Глава III. Основные классы неорганических соединений. § 26. Соли, их классификация и химические свойства — с. 115
§ 26. Проверьте свои знания.
1. Дайте определение солей, исходя из состава этих соединений. Для каких солей это определение справедливо?
Соли — сложные вещества, состоящие из атомов (катионов) металла и кислотных остатков (анионов кислот). Примеры: Na₂SO₄, CaCO₃, FeCl₃.
Такое определение полностью справедливо для средних солей, у которых все атомы водорода кислоты замещены на металл (NaCl, K₃PO₄, CuSO₄). Для кислых солей (NaHSO₄, Ca(HCO₃)₂) определение надо уточнить: в их состав, кроме металла, входят ещё атомы водорода, не замещённые на металл. Для основных солей (ZnOHCl, (CuOH)₂CO₃) — в их состав входят гидроксогруппы OH. Соли аммония (NH₄Cl, (NH₄)₂SO₄) содержат вместо металла ион аммония NH₄⁺.
Такое определение полностью справедливо для средних солей, у которых все атомы водорода кислоты замещены на металл (NaCl, K₃PO₄, CuSO₄). Для кислых солей (NaHSO₄, Ca(HCO₃)₂) определение надо уточнить: в их состав, кроме металла, входят ещё атомы водорода, не замещённые на металл. Для основных солей (ZnOHCl, (CuOH)₂CO₃) — в их состав входят гидроксогруппы OH. Соли аммония (NH₄Cl, (NH₄)₂SO₄) содержат вместо металла ион аммония NH₄⁺.
§ 26. Проверьте свои знания.
2. Как классифицируют соли?
Каковы различия между основными и кислыми солями?
В чём их сходство?
По составу соли делят на средние (Na₂CO₃, CaSO₄), кислые (NaHSO₄, Ca(HCO₃)₂) и основные (ZnOHCl, (CuOH)₂CO₃); по растворимости в воде — на растворимые, малорастворимые и нерастворимые.
Различия. Кислые соли — продукт неполного замещения атомов водорода в молекуле кислоты на металл; в их составе есть атомы водорода (кислотный остаток типа HSO₄⁻, HCO₃⁻). Основные соли — продукт неполного замещения гидроксогрупп в основании на кислотный остаток; в их составе есть гидроксогруппы OH.
Сходство: и те и другие состоят из атомов металла и кислотных остатков; это соли многоосновных кислот (для кислых) и многокислотных оснований (для основных); обе группы можно получить из средней соли и обратно (NaHSO₄ + NaOH = Na₂SO₄ + H₂O; ZnOHCl + HCl = ZnCl₂ + H₂O) и вступают в реакции, типичные для солей.
Различия. Кислые соли — продукт неполного замещения атомов водорода в молекуле кислоты на металл; в их составе есть атомы водорода (кислотный остаток типа HSO₄⁻, HCO₃⁻). Основные соли — продукт неполного замещения гидроксогрупп в основании на кислотный остаток; в их составе есть гидроксогруппы OH.
Сходство: и те и другие состоят из атомов металла и кислотных остатков; это соли многоосновных кислот (для кислых) и многокислотных оснований (для основных); обе группы можно получить из средней соли и обратно (NaHSO₄ + NaOH = Na₂SO₄ + H₂O; ZnOHCl + HCl = ZnCl₂ + H₂O) и вступают в реакции, типичные для солей.
§ 26. Проверьте свои знания.
3. Охарактеризуйте растворимость солей в воде.
По растворимости соли делят на растворимые, малорастворимые и нерастворимые; оценивают её по таблице растворимости. Растворимы: все соли натрия, калия и аммония; все нитраты; почти все хлориды (кроме AgCl, нерастворимого, и PbCl₂, малорастворимого); почти все сульфаты (кроме нерастворимых BaSO₄, PbSO₄ и малорастворимых CaSO₄, Ag₂SO₄). Нерастворимы или малорастворимы большинство карбонатов (CaCO₃, BaCO₃), силикатов, фосфатов (Ca₃(PO₄)₂), сульфидов (CuS, PbS) — кроме соединений щелочных металлов и аммония. Абсолютно нерастворимых веществ нет: растворимость — относительное понятие, поэтому говорят «практически нерастворимые».
