая ионная сущность реакции — соединение ионов \(H^+\) и \(OH^-\) в молекулы воды:
Например, щёлочь \(KOH\) реагирует с соляной кислотой, а нерастворимый \(Cu(OH)_2\) — с серной кислотой.
При составлении уравнения учитывают число гидроксогрупп. В реакции \(Al(OH)_3\) с соляной кислотой трём группам \(OH\) соответствуют три молекулы кислоты:
Какой коэффициент нужно поставить перед \(HCl\) в уравнении \(Fe(OH)_3+HCl\rightarrow FeCl_3+H_2O\)?
Взаимодействие с оксидами
Щёлочи реагируют с кислотными оксидами. В результате образуются соль и вода. Кислотными называют оксиды неметаллов и некоторые оксиды металлов в высокой степени окисления; подробнее их свойства разобраны на странице кислотных оксидов.
Примеры реакций: углекислый газ с гидроксидом кальция и серный ангидрид с гидроксидом натрия.
Реакция углекислого газа с известковой водой используется для обнаружения \(CO_2\): появляется белый осадок карбоната кальция. Если углекислого газа пропустить слишком много, осадок может раствориться, потому что образуется растворимый гидрокарбонат:
Нерастворимые основания обычно не взаимодействуют с кислотными оксидами в школьных заданиях: реакция требует растворимых частиц. Основные оксиды, наоборот, реагируют преимущественно с кислотами; их свойства рассмотрены на странице основных оксидов.
Взаимодействие с солями
Растворимая щёлочь реагирует с раствором соли, если в результате образуется осадок, газ или слабый электролит — обычно вода. Чаще всего признаком реакции служит образование нерастворимого гидроксида.
Например, при смешивании растворов сульфата меди(II) и гидроксида натрия выпадает голубой осадок \(Cu(OH)_2\):
Ионы, которые непосредственно участвуют в образовании осадка, записывают в сокращённом ионном уравнении:
Так обнаруживают многие ионы металлов. Например, с щёлочью ион железа(III) даёт бурый осадок, а ион алюминия — белый осадок \(Al(OH)_3\):
Обмен в растворе считают идущим до конца, если образуется осадок \(\downarrow\), газ \(\uparrow\) или вода. Проверяйте растворимость всех предполагаемых продуктов по таблице растворимости.
Разобранный пример: как составить уравнение
Составьте уравнение реакции между растворами гидроксида калия и нитрата алюминия. Укажите признак реакции.
Жауабы: образуется белый студенистый осадок гидроксида алюминия. При избытке сильной щёлочи \(Al(OH)_3\) может растворяться, поскольку он амфотерен; эта особенность подробнее рассматривается на странице алюминат натрия.
1. Не путайте коэффициент и индекс: \(2Al(OH)_3\) означает две частицы, а \(Al(OH)_6\) — другое вещество. 2. Не пишите осадок у растворимых щелочей \(KOH\), \(NaOH\). 3. В реакции соли со щёлочью сначала проверьте, образуется ли нерастворимый гидроксид. 4. Не забывайте скобки в формулах \(Ca(OH)_2\), \(Al(OH)_3\). 5. При нагревании нерастворимые гидроксиды могут разлагаться — это отдельная реакция разложения гидроксидов, а не реакция обмена.
Быстрая проверка
Главное
- Основание состоит из катиона металла и гидроксогрупп \(OH\); растворимые основания называют щелочами.
- Кислоты реагируют с растворимыми и нерастворимыми основаниями: образуются соль и вода.
- Щёлочи реагируют с кислотными оксидами, образуя соль и воду.
- Растворимые соли реагируют со щёлочами, если образуется осадок, газ или вода.
- Для уравнений важно правильно определить индексы, расставить коэффициенты и проверить растворимость продуктов.