Кислотно – основные свойства гидроксидов.

Цель практической работы: изучить кислотно – основные свойства основных, кислотных и амфотерных гидроксидов, способы их получения и химическое взаимодействие; составление уравнений химических реакций, демонстрирующих эти свойства.

Теоретическая часть

Гидроксиды - тип сложных веществ, в состав которых входят атомы некоторого элемента Е (кроме фтора и кислорода) и гидроксогруппы ОН; общая формула гидроксидов Е(ОН)n, где n = 1÷6. Форма гидроксидов Е(ОН)n называется орто-формой; при n > 2 гидроксид может находиться также в мета-форме, включающей кроме атомов Е и групп ОН еще атомы кислорода О, например Е(ОН)3 и ЕО(ОН), Е(ОН)4 и Е(ОН)6 и ЕО2(ОН)2. Гидроксиды делят на две противоположные по химическим свойствам группы: кислотные и основные гидроксиды.

Кислотные гидроксиды содержат атомы водорода, которые могут замещаться на атомы металла при соблюдении правила стехиометрической валентности. Большинство кислотных гидроксидов находится в мета-форме, причем атомы водорода в формулах кислотных гидроксидов ставят на первое место, например H2SO4, HNO3 и H2CO3, а не SO2(OH)2, NO2(OH) и CO(OH)2. Общая формула кислотных гидроксидов НхЕОу, где электроотрицательную составляющую ЕОух называют кислотным остатком. Если не все атомы водорода замещены на металл, то они остаются в составе кислотного остатка. Названия распространенных кислотных гидроксидов состоят из двух слов: собственного названия с окончанием “ая” и группового слова “кислота”.

Получение кислотных гидроксидов

1. Взаимодействие кислотного оксида с водой (для кислородсодержащих кислот): SO3 + H2O = H2SO4         P2O5 + 3H2O = 2H3PO4

2. Взаимодействие водорода с неметаллом и последующим растворением полученного продукта в воде (для бескислородных кислот):

H2 + Cl2 = 2HCl                                    H2 + S = H2S

3. Реакциями обмена соли с кислотой

Ba(NO3)2 + H2SO4 = BaSO4↓+ 2HNO3

в том числе, вытеснение слабых, летучих или малорастворимых кислот из солей более сильными кислотами:

Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3↓+ 2NaCl

2NaCl(тв.) + H2SO4(конц.) = Na2SO4 + 2HCl­↑

Химические свойства кислотных гидроксидов

1. Действие на индикаторы: лакмус – красный; метилоранж - розовый

2. Взаимодействие с основаниями (реакция нейтрализации):

H2SO4 + 2KOH = K2SO4 + 2H2O

2HNO3 + Ca(OH)2 = Ca(NO3)2 + 2H2O

3. Взаимодействие с основными оксидами: CuO + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O

4. Взаимодействие с металлами(металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, кислоты-неокислители):

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2­                  2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2­

Основные гидроксиды

Основаные гидроксиды состоят из иона металла и гидроксогрупп (OH-). Например, NaOH, Mg(OH)2, La (OH)3, Ca (OH)2.

ОН- — это гидроксид - ион, заряд его равен — 1. Число гидроксид - ионов в основании определяется степенью окисления металла.

Название основания составляется из слов “гидроксид” + название металла в родительном падеже. Например, КОН — гидроксид калия, Ва(ОH)2 — гидроксид бария, La(OH)3 — гидроксид лантана.

Если металл образует несколько гидроксидов, то указывают степень его окисления римской цифрой в скобках. Например, Fe(ОН)2 — гидроксид железa (II), Bi(OH)3 — гидроксид висмута (III). Haзвание основания составляют и так: к слову гидроксид добавляют приставки, которые показывают количество гидроксогрупп в основании. Например, Са(ОН)2 — дигидроксид кальция, Вi(ОН)3 — тригидроксид висмута.

Число гидроксогрупп в молекуле основания определяет его кислотность. Например, NaOH, КОН, NH4OH — однокислотные основания, Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ва(OH)2 — двухкислотные основания, La(OH)3, Bi(OH)3 — трехкислотные основания, Th(OH)4 — четырехкислотное основание. Пятикислотные и шестикислотные основания неизвестны.

Остатки оснований. Положительно заряженные группы атомов (положительные ионы), которые остаются после отрыва от молекулы основания одной или нескольких гидроксогрупп, называются остатками основания или радикалами основания. Величина положительного заряда остатка основания определяется числом отрывавшихся гидроксогрупп.

Основные гидроксиды содержат гидроксид-ионы, которые могут замещаться на кислотные остатки при соблюдении правила стехиометрической валентности. Все основные гидроксиды находятся в орто-форме; их общая формула М(ОН)n, где n = 1,2 (реже 3,4) и Мn+ катион металла.

Получение основных гидроксидов

1. Реакции активных металлов (щелочных и щелочноземельных металлов) с водой: 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2­                Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2­

2. Взаимодействие оксидов активных металлов с водой: BaO + H2O = Ba(OH)2

3. Электролиз водных растворов солей:   2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2­ + Cl2­

Химические свойства основных гидроксидов

1. Действие на индикаторы растворимых основных гидроксидов: лакмус – синий;

метилоранж – жёлтый; фенолфталеин – малиновый.

2. Взаимодействие с кислотными оксидами: 2KOH + CO2 = K2CO3 + H2O

KOH + CO2 = KHCO3

3. Взаимодействие с кислотами (реакция нейтрализации) с образованием солей (реакция солеобразования), например: Ca(OH)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2H2O

Ca(OH)2 + 2H2SO4 = Ca(HSO4)2 + 2H2O

2Ca(OH)2 + H2SO4 = Ca2SO4(OH)2 + 2H2O

NaOH + HNO3 = NaNO3 + H2O

Cu(OH)2 + 2HCl = CuCl2 + 2H2O

4. Обменная реакция с солями:   Ba(OH)2 + K2SO4 = 2KOH + BaSO4 ↓

5. Термический распад:   Cu(OH)2 –t° = CuO + H2O

Амфотерные гидроксиды

Амфотерность гидроксидов и оксидов химическое свойство, заключающееся в образовании ими двух рядов солей, например, для гидроксида и оксида алюминия:

(а) 2Al(OH)3 + 3SO3 = Al2(SO4)3 + 3H2O

 (б) 2Al(OH)3 + Na2O = 2NaAlO2 + 3H2O

Так, гидроксид в реакциях (а) проявляет свойства основных гидроксидов т.е. реагирует с кислотными гидроксидам и оксидом, образуя соответствующую соль сульфат алюминия Al2(SO4)3, тогда как в реакции (б) он же проявляет свойства кислотных гидроксидов и оксидов, т.е. реагирует с основными гидроксидом и оксидом, образуя соль диоксоалюминат (III) натрия NaAlO2. В первом случае элемент алюминий проявляет свойство металла и входит в состав электроположительной составляющей (Al3+), во втором свойство неметалла и входит в состав электроотрицательной составляющей формулы соли (AlO2). Если указанные реакции протекают в водном растворе, то состав образующихся солей меняется, но присутствие алюминия в катионе и анионе остаётся:

2Al(OH)3 + 3H2SO4 = [Al(H2O)6]2(SO4)3

Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]

Практическая часть

Основываясь на знаниях способов получения и химических свойств гидроксидов предположите какие продукты реакции образуются, как ведут себя индикаторы в различных растворах гидроксидов, напишите уравнения реакций, ответьте на вопросы контрольного теста и сдайте на проверку преподавателю

Опыт №1 «Взаимодействие кислот и растворимых в воде оснований с индикаторами»

Опыт №2 «Взаимодействие растворов кислот (HCl, H2 SO4 , H3 PO4) и щелочей с металлами »

Дано: NaOH, KOH, LiOH, Ba (OH)2; HCl, H2SO4, Н3 РО4; Cu, Zn, Al

Задание: охарактеризуйте отношение соляной кислоты и гидроксида калия к цинку,серной кислоты и гидроксида натрия к меди.

Сделайте соответствующие выводы, запишите соответствующие уравнения реакций.

Опыт №3 «Взаимодействие растворов кислот и оснований»

Дано: Cu (OH)2, NaOH, HCl, H2SO4, Н3 РО4

Задание: охарактеризуйте отношение гидроксида меди к соляной кислоте и гидроксида натрия (в присутствии индикатора - фенолфталеина) к серной кислоте.

Сделайте соответствующие выводы, запишите соответствующие уравнения реакций.

Опыт №4 «Взаимодействие кислот и щелочей с солями»

Дано: NaOH, KOH, Сa (OH)2; HCl, H2SO4, Н3 РО4, HNO3; ВаCl2, Cu SO4, Ag NO3, Na 2CO3, Na2SiO3, Pb(NO3)2

Задание: проанализируйте данный набор веществ и предложите варианты для работы.

Например: соляная кислота и нитрат серебра; азотная кислота и хлорид бария;

гидроксид калия и сульфат меди (II). Сделайте соответствующие выводы, запишите соответствующие уравнения реакций