§ 26. Проверьте свои знания.
4. Из предложенного перечня выберите формулы солей: NiCl₂, LiOH, POCl₃, SiH₄, Pb(NO₃)₂, Fe₂(SO₄)₃, SCl₄, CaSO₄, Ba₃(PO₄)₂, CuSO₄, Sn(NO₃)₂ — и дайте их названия. Укажите, какие из них растворимы, малорастворимы или нерастворимы в воде.
Не являются солями: LiOH — гидроксид лития (щёлочь, основание); SiH₄ — силан (водородное соединение кремния); POCl₃ — хлорид-оксид фосфора(V) и SCl₄ — хлорид серы(IV) (бинарные соединения двух неметаллов, в которых нет катиона металла). Солями являются остальные вещества:
NiCl₂ — хлорид никеля(II), растворим;
Pb(NO₃)₂ — нитрат свинца(II), растворим;
Fe₂(SO₄)₃ — сульфат железа(III), растворим;
CaSO₄ — сульфат кальция, малорастворим;
Ba₃(PO₄)₂ — фосфат бария, нерастворим;
CuSO₄ — сульфат меди(II), растворим;
Sn(NO₃)₂ — нитрат олова(II), растворим.
Оговорка: SCl₄ и POCl₃ по традиции иногда называют «хлоридами», но по составу это соединения неметаллов, не относящиеся к солям.
NiCl₂ — хлорид никеля(II), растворим;
Pb(NO₃)₂ — нитрат свинца(II), растворим;
Fe₂(SO₄)₃ — сульфат железа(III), растворим;
CaSO₄ — сульфат кальция, малорастворим;
Ba₃(PO₄)₂ — фосфат бария, нерастворим;
CuSO₄ — сульфат меди(II), растворим;
Sn(NO₃)₂ — нитрат олова(II), растворим.
Оговорка: SCl₄ и POCl₃ по традиции иногда называют «хлоридами», но по составу это соединения неметаллов, не относящиеся к солям.
§ 26. Примените свои знания.
5. Запишите уравнения пяти реакций, с помощью которых можно получить сульфат цинка.
1) Цинк с серной кислотой: Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑
2) Оксид цинка с серной кислотой: ZnO + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂O
3) Гидроксид цинка с серной кислотой: Zn(OH)₂ + H₂SO₄ = ZnSO₄ + 2H₂O
4) Цинк с раствором соли менее активного металла: Zn + CuSO₄ = ZnSO₄ + Cu
5) Карбонат цинка с серной кислотой: ZnCO₃ + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂O + CO₂↑
(Можно также: ZnO + SO₃ = ZnSO₄; ZnCl₂ + Ag₂SO₄ = ZnSO₄ + 2AgCl↓.)
2) Оксид цинка с серной кислотой: ZnO + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂O
3) Гидроксид цинка с серной кислотой: Zn(OH)₂ + H₂SO₄ = ZnSO₄ + 2H₂O
4) Цинк с раствором соли менее активного металла: Zn + CuSO₄ = ZnSO₄ + Cu
5) Карбонат цинка с серной кислотой: ZnCO₃ + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂O + CO₂↑
(Можно также: ZnO + SO₃ = ZnSO₄; ZnCl₂ + Ag₂SO₄ = ZnSO₄ + 2AgCl↓.)
§ 26. Примените свои знания.
6. Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: C → CO₂ → MgCO₃ → MgO → Mg(NO₃)₂ → Mg(OH)₂ → MgO
1) C + O₂ = CO₂ (при нагревании)
2) CO₂ + MgO = MgCO₃ (при нагревании; можно также CO₂ + Mg(OH)₂ = MgCO₃↓ + H₂O)
3) MgCO₃ = MgO + CO₂↑ (прокаливание, t)
4) MgO + 2HNO₃ = Mg(NO₃)₂ + H₂O
5) Mg(NO₃)₂ + 2NaOH = Mg(OH)₂↓ + 2NaNO₃
6) Mg(OH)₂ = MgO + H₂O (при нагревании)
2) CO₂ + MgO = MgCO₃ (при нагревании; можно также CO₂ + Mg(OH)₂ = MgCO₃↓ + H₂O)
3) MgCO₃ = MgO + CO₂↑ (прокаливание, t)
4) MgO + 2HNO₃ = Mg(NO₃)₂ + H₂O
5) Mg(NO₃)₂ + 2NaOH = Mg(OH)₂↓ + 2NaNO₃
6) Mg(OH)₂ = MgO + H₂O (при нагревании)
§ 26. Примените свои знания.
