какие физические и химические свойства имеют основания

Физические и химические свойства оснований

Основания в химии — что это такое

В строительном деле в качестве скрепляющего компонента используется гашеная известь Ca(OH)2. Для ликвидации засоров в канализационной системе применяется едкий натр NaOH. В качестве электролита в гальванических элементах используется едкое кали KOH. Перечисленные вещества, как и многие другие, в химии относятся к основаниям, в формуле которых содержится металл и гидроксильная группа ОН.

В мире неорганической химии особое место занимают основания — вещества, содержащие в своем составе гидроксогруппы OH, благодаря которым у них появляются определенные характеристики, позволяющие широко применять эти соединения в быту и во многих отраслях промышленности. Растворимые основания называют щелочами. В растворенном виде это едкие мыльные на ощупь вещества.

Чтобы правильно построить название оснований, на первое место нужно поставить слово «гидроксид», затем назвать металл, атом которого присутствует в формуле. Кроме этого, обязательно в скобках указывают валентность этого металла (если он может проявлять различные валентности):

Характерным свойством гидроксидов является способность вступать в реакцию с кислотой, в результате чего образуется соль.

В химии основным оксидам соответствуют основания, подобно тому, как кислотным оксидам соответствуют кислоты.

Основание — вещество сложного строения, которое состоит из атома металла и гидроксогрупп ОН (их может быть несколько).

Схематически формулу основания можно выразить так:

где Me — условное обозначение металла;

(OH) — гидроксильные группы, число которых в формуле отражает валентность металла, точнее, — степень его окисления.

Поскольку в воде растворимые гидроксиды практически полностью распадаются на катионы металлов и анионы ОН-, с позиции электролитической диссоциации они являются электролитами.

Термин «основание» пришел в наши дни из XVII века, когда его употребил французский химик Гийом Франсуа Руэль (1754 год). По его утверждению превращение летучих жидкостей (например, уксусной кислоты) в кристаллическую соль происходит при участии конкретных веществ. В данном контексте эти вещества являются основанием для образования солей в твердой фазе.

Шведский физик и химик С. Аррениус в 1887 году представил научному миру единую теорию кислот и оснований, в которой изложил мысли, что при диссоциации кислот образуются положительно заряженные ионы H+, а при диссоциации оснований — отрицательно заряженные гидроскид-ионы OH-.

Классификация

В основе классификации оснований лежит ряд принципов:

Химические и физические свойства оснований

Описание химических свойств оснований всегда начинают со способности окрашивать в определенный цвет растворы индикаторов. Происходит это из-за наличия гидроксид-ионов в растворах оснований. Так, в присутствии раствора щелочей фенолфталеин приобретает малиновую окраску.

При добавлении в раствор щелочи нескольких капель лакмуса либо опускании в него лакмусовой бумажки появляется синяя окраска, в случае индикатора метилового оранжевого — желтая.

Одним из основных химических свойств является взаимодействие с кислотами. Такие реакции называются реакциями нейтрализации. В результате получается соль и вода. К примеру:

2KOH + H2SO4 → K2SO4 + 2H2O

С кислотами взаимодействуют как растворимые основания (как в примере с гидроксидом калия), так и нерастворимые:

Образованием солей заканчиваются не только реакции с кислотами, но и с кислотными оксидами:

Аналогичным образом происходит реакция с амфотерными оксидами (теми, которые при определенных условиях могут проявлять и кислотные, и основные свойства):

NaOH(твердый)+Al(OH)3→NaAlO2+H2O

Так протекает реакция при сплавлении амфотерных оксидов и гидроксидов с твердыми щелочами.

С другой стороны, реакция амфотерных оксидов и гидроксидов со щелочами возможна и в растворе. Тогда уравнение реакции имеет следующий вид:

Гидроксиды могут вступать в химическую реакцию с отдельными металлами, образующими амфотерные соединения, например, с цинком. В уравнении в качестве реагента реакции присутствует вода:

Как видно, реакция заканчивается образованием комплексной соли и выделением газообразного водорода.

Взаимодействие с растворимыми солями протекает только тогда, когда образуются нерастворимые вещества:

К химическим свойствам оснований относится разложение на оксиды и воду, причем независимо от того, растворимое оно или нет. Для этого нужно нагревание:

В данную реакцию не вступают только гидроксиды натрия NaOH и калия KOH, которые плавятся без разложения.

