Состав, названия и характерные свойства оксидов, оснований кислот, солей

 

К основаниям относятся:

а) ионные гидроксиды, соответствующие основным оксидам;

б) некоторые не содержащие гидроксидных ионов вещества, молекулы которых способны принимать протон (аммиак NH3, гидразин N2H4 и некоторые другие соединения). Частицами-основаниями в этих веществах являются или гидроксид-ионы (а), или сами молекулы оснований (б). Все основания удобно разделить на три группы: I - растворимые ионные основания (щелочи), II - нерастворимые (то есть очень мало растворимые) основания и III - молекулярные основания. Все растворимые ионные основания (щелочи) являются сильными основаниями. Из нерастворимых гидроксидов слабыми являются только те, которые в той или иной степени проявляют амфотерные свойства. Все молекулярные основания - слабые. Основания I группы в воде химически растворяются, основания II группы также химически растворяются в воде, но крайне незначительно, а растворение оснований III группы - отчасти физическое, а отчасти химическое (часть растворившихся молекул обратимо реагирует с водой):

 

 

По той или иной причине в растворах оснований присутствуют

 гидроксид-ионы, поэтому растворы  оснований I и III группы изменяют  окраску кислотно-основных индикаторов. Реакции, характеризующие химические свойства оснований, распадаются на две группы. К первой относятся КОР, связанные с наличием в составе оснований частиц, способных принимать протон (частиц-оснований). Это реакции с веществами, содержащими частицы-кислоты или амфолиты с сильными кислотами, со слабыми кислотами (в том числе с катионными) и с кислыми солями.

1) Все основания реагируют с  растворами сильных кислот, то  есть с растворами, содержащими  ионы оксония.

 

OH + H3O = 2H2O, Fe(OH)2 + 2H3O = Fe2 + 4H2O, NH3 + H3O = NH4 + H2O, NaOHр + HNO3р = NaNO3р + H2O, Fe(OH)2 + 2HClр = FeCl2р + 2H2O, NH3 + HClO4р = NH4ClO4р.

 

 

1а) Сильные основания реагируют и со слабыми кислотами:

 

OH + HNO2 = H2O + NO2 , 2OH + H2SiO3 = 2H2O + SiO32 , KOHp + HNO2p = H2O + KNO2p, 2KOHp + H2SiO3 = 2H2O + K2SiO3p.

 

Возможность реакции слабого основания со слабой кислотой определяется общим правилом, определяющим направление протекания КОР. Кислотно-основные реакции между веществами-основаниями и веществами-кислотами могут протекать и в отсутствие воды:

 

KOHкр + H3PO4ж = KH2PO4кр + H2O; Mg(OH)2кр + 2HClг = MgCl2кр + 2H2O; NH3г + HClг = NH4Clкр.

 

Правда, практическое значение эти реакции имеют только для оснований III группы, так как в остальных случаях вода образуется сразу после начала реакции.

2) Растворимые основания реагируют с растворами кислых солей, содержащими как анионы-амфолиты, так и гидросульфат-ион и подобные ему частицы-кислоты:

 

OH + HCO3 = H2O + CO32 , NH3 + HSO4 = NH4 + SO42 , NaOHр + NaHCO3р = H2O + Na2CO3р; 2NH3 + 2NaHSO4р = Na2SO4p + (NH4)2SO4p.

 

Гидросульфаты, кроме того, реагируют и с нерастворимыми основаниями.

3) Растворимые основания реагируют  с растворами солей, в состав  которых входят катионные кислоты:

 

 

2OH + [Fe(H2O)6]2 = [Fe(H2O)4(OH)2] + 2H2O,

2OH + Fe2 aq = Fe(OH)2aq

2NaOHp + FeSO4p = Fe(OH)2 + Na2SO4p

2NH3 + [Mg(H2O)4]2 = [Mg(H2O)2(OH)2] + 2NH4

2NH3 + 2H2O + Mg2 aq = Mg(OH)2aq + 2NH4

2NH3 + 2H2O + MgSO4aq = Mg(OH)2 + (NH4)2SO4p

 

Упрощенно эти реакции можно рассматривать как реакции осаждения из растворов нерастворимых гидроксидов. Растворы щелочей реагируют с растворами солей, в состав которых входят катионные кислоты и другого типа, иными словами, в том случае, когда при реакции образуется растворимое слабое основание:

 

OH + NH4 = H2O + NH3, 2KOH + (NH4)2SO4 = K2SO4 + 2NH3 + 2H2O.

 

В приведенной реакции из концентрированных растворов или при нагревании аммиак может выделяться в виде газа. Выделение аммиака происходит полнее, если концентрированным раствором щелочи обработать твердый сульфат аммония. Ко второй группе реакций относятся реакции, не являющиеся кислотно-основными и вызванные стремлением к делокализации заряда. Это реакции с кислотными и амфотерными оксидами, а также с амфотерными гидроксидами.

4) Щелочи (и малорастворимые основания) реагируют с кислотными и амфотерными оксидами, при этом вреакции могут вступать, как твердые щелочи (или расплавы)

 

2KOH + SO3 = K2SO4 + H2O, 2NaOH + Cr2O3 = 2NaCrO2 + H2O

 

(при нагревании), так и их растворы

 

2OH + CO2 = CO32 + H2O, 2OH + ZnO + H2O = [Zn(OH)4]2 , 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O, 2KOH + ZnO + H2O = K2[Zn(OH)4].

 

Диоксид кремния с заметной скоростью реагирует только с расплавами щелочей:

 

SiO2кр + 2NaOHж = Na2SiO3 + H2O

 

(при нагревании).

5) Щелочи реагируют с амфотерными гидроксидами:

 

2OH + Zn(OH)2 = [Zn(OH)4]2 , 3OH + Cr(OH)3 = [Cr(OH)6]3 , 2NaOHр + Zn(OH)2 = Na2[Zn(OH)4]р, 3KOHр + Cr(OH)3 = K3[Cr(OH)6]р.

 

В случае, когда гидроксид гидратирован (свежеосажденный и не высушенный), эти реакции относятся к кислотно-основным.

6) Особняком от первых двух  групп реакций стоят реакции, в которых с концентрированными растворами щелочей реагируют амфотерные металлы и некоторые неметаллы:

 

2OH + Be + 2H2O = [Be(OH)4]2 +H2, 2OH + Cl2 = Cl + ClO + H2O, 2NaOHк + Be +2H2O = Na2[Be(OH)4]р +H2 , 2KOHк + Cl2 = KClр + KClOр + H2O.

 

7) Все нерастворимые гидроксиды (в том числе и основания) легко  разлагаются при нагревании Растворимые и малорастворимые основания можно получить при взаимодействии с водой соответствующих металлов или оксидов, а нерастворимые - осаждением щелочью из растворов солей.

 

 

1.5 Амфотерные гидроксиды

 

Амфотерные гидроксиды близки по свойствам к основным гидроксидам (основаниям). Отличие амфотерных гидроксидов - только в том, что они способны реагировать со щелочами. Непосредственно эти реакции протекают только в растворах:

 

Zn(OH)2 + 2OH = [Zn(OH)4]2 , Cr(OH)3 + 3OH = [Cr(OH)6]3 ,Zn(OH)2 + 2NaOHр = Na2[Zn(OH)4]р, Cr(OH)3 + 3KOHр = K3[Cr(OH)6]р.

 

Конечно, амфотерные гидроксиды реагируют и с расплавами щелочей, но при этих температурах они разлагаются, и со щелочью реагируют уже соответствующие амфотерные оксиды. Так как все амфотерные гидроксиды - нерастворимые вещества, получить их можно осаждением из растворов солей:

 

Zn2 + 2OH = Zn(OH)2 [Zn(OH)4]2 + 2H3O = Zn(OH)2 + 4H2O.

 

Кислоты – сложные вещества, содержащие в своем составе ионы оксония или при взаимодействии с водой образующие в качестве катионов только эти ионы.

По составу кислоты делятся на кислородсодержащие (оксокислоты) и бескислородные.

Кислородсодержащие кислоты (оксокислоты) – кислоты, в состав которых входят атомы кислорода. Бескислородные кислоты – кислоты, молекулы которых не содержат кислорода.

Для бескислородных кислот слово кислота" используется в тех случаях, когда речь идет о растворе соответствующего индивидуального вещества, например: вещество HCl называют хлороводородом, а его водный раствор – хлороводородной или соляной кислотой.

 

1.6 Кислоты

 

Определение. Кислотами называются соединения, в состав которых входят атомы водорода, способные замещаться атомами металла. При этом образуются соли. Например,

 

H2SO4 + 2Na = Na2SO4 + Н2

 

кислота соль

 

6НС1 + 2Al = 2AlС13 + 3Н2

 

кислота соль

Классификация. Различают кислоты бескислородные и кислородсодержащие. Бескислородными кислотами являются водные растворы водородных соединений неметаллов VI и VII групп периодической системы элементов Н2S, H2Se, H2Te, HF, HC1, HBr, HI, a также HSCN и HCN.

Кислородсодержащие кислоты представляют собой гидраты (продукты соединения с водой) оксидов неметаллов, а также некоторых металлов в высших степенях окисления (+5, +6, +7). Например, угольная кислота Н2 СО3 — продукт соединения СО2 с водой; серная кислота H2SO4 — продукт соединения SО3 с водой; хромовая кислота H2СrО4 — продукт соединения СrО3 с водой.

Номенклатура. Названия кислот составляют из названия элемента + слово "водородная" (в случае бескислородной кислоты) или с соответствующим суффиксом (в случае кислородсодержащей кислоты) (табл. 3).

 

 

Таблица 3. Формулы и названия некоторых кислот

Формула кислоты	Элемент			Суффикс	Название кислоты
	химический элемент	название	Степень окисления
H2S Н2SО3 H2SO4   HС1   HClO2 HClO4 HBr НBrО2 HBrO4	S       Cl       Br	Сера       Хлор     Бром	2 +4 +6   -1   +3 +7 -1 +3 +7	-ист- -н-     -ист- -н- -ист- -н-	Сероводородная Сернистая Серная   Хлороводородная (соляная) Хлористая Хлорная Бромоводородная Бромистая Бромная

 

Число атомов водорода кислоты, способных замещаться атомами металла с образованием соли, определяет основность кислоты: НCI, HRr, HNO3, СH3CООН - одноосновные кислоты; H2S, H2SO4, H2СО3, Н3РО3- двухосновные кислоты; H3РО4, Н3AsO4 — трехосновные кислоты.

Кислотные остатки. Отрицательно заряженные группы атомов и одиночные атомы (отрицательные ионы), которые остаются после отрыва от молекулы кислоты одного или нескольких атомов водорода, называются кислотными остатками.

Величина отрицательного заряда кислотного остатка определяется числом атомов водорода, замещенных металлом (табл. 4).

 

Таблица 4. Названия и формулы некоторых кислотных остатков

Кислоты			Кислотные остатки
формула	Название	основность	формула	название
HCl	Хлороводородная (соляная)	1	Cl-	Хлорид-ион
HBr	Бромоводородная	1	Br-	Бромид-ион
HI	Йодоводородная	1	I-	Йиодид-ион
H2S	Сероводородная	2	HS-	Гидросульфид-ион
			S2-	Сульфид-ион
HClO	Хлорноватистая	1	ClO-	Гипохлорит-ион
HClO2	Хлористая	1	ClO	Хлорит-ион
HClO3	Хлорноватая	1	ClO	Хлорат-ион
HClO4	Хлорная	1	ClO	Перхлорат-ион
H2SO3	Сернистая	2	HSO	Гидросульфит-ион
			SO	Сульфит-ион
H2SO4	Серная	2	HSO	Гидросульфат-ион
			S	Сульфат-ион
HNO2	Азотистая	1	NO	Нитрит-ион
HNO3	Азотная	1	NO	Нитрат-ион
HPO3	Метафосфорная	1	PO	Метафосфат-ион
H2PO4	Ортофосфорная	3	H2PO	Дигидрофосфат-ион
			HPO	Гидрофосфат-ион
			PO	Ортофосфат-ион
H2P2O7	Дифосфорная	4	H2P2O	Дигидродифосфат-ион
			P2O	Дисфосфат-ион
H2CO3	Угольная	2	HCO	Гидрокарбанат-ион
			CO	Карбанат-ион
H2SiO3	Метакремниевая	2	HSiO	Гидросиликат-ион
			SiO	Силикат-ион
HMnO4			MnO	Перманганат-ион

 

К кислотам относятся: а) ковалентные гидроксиды, соответствующие кислотным оксидам) - кислородсодержащие кислоты; б) ковалентные гидриды - бескислородные кислоты.(По традиции "кислотами" называют водные растворы ковалентных гидридов, например, раствор хлороводорода называют соляной (хлороводородной) кислотой, раствор сероводорода - сероводородной кислотой и т.п. Соответствующие безводные газообразные соединения "кислотами" не называют) Кроме того, кислотами также являются некоторые ионные вещества, содержащие ионы оксония. Это устойчивые только при низких температурах " соли оксония" : (H3O)Cl, (H3O)Br, (H3O)2SO4 и некоторые другие. По химическим свойствам растворы этих "солей оксония" ничем не отличаются от растворов соответствующих молекулярных кислот - соляной, бромоводородной, серной и т.д. Большинство кислотных гидроксидов (оксокислот) - молекулярные вещества. Исключение составляет нерастворимая в воде кремниевая кислота (ее состав только упрощенно отражается формулой H2SiO3) и некоторые другие кислоты.          Растворение кислот в воде - химическое растворение. При растворении кислоты в воде протекает КОР, необратимая в случае сильной кислоты и обратимая в случае слабой:

 

HNO3 + H2O = H3O + NO3 CH3COOH + H2O H3O + CH3COO

 

Kлассификация  кислот

Признаки для классификации	Группы кислот	Примеры
Наличие атомов кислорода в кислотном остатке	1. Бескислородные.2. Kислородные	HCl, HF, HBr, H2S.HNO2, H2SO4, H3PO4
Основность(число атомов водорода)	1. Одноосновные.2. Двухосновные.3. Трехосновные	HNO3, HI.H2SO3, H2S.H3PO4
Степень электролитическойдиссоциации	1. Сильные( > 30%).2. Слабые( < 3%)	HNO3, HCl, H2SO4.H2S, H2CO3
Летучесть	1. Летучие.2. Нелетучие	HCl, H2S, HNO3.H2SO4, H2SiO3, H3PO4
Стабильность	1. Стабильные.2. Нестабