Глава II. Химические реакции в растворах. § 7. Химические свойства оснований как электролитов — с. 45
§ 7. Лабораторный опыт 28. Закрепите в пробиркодержателе пробирку с полученным в предыдущем опыте синим осадком. Осторожно нагревайте её в пламени спиртовки (не до кипения). Что наблюдаете?
Наблюдения: при осторожном нагревании синий (голубой) осадок гидроксида меди(II) чернеет, так как образуется чёрный оксид меди(II); на стенках пробирки могут появиться капли воды.
Уравнение: Cu(OH)₂ =(t) CuO + H₂O.
Вывод: нерастворимые основания при нагревании разлагаются на оксид металла и воду. Нагревать следует осторожно, не доводя до кипения, чтобы не было выброса смеси; пробирку держат отверстием от себя и от соседей.
Уравнение: Cu(OH)₂ =(t) CuO + H₂O.
Вывод: нерастворимые основания при нагревании разлагаются на оксид металла и воду. Нагревать следует осторожно, не доводя до кипения, чтобы не было выброса смеси; пробирку держат отверстием от себя и от соседей.
§ 7. Проверьте свои знания.
1. Какие химические свойства характерны для щелочей? Какие — для нерастворимых оснований? Какие химические свойства характерны для обеих групп оснований?
1. Какие химические свойства характерны для щелочей? Какие — для нерастворимых оснований? Какие химические свойства характерны для обеих групп оснований?
Щёлочи (NaOH, KOH, Ba(OH)₂): изменяют окраску индикаторов; реагируют с кислотными оксидами (CO₂ + 2NaOH = Na₂CO₃ + H₂O); реагируют с растворами солей, если образуется осадок или газ (CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄; NH₄Cl + NaOH = NaCl + NH₃↑ + H₂O); мылки на ощупь, разъедают кожу.
Нерастворимые основания (Cu(OH)₂, Fe(OH)₃): не изменяют окраску индикаторов, не реагируют с оксидами и солями; при нагревании разлагаются на оксид металла и воду (Cu(OH)₂ = CuO + H₂O).
Общие для обеих групп: взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации): NaOH + HCl = NaCl + H₂O; Cu(OH)₂ + 2HCl = CuCl₂ + 2H₂O.
Нерастворимые основания (Cu(OH)₂, Fe(OH)₃): не изменяют окраску индикаторов, не реагируют с оксидами и солями; при нагревании разлагаются на оксид металла и воду (Cu(OH)₂ = CuO + H₂O).
Общие для обеих групп: взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации): NaOH + HCl = NaCl + H₂O; Cu(OH)₂ + 2HCl = CuCl₂ + 2H₂O.
§ 7. Проверьте свои знания.
2. Какие свойства оснований обусловлены гидроксид-анионами, а какие — катионами металла или аммония?
Гидроксид-анионами OH⁻ обусловлены: щелочная среда и изменение окраски индикаторов; мылкость на ощупь; взаимодействие с кислотами (H⁺ + OH⁻ = H₂O); взаимодействие с кислотными оксидами (CO₂ + 2OH⁻ = CO₃²⁻ + H₂O); осаждение катионов металлов в виде нерастворимых оснований (Cu²⁺ + 2OH⁻ = Cu(OH)₂↓); выделение аммиака из солей аммония (NH₄⁺ + OH⁻ = NH₃↑ + H₂O) — здесь участвует и катион аммония.
Катионами металла обусловлены индивидуальные свойства: образование осадков с определёнными анионами (Ba²⁺ + SO₄²⁻ = BaSO₄↓), цвет раствора (Cu²⁺ — голубой), разложение нерастворимых оснований при нагревании (Cu(OH)₂ = CuO + H₂O).
Катион аммония NH₄⁺ определяет реакцию с щелочью, при которой выделяется аммиак.
Катионами металла обусловлены индивидуальные свойства: образование осадков с определёнными анионами (Ba²⁺ + SO₄²⁻ = BaSO₄↓), цвет раствора (Cu²⁺ — голубой), разложение нерастворимых оснований при нагревании (Cu(OH)₂ = CuO + H₂O).
Катион аммония NH₄⁺ определяет реакцию с щелочью, при которой выделяется аммиак.
§ 7. Проверьте свои знания.