Характеристика физических свойств оснований заключается в том, что это твердые вещества, некоторые (щелочи) растворимы в воде. Основания могут иметь различную окраску (гидроксид натрия NaOH — белый, гидроксид меди (II) Cu(OH)2 — синий, гидроксид железа (III) Fe(OH)3 — бурый). К слабым основаниям относят также раствор аммиака в воде.

Щелочи имеют свойство разъедать ткани и кожу человека (при длительном воздействии). По этой причине работы со щелочами нужно проводить со строгим соблюдением правил химической безопасности, пользоваться средствами индивидуальной защиты и проходить соответствующие инструктажи.

Способы получения

Выбрать метод получения основания можно исходя из его принадлежности к определенной группе (растворимых или нерастворимых веществ). Если это щелочь, ее легко получить в реакции активного металла с водой.

Металл должен относиться к группам щелочных либо щелочноземельных металлов.

По сути это реакция замещения, в которой металл взаимодействует с H2O при обычных условиях. Классическим примером является уравнение реакции натрия с водой:

Еще одним способом получения основных гидроксидов является реакция основного оксида с водой. Оксид щелочного или щелочноземельного металла, вступает в реакцию с водой (реакция протекает, если образующийся гидроксид растворим). Происходит реакция соединения, например,

В отличие от гидроксида кальция, который именно таким образом получают в промышленных целях, гидроксиды натрия и калия получают электролитическим путем. Пропуская постоянный электрический ток через раствор NaCl, можно получить гидроксид натрия в результате протекания следующей реакции:

В ходе трудовой деятельности часто возникает необходимость получения нерастворимых гидроксидов. В частности гидроксид меди (II) получают, прибавляя к раствору его соли раствор щелочи. При этом происходит реакция, которая в химии называется реакцией обмена:

Таким же образом получают гидроксид железа (II):

И тот, и другой гидроксид — нерастворимое твердое вещество, выпадающее в ходе реакции в осадок.

Источник

Лабораторная работа № 2

Получение и химические свойства оснований

Цель работы: ознакомиться с химическими свойствами оснований и способами их получения.

Опыт № 1. Взаимодействие металлов с водой.

В пробирку налить 3–5 см 3 воды и опустить в нее несколько кусочков мелко нарезанной магниевой ленты. Нагреть на спиртовке 3–5 мин, охладить и добавить туда 1–2 капли раствора фенолфталеина. Как изменился цвет индикатора? Сравнить с пунктом 1 на с. 27. Написать уравнение реакции. Какие металлы взаимодействуют с водой?

Опыт № 2. Получение и свойства нерастворимых

В пробирки с разбавленными растворами солей MgCI _2, FeCI ₃, CuSO ₄ (5–6 капель) внести по 6–8 капель разбавленного раствора щелочи NaOH до образования осадков. Отметить их окраску. Записать уравнения реакций.

Разделить полученный синий осадок Cu ( OH )₂ на две пробирки. В одну из них добавить 2–3 капли разбавленного раствора кислоты, в другую _ столько же щелочи. В какой пробирке наблюдалось растворение осадка? Написать уравнение реакции.

Опыт№ 3. Получение и свойства амфотерных гидроксидов

Повторить предыдущий опыт с раствором соли алюминия ( AICI ₃ или AI ₂ ( SO ₄ )₃). Наблюдать образование белого творожистого осадка гидроксида алюминия и растворение его при прибавлении как кислоты, так и щелочи. Записать уравнения реакций. Почему гидроксид алюминия обладает свойствами как кислоты, так и основания? Какие еще амфотерные гидроксиды вы знаете?

Источник

Основания

Основания – это сложные вещества, состоящие из атомов металлов и одной или нескольких гидроксогрупп (ОН — ).

Растворимые в воде основания называются щелочами. К ним относятся основания, которые образованы металлами 1-й группы главной подгруппы (LiOH, NaOH и другие) и щелочноземельными металлами (Са(ОН)₂, Sr(ОН)₂, Ва(ОН)₂). Основания, образованные металлами других групп периодической системы в воде практически не растворяются. Щелочи в воде диссоциируют полностью:

Многокислотные основания в воде могут диссоциировать ступенчато:

Cтупенчатой диссоциацией оснований объясняется образование основных солей.

Номенклатура оснований.

Основания называются следующим образом: сначала произносят слово «гидроксид», а затем металл, который его образует. Если металл имеет переменную валентность, то она указывается в названии.

КОН – гидроксид калия;

Ca(OH)₂ – гидроксид кальция;

Fe(OH)₂ – гидроксид железа (II);

Fe(OH)₃ – гидроксид железа (III);

При составлении формул оснований исходят из того, что молекула электронейтральна. Гидроксид – ион всегда имеет заряд (–1). В молекуле основания их число определяется положительным зарядом катиона металла. Гидрокогруппа заключается в круглые скобки, а выравнивающий заряды индекс ставится справа внизу за скобками:

Классификация оснований по следующим признакам:

а) сильные (α = 100 %) – все растворимые основания NaOH, LiOH, Ba(OH)₂, малорастворимый Ca(OH)₂.

метиловый оранжевый – желтый

голубой цвет черный цвет

Амфотерные гидроксиды

Это гидроксиды металлов (Be(OH)₂, AI(OH)₃, Zn(OH)₂) и металлов в промежуточной степени окисления (Сr(OH)_3, Mn(OH)₄).

Амфотерные гидроксиды получают взаимодействием растворимых солей со щелочами взятых в недостатке или эквивалентном количестве, т.к. в избытке они растворяются:

Физические свойства

Это твердые вещества, практически нерастворимые в воде. Zn(OH)₂ – белый, Fe(ОН)₃ – бурый цвет.

Химические свойства

Амфотерные гидроксиды проявляют свойства оснований и кислот, поэтому взаимодействуют как с кислотами, так и с основаниями.

в растворе: AI(OH)₃ + NaOH = Na[AI(OH)₄] или 3NaOH + AI(OH)₃ → Na3[AI(OH)₆].

Также вы можете посмотреть ВИДЕО-уроки на эту тему:

И выполнить задания из ЦТ и ЕГЭ на эту тему вы можете здесь

Источник

Физические и химические свойства оснований

Fe(OH)₂ ↔ Fe 2+ + 2OH — ;

Все неорганические основания классифицируют на растворимые в воде (щелочи) – NaOH, KOH и нерастворимые в воде (Ba(OH)₂, Ca(OH)₂). В зависимости от проявляемых химических свойств среди оснований выделяют амфотерные гидроксиды.

Химические свойства оснований

При действии индикаторов на растворы неорганических оснований происходит изменение их окраски, так, при попадании в раствор основания лакмус приобретает синюю окраску, метилоранж – жёлтую, а фенолфталеин – малиновую.

Неорганические основания способны реагировать с кислотами с образованием соли и воды, причем, нерастворимые в воде основания взаимодействуют только с растворимыми в воде кислотами:

NaOH + HCl = NaCl + H₂O.

Нерастворимые в воде основания термически неустойчивы, т.е. при нагревании они подвергаются разложению с образованием оксидов:

Щелочи (растворимые в воде основания) взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием солей:

Щелочей также способны вступать в реакции взаимодействия (ОВР) с некоторыми неметаллами:

Некоторые основания вступают в реакции обмена с солями:

Амфотерные гидроксиды (основания) проявляют также свойства слабых кислот и реагируют с щелочами:

К амфотерным основаниям относятся гидроксиды алюминия, цинка. хрома (III) и др.

Физические свойства оснований

Большинство оснований – твердые вещества, которые характеризуются различной растворимостью в воде. Щелочи – растворимые в воде основания – чаще всего твердые вещества белого цвета. Нерастворимые в воде основания могут иметь различную окраску, например, гидроксид железа (III)- твердое вещество бурого цвета, гидроксид алюминия – твердое вещество белого цвета, а гидроксид меди (II) – твердое вещество голубого цвета.