7. Какая масса гидрокарбоната натрия (разрыхлителя теста) потребуется для получения 9 л газов (н. у.), включая водяные пары?
Дано: V(газов) = 9 л (н. у.). Найти: m(NaHCO₃).
Решение. При нагревании гидрокарбонат натрия разлагается: 2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + H₂O↑ + CO₂↑.
Из 2 моль NaHCO₃ образуется 2 моль газов (1 моль H₂O и 1 моль CO₂), то есть n(NaHCO₃) = n(газов).
n(газов) = V : Vm = 9 л : 22,4 л/моль ≈ 0,4 моль, значит n(NaHCO₃) ≈ 0,4 моль.
M(NaHCO₃) = 23 + 1 + 12 + 3·16 = 84 г/моль.
m(NaHCO₃) = n·M = 0,4 моль · 84 г/моль = 33,6 г.
Ответ: 33,6 г гидрокарбоната натрия.
Решение. При нагревании гидрокарбонат натрия разлагается: 2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + H₂O↑ + CO₂↑.
Из 2 моль NaHCO₃ образуется 2 моль газов (1 моль H₂O и 1 моль CO₂), то есть n(NaHCO₃) = n(газов).
n(газов) = V : Vm = 9 л : 22,4 л/моль ≈ 0,4 моль, значит n(NaHCO₃) ≈ 0,4 моль.
M(NaHCO₃) = 23 + 1 + 12 + 3·16 = 84 г/моль.
m(NaHCO₃) = n·M = 0,4 моль · 84 г/моль = 33,6 г.
Ответ: 33,6 г гидрокарбоната натрия.
§ 26. Примените свои знания.
8. К 62,4 г 5 %-ного раствора хлорида бария добавили избыток раствора сульфата натрия. Рассчитайте массу выпавшего осадка.
Дано: m(р-ра BaCl₂) = 62,4 г; w(BaCl₂) = 5 %; Na₂SO₄ в избытке. Найти: m(BaSO₄).
Решение. BaCl₂ + Na₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2NaCl
m(BaCl₂) = 62,4 г · 0,05 = 3,12 г.
M(BaCl₂) = 137 + 2·35,5 = 208 г/моль; n(BaCl₂) = 3,12 : 208 = 0,015 моль.
По уравнению n(BaSO₄) = n(BaCl₂) = 0,015 моль.
M(BaSO₄) = 137 + 32 + 4·16 = 233 г/моль; m(BaSO₄) = 0,015 · 233 = 3,495 г ≈ 3,5 г.
Ответ: масса осадка сульфата бария ≈ 3,5 г.
Решение. BaCl₂ + Na₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2NaCl
m(BaCl₂) = 62,4 г · 0,05 = 3,12 г.
M(BaCl₂) = 137 + 2·35,5 = 208 г/моль; n(BaCl₂) = 3,12 : 208 = 0,015 моль.
По уравнению n(BaSO₄) = n(BaCl₂) = 0,015 моль.
M(BaSO₄) = 137 + 32 + 4·16 = 233 г/моль; m(BaSO₄) = 0,015 · 233 = 3,495 г ≈ 3,5 г.
Ответ: масса осадка сульфата бария ≈ 3,5 г.
§ 26. Примените свои знания.
9. Достаточно ли 50 мл 10 %-ной соляной кислоты (плотность 1,05 г/мл) для полного растворения кусочка мела (карбонат кальция) массой 5 г?
Дано: V(р-ра HCl) = 50 мл; w(HCl) = 10 %; ρ = 1,05 г/мл; m(CaCO₃) = 5 г. Найти: хватит ли кислоты.
Решение. CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂↑
m(р-ра) = V·ρ = 50 мл · 1,05 г/мл = 52,5 г; m(HCl) = 52,5 · 0,1 = 5,25 г.
M(HCl) = 36,5 г/моль; n(HCl) = 5,25 : 36,5 ≈ 0,144 моль (имеется).
M(CaCO₃) = 40 + 12 + 48 = 100 г/моль; n(CaCO₃) = 5 : 100 = 0,05 моль.
По уравнению на 1 моль CaCO₃ нужно 2 моль HCl: n(HCl) = 2 · 0,05 = 0,1 моль (требуется), или m(HCl) = 0,1 · 36,5 = 3,65 г.
Так как 0,144 моль > 0,1 моль (5,25 г > 3,65 г), кислота взята в избытке.
Ответ: кислоты достаточно.
Решение. CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂↑
m(р-ра) = V·ρ = 50 мл · 1,05 г/мл = 52,5 г; m(HCl) = 52,5 · 0,1 = 5,25 г.
M(HCl) = 36,5 г/моль; n(HCl) = 5,25 : 36,5 ≈ 0,144 моль (имеется).
M(CaCO₃) = 40 + 12 + 48 = 100 г/моль; n(CaCO₃) = 5 : 100 = 0,05 моль.
По уравнению на 1 моль CaCO₃ нужно 2 моль HCl: n(HCl) = 2 · 0,05 = 0,1 моль (требуется), или m(HCl) = 0,1 · 36,5 = 3,65 г.
Так как 0,144 моль > 0,1 моль (5,25 г > 3,65 г), кислота взята в избытке.
Ответ: кислоты достаточно.
§ 26. Используйте дополнительную информацию.
10. Подготовьте сообщение на тему «Значение соды в народном хозяйстве и история содового производства».
Содой называют карбонат натрия Na₂CO₃ (кальцинированная сода), а также гидрокарбонат натрия NaHCO₃ (питьевая, или пищевая сода) и кристаллогидрат Na₂CO₃·10H₂O (кристаллическая сода). Природная сода встречается в виде минералов (трона, натрон) и в воде содовых озёр, в том числе в Западной Сибири (Кулундинская степь). Издавна соду добывали из золы морских водорослей и растений, потом из озёр.
В 1791 г. французский химик Никола Леблан разработал способ получения соды из поваренной соли (серная кислота, уголь, известняк); он был дорогим и вредным для окружающей среды. В 1861 г. бельгийский инженер Эрнест Сольве предложил аммиачный способ: в насыщенный раствор NaCl пропускают NH₃ и CO₂, выпадает малорастворимый NaHCO₃ (NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O = NaHCO₃↓ + NH₄Cl), который прокаливают: 2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + H₂O + CO₂↑. Метод экономичен, сырьём служат поваренная соль и известняк.
В России содовое производство развивалось с конца XIX в. (Березники, позднее Стерлитамак и др.).
Сода нужна в стекольной промышленности (стекло получают сплавлением соды, известняка и песка), в производстве мыла и моющих средств, бумаги, в металлургии, для смягчения воды, получения других соединений натрия. Гидрокарбонат натрия применяют в пищевой промышленности как разрыхлитель теста, в медицине (при повышенной кислотности), в огнетушителях.
В 1791 г. французский химик Никола Леблан разработал способ получения соды из поваренной соли (серная кислота, уголь, известняк); он был дорогим и вредным для окружающей среды. В 1861 г. бельгийский инженер Эрнест Сольве предложил аммиачный способ: в насыщенный раствор NaCl пропускают NH₃ и CO₂, выпадает малорастворимый NaHCO₃ (NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O = NaHCO₃↓ + NH₄Cl), который прокаливают: 2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + H₂O + CO₂↑. Метод экономичен, сырьём служат поваренная соль и известняк.
В России содовое производство развивалось с конца XIX в. (Березники, позднее Стерлитамак и др.).
Сода нужна в стекольной промышленности (стекло получают сплавлением соды, известняка и песка), в производстве мыла и моющих средств, бумаги, в металлургии, для смягчения воды, получения других соединений натрия. Гидрокарбонат натрия применяют в пищевой промышленности как разрыхлитель теста, в медицине (при повышенной кислотности), в огнетушителях.