3. Перечислите условия протекания реакций между растворами щелочей и солей.
Реакция между раствором щёлочи и раствором соли идёт по правилу Бертолле при выполнении условий:
1) и щёлочь, и соль должны быть растворимы (реакция идёт в растворе);
2) в результате реакции образуется нерастворимое основание или нерастворимая соль (осадок), например CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄ или Ba(OH)₂ + Na₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2NaOH;
3) либо образуется газ — аммиак при действии щёлочи на соли аммония: NH₄Cl + NaOH = NaCl + NH₃↑ + H₂O.
Если осадка или газа нет, реакция не идёт (например, NaOH и KCl).
1) и щёлочь, и соль должны быть растворимы (реакция идёт в растворе);
2) в результате реакции образуется нерастворимое основание или нерастворимая соль (осадок), например CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄ или Ba(OH)₂ + Na₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2NaOH;
3) либо образуется газ — аммиак при действии щёлочи на соли аммония: NH₄Cl + NaOH = NaCl + NH₃↑ + H₂O.
Если осадка или газа нет, реакция не идёт (например, NaOH и KCl).
§ 7. Примените свои знания.
4. Напишите ионные и молекулярные уравнения реакций, протекающих при взаимодействии:
а) раствора гидроксида натрия и оксида азота(V);
б) гидроксида хрома(II) и соляной кислоты;
в) растворов сульфата аммония и гидроксида натрия.
а) раствора гидроксида натрия и оксида азота(V);
б) гидроксида хрома(II) и соляной кислоты;
в) растворов сульфата аммония и гидроксида натрия.
а) Оксид азота(V) N₂O₅ — кислотный оксид, ему соответствует азотная кислота, поэтому образуется нитрат натрия.
2NaOH + N₂O₅ = 2NaNO₃ + H₂O
2Na⁺ + 2OH⁻ + N₂O₅ = 2Na⁺ + 2NO₃⁻ + H₂O
2OH⁻ + N₂O₅ = 2NO₃⁻ + H₂O
б) Cr(OH)₂ — нерастворимое основание, реагирует с кислотой (нейтрализация):
Cr(OH)₂ + 2HCl = CrCl₂ + 2H₂O
Cr(OH)₂ + 2H⁺ + 2Cl⁻ = Cr²⁺ + 2Cl⁻ + 2H₂O
Cr(OH)₂ + 2H⁺ = Cr²⁺ + 2H₂O
в) (NH₄)₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2NH₃↑ + 2H₂O (при нагревании)
2NH₄⁺ + SO₄²⁻ + 2Na⁺ + 2OH⁻ = 2Na⁺ + SO₄²⁻ + 2NH₃↑ + 2H₂O
NH₄⁺ + OH⁻ = NH₃↑ + H₂O
Ощущается резкий запах аммиака.
2NaOH + N₂O₅ = 2NaNO₃ + H₂O
2Na⁺ + 2OH⁻ + N₂O₅ = 2Na⁺ + 2NO₃⁻ + H₂O
2OH⁻ + N₂O₅ = 2NO₃⁻ + H₂O
б) Cr(OH)₂ — нерастворимое основание, реагирует с кислотой (нейтрализация):
Cr(OH)₂ + 2HCl = CrCl₂ + 2H₂O
Cr(OH)₂ + 2H⁺ + 2Cl⁻ = Cr²⁺ + 2Cl⁻ + 2H₂O
Cr(OH)₂ + 2H⁺ = Cr²⁺ + 2H₂O
в) (NH₄)₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2NH₃↑ + 2H₂O (при нагревании)
2NH₄⁺ + SO₄²⁻ + 2Na⁺ + 2OH⁻ = 2Na⁺ + SO₄²⁻ + 2NH₃↑ + 2H₂O
NH₄⁺ + OH⁻ = NH₃↑ + H₂O
Ощущается резкий запах аммиака.
§ 7. Примените свои знания.
5. Напишите по одному молекулярному уравнению реакций, которым соответствуют сокращённые ионные уравнения:
а) Al³⁺ + 3OH⁻ = Al(OH)₃↓
б) CO₂ + 2OH⁻ = CO₃²⁻ + H₂O
в) 2H⁺ + Cu(OH)₂ = Cu²⁺ + 2H₂O
а) Al³⁺ + 3OH⁻ = Al(OH)₃↓
б) CO₂ + 2OH⁻ = CO₃²⁻ + H₂O
в) 2H⁺ + Cu(OH)₂ = Cu²⁺ + 2H₂O
а) Катионы алюминия — из растворимой соли алюминия, гидроксид-ионы — из щёлочи:
AlCl₃ + 3NaOH = Al(OH)₃↓ + 3NaCl
Полное ионное: Al³⁺ + 3Cl⁻ + 3Na⁺ + 3OH⁻ = Al(OH)₃↓ + 3Na⁺ + 3Cl⁻.
б) Углекислый газ реагирует с растворимой щёлочью с образованием растворимого карбоната:
CO₂ + 2NaOH = Na₂CO₃ + H₂O
Полное ионное: CO₂ + 2Na⁺ + 2OH⁻ = 2Na⁺ + CO₃²⁻ + H₂O.
в) Нерастворимый гидроксид меди(II) реагирует с сильной кислотой, образующей растворимую соль меди:
Cu(OH)₂ + 2HCl = CuCl₂ + 2H₂O
Полное ионное: Cu(OH)₂ + 2H⁺ + 2Cl⁻ = Cu²⁺ + 2Cl⁻ + 2H₂O.
AlCl₃ + 3NaOH = Al(OH)₃↓ + 3NaCl
Полное ионное: Al³⁺ + 3Cl⁻ + 3Na⁺ + 3OH⁻ = Al(OH)₃↓ + 3Na⁺ + 3Cl⁻.
б) Углекислый газ реагирует с растворимой щёлочью с образованием растворимого карбоната:
CO₂ + 2NaOH = Na₂CO₃ + H₂O
Полное ионное: CO₂ + 2Na⁺ + 2OH⁻ = 2Na⁺ + CO₃²⁻ + H₂O.
в) Нерастворимый гидроксид меди(II) реагирует с сильной кислотой, образующей растворимую соль меди:
Cu(OH)₂ + 2HCl = CuCl₂ + 2H₂O
Полное ионное: Cu(OH)₂ + 2H⁺ + 2Cl⁻ = Cu²⁺ + 2Cl⁻ + 2H₂O.
§ 7. Примените свои знания.
6. Найдите массу 20%-ной соляной кислоты, необходимой для реакции со 160 г 25%-ного раствора гидроксида натрия.
Дано: m(р-ра NaOH) = 160 г; w(NaOH) = 25 % = 0,25; w(HCl) = 20 % = 0,2.
Найти: m(р-ра HCl) — ?
Решение:
NaOH + HCl = NaCl + H₂O
1) m(NaOH) = 160 г · 0,25 = 40 г.
2) M(NaOH) = 40 г/моль; n(NaOH) = 40 г / 40 г/моль = 1 моль.
3) По уравнению n(HCl) = n(NaOH) = 1 моль.
4) M(HCl) = 36,5 г/моль; m(HCl) = 1 моль · 36,5 г/моль = 36,5 г.
5) m(р-ра HCl) = 36,5 г / 0,2 = 182,5 г.
Ответ: m(р-ра HCl) = 182,5 г.
Найти: m(р-ра HCl) — ?
Решение:
NaOH + HCl = NaCl + H₂O
1) m(NaOH) = 160 г · 0,25 = 40 г.
2) M(NaOH) = 40 г/моль; n(NaOH) = 40 г / 40 г/моль = 1 моль.
3) По уравнению n(HCl) = n(NaOH) = 1 моль.
4) M(HCl) = 36,5 г/моль; m(HCl) = 1 моль · 36,5 г/моль = 36,5 г.
5) m(р-ра HCl) = 36,5 г / 0,2 = 182,5 г.
Ответ: m(р-ра HCl) = 182,5 г.
§ 7. Примените свои знания.
7. Какой объём аммиака (н. у.) образуется при взаимодействии 535 мг 20%-ного раствора хлорида аммония с избытком раствора гидроксида калия?
Какая масса 40%-ного раствора щёлочи потребуется для проведения этой реакции?
Дано: m(р-ра NH₄Cl) = 535 мг; w(NH₄Cl) = 20 % = 0,2; w(KOH) = 40 % = 0,4.
Найти: V(NH₃) — ?; m(р-ра KOH) — ?
Решение:
NH₄Cl + KOH = KCl + NH₃↑ + H₂O
1) m(NH₄Cl) = 535 мг · 0,2 = 107 мг.
2) M(NH₄Cl) = 53,5 г/моль = 53,5 мг/ммоль; n(NH₄Cl) = 107 мг / 53,5 мг/ммоль = 2 ммоль.
3) По уравнению n(NH₃) = n(KOH) = n(NH₄Cl) = 2 ммоль.
4) V(NH₃) = 2 ммоль · 22,4 мл/ммоль = 44,8 мл (1 ммоль газа занимает 22,4 мл).
5) M(KOH) = 56 г/моль; m(KOH) = 2 ммоль · 56 мг/ммоль = 112 мг.
6) m(р-ра KOH) = 112 мг / 0,4 = 280 мг.
Ответ: V(NH₃) = 44,8 мл; m(р-ра KOH) = 280 мг (в условии KOH взят в избытке, 280 мг — масса раствора, необходимая по уравнению).
Найти: V(NH₃) — ?; m(р-ра KOH) — ?
Решение:
NH₄Cl + KOH = KCl + NH₃↑ + H₂O
1) m(NH₄Cl) = 535 мг · 0,2 = 107 мг.
2) M(NH₄Cl) = 53,5 г/моль = 53,5 мг/ммоль; n(NH₄Cl) = 107 мг / 53,5 мг/ммоль = 2 ммоль.
3) По уравнению n(NH₃) = n(KOH) = n(NH₄Cl) = 2 ммоль.
4) V(NH₃) = 2 ммоль · 22,4 мл/ммоль = 44,8 мл (1 ммоль газа занимает 22,4 мл).
5) M(KOH) = 56 г/моль; m(KOH) = 2 ммоль · 56 мг/ммоль = 112 мг.
6) m(р-ра KOH) = 112 мг / 0,4 = 280 мг.
Ответ: V(NH₃) = 44,8 мл; m(р-ра KOH) = 280 мг (в условии KOH взят в избытке, 280 мг — масса раствора, необходимая по уравнению).
§ 7. Используйте дополнительную информацию.
8. Подготовьте сообщение об областях применения и свойствах едких щелочей.
Едкие щёлочи: применение и свойства
Едкими щелочами называют гидроксид натрия NaOH (едкий натр, каустическая сода) и гидроксид калия KOH (едкое кали). Это белые твёрдые гигроскопичные вещества, очень хорошо растворимые в воде с выделением большого количества теплоты. Растворы мылки на ощупь, разъедают кожу, ткани, бумагу, поэтому работать с ними нужно в перчатках и очках; при попадании на кожу их смывают большим количеством воды и обрабатывают слабым раствором борной или уксусной кислоты. Щёлочи изменяют окраску индикаторов, реагируют с кислотами, кислотными оксидами и солями. На воздухе поглощают влагу и углекислый газ.
Применение: производство мыла и моющих средств, бумаги и целлюлозы, искусственных волокон, красителей; очистка нефтепродуктов; получение алюминия из бокситов; осушка газов; приготовление электролита для щелочных аккумуляторов (KOH); чистка труб от жировых засоров. NaOH и KOH получают электролизом растворов хлоридов натрия и калия.
Едкими щелочами называют гидроксид натрия NaOH (едкий натр, каустическая сода) и гидроксид калия KOH (едкое кали). Это белые твёрдые гигроскопичные вещества, очень хорошо растворимые в воде с выделением большого количества теплоты. Растворы мылки на ощупь, разъедают кожу, ткани, бумагу, поэтому работать с ними нужно в перчатках и очках; при попадании на кожу их смывают большим количеством воды и обрабатывают слабым раствором борной или уксусной кислоты. Щёлочи изменяют окраску индикаторов, реагируют с кислотами, кислотными оксидами и солями. На воздухе поглощают влагу и углекислый газ.
Применение: производство мыла и моющих средств, бумаги и целлюлозы, искусственных волокон, красителей; очистка нефтепродуктов; получение алюминия из бокситов; осушка газов; приготовление электролита для щелочных аккумуляторов (KOH); чистка труб от жировых засоров. NaOH и KOH получают электролизом растворов хлоридов натрия и калия.