Получение оснований

Основания получают разными способами, например, по реакции:

— взаимодействия активных металлов или их оксидов с водой

— электролиза водных растворов солей

Примеры решения задач

Задание	Вычислите практическую массу оксида алюминия (выход целевого продукта составляет 92%) по реакции разложения гидроксида алюминия массой 23,4 г.
Решение	Запишем уравнение реакции:

Молярная масса гидроксида алюминия, рассчитанная с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 78 г/моль. Найдем количество вещества гидроксида алюминия:

Согласно уравнению реакции v(Al(OH)₃): v(Al₂O₃) = 2:1, следовательно, количество вещества оксида алюминия составит:

Молярная масса оксида алюминия, рассчитанная с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 102 г/моль. Найдем теоретическую массу оксида алюминия:

Тогда, практическая масса оксида алюминия составляет:

ОтветМасса оксида алюминия — 14 г.РешениеДля того, чтобы получить хлорид железа (II) из железа, необходимо растворить его в соляной кислоте:

Чтобы получить гидроксид железа (II) и соли железа(II) необходимо подействовать на эту соль щелочью:

Чтобы получить гидроксид железа (III) из гидроксида железа (II) необходимо его восстановить железо:

Чтобы получить соль железа (III) из гидроксида железа (III) необходимо обработать осадок гидроксида железа (III) соответствующей кислотой:

Источник

Основания. Химические свойства и способы получения

Перед изучением этого раздела рекомендую прочитать следующую статью:

Получение оснований

1. Взаимодействие основных оксидов с водой. При этом с водой реагируют в обычных условиях только те оксиды, которым соответствует растворимое основание (щелочь). Т.е. таким способом можно получить только щёлочи:

основный оксид + вода = основание

Na₂O + H₂O → 2NaOH

При этом оксид меди (II) с водой не реагирует:

CuO + H₂O ≠

2. Взаимодействие металлов с водой. При этом с водой реагируют в обычных условиях только щелочные металлы (литий, натрий, калий. рубидий, цезий) , кальций, стронций и барий. При этом протекает окислительно-восстановительная реакция, окислителем выступает водород, восстановителем является металл.

металл + вода = щёлочь + водород

2K 0 + 2 H₂ + O → 2 K + OH + H₂ 0

2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑

4. Основания образуются при взаимодействии других щелочей с солями. При этом взаимодействуют только растворимые вещества, а в продуктах должна образоваться нерастворимая соль, либо нерастворимое основание:

щелочь + соль₁ = соль₂↓ + щелочь

щелочь + соль₁ = соль₂↓ + щелочь

Например: карбонат калия реагирует в растворе с гидроксидом кальция:

Например: хлорид меди (II) взаимодействет в растворе с гидроксидом натрия. При этом выпадает голубой осадок гидроксида меди (II):

CuCl₂ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + 2NaCl

Химические свойства нерастворимых оснований

1. Нерастворимые основания взаимодействуют с сильными кислотами и их оксидами (и некоторыми средними кислотами). При этом образуются соль и вода.

нерастворимое основание + кислота = соль + вода

нерастворимое основание + кислотный оксид = соль + вода

При этом гидроксид меди (II) не взаимодействует с кислотным оксидом слабой угольной кислоты – углекислым газом:

2. Нерастворимые основания разлагаются при нагревании на оксид и воду.

3. Нерастворимые основания не взаимодействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами.

нерастворимое оснвоание + амфотерный оксид ≠

нерастворимое основание + амфотерный гидроксид ≠

4. Некоторые нерастворимые основания могут выступать в качестве восстановителей. Восстановителями являются основания, образованные металлами с минимальной или промежуточной степенью окисления, которые могут повысить свою степень окисления (гидроксид железа (II), гидроксид хрома (II) и др.).

Химические свойства щелочей

щёлочь_{(избыток)}+ кислота = средняя соль + вода

щёлочь + многоосновная кислота_{(избыток)} = кислая соль + вода

При этом дигидрофосфаты образуются в избытке кислоты, либо при мольном соотношении (соотношении количеств веществ) реагентов 1:1.

При мольном соотношении количества щелочи и кислоты 2:1 образуются гидрофосфаты:

В избытке щелочи, либо при мольном соотношении количества щелочи и кислоты 3:1 образуется фосфат щелочного металла.

щёлочь (расплав) + амфотерный оксид = средняя соль + вода

щёлочь (расплав) + амфотерный гидроксид = средняя соль + вода

щёлочь (раствор) + амфотерный оксид = комплексная соль

щёлочь (раствор) + амфотерный гидроксид = комплексная соль

А в растворе образуется комплексная соль:

Обратите внимание, как составляется формула комплексной соли: сначала мы выбираем центральный атом (к ак правило, это металл из амфотерного гидроксида). Затем дописываем к нему лиганды — в нашем случае это гидроксид-ионы. Число лигандов, как правило, в 2 раза больше, чем степень окисления центрального атома. Но комплекс алюминия — исключение, у него число лигандов чаще всего равно 4. Заключаем полученный фрагмент в квадртаные скобки — это комплексный ион. Определяем его заряд и снаружи дописываем нужное количество катионов или анионов.

3. Щёлочи взаимодействуют с кислотными оксидами. При этом возможно образование кислой или средней соли, в зависимости от мольного соотношения щёлочи и кислотного оксида. В избытке щёлочи образуется средняя соль, а в избытке кислотного оксида образуется кислая соль:

щёлочь_{(избыток)} + кислотный оксид = средняя соль + вода

щёлочь + кислотный оксид_{(избыток)} = кислая соль

А при взаимодействии избытка углекислого газа с гидроксидом натрия образуется только гидрокарбонат натрия:

2NaOH + CO₂ = NaHCO₃

щёлочь + растворимая соль = соль + соответствующий гидроксид

Щёлочи взаимодействуют с растворами солей металлов, которым соответствуют нерастворимые или неустойчивые гидроксиды.

Cu 2+ SO₄ 2- + 2Na + OH — = Cu 2+ (OH)₂ — ↓ + Na₂ + SO₄ 2-

Также щёлочи взаимодействуют с растворами солей аммония.

Таким образом, получаем 2 схемы взаимодействия солей металлов, которым соответствуют амфотерные гидроксиды, с щелочами:

соль амф.металла_{(избыток)} + щёлочь = амфотерный гидроксид↓ + соль

соль амф.металла + щёлочь_{(избыток)} = комплексная соль + соль

5. Щёлочи взаимодействуют с кислыми солями. При этом образуются средние соли, либо менее кислые соли.

кислая соль + щёлочь = средняя соль + вода

Свойства кислых солей очень удобно определять, разбивая мысленно кислую соль на 2 вещества — кислоту и соль. Например, гидрокарбонта натрия NaHCO₃ мы разбиваем на уольную кислоту H₂CO₃ и карбонат натрия Na₂CO₃. Свойства гидрокарбоната в значительной степени определяются свойствами угольной кислоты и свойствами карбоната натрия.

6. Щёлочи взаимодействуют с металлами в растворе и расплаве. При этом протекает окислительно-восстановительная реакция, в растворе образуется комплексная соль и водород, в расплаве — средняя соль и водород.

! Обратите внимание! С щелочами в растворе реагируют только те металлы, у которых оксид с минимальной положительной степенью окисления металла амфотерный!

2Al + 2NaOH + 6 H₂ + O = 2Na[ Al +3 (OH)₄] + 3 H₂ 0

7. Щёлочи взаимодействуют с неметалами. При этом протекают окислительно-восстановительные реакции. Как правило, неметаллы диспропорционируют в щелочах. Не реагируют с щелочами кислород, водород, азот, углерод и инертные газы (гелий, неон, аргон и др.):

NaOH +О₂ ≠

NaOH +N₂ ≠

NaOH +C ≠

Сера, хлор, бром, йод, фосфор и другие неметаллы диспропорционируют в щелочах (т.е. самоокисляются-самовосстанавливаются).

2NaOH +Cl₂ 0 = NaCl — + NaOCl + + H₂O

6NaOH +Cl₂ 0 = 5NaCl — + NaCl +5 O₃ + 3H₂O

Кремний окисляется щелочами до степени окисления +4.

2NaOH + Si 0 + H₂ + O= Na₂Si +4 O₃ + 2H₂ 0

Фтор окисляет щёлочи:

Более подробно про эти реакции можно прочитать в статье Окислительно-восстановительные реакции.

8. Щёлочи не разлагаются при нагревании.

Исключение — гидроксид лития:

2LiOH = Li₂O + H₂O

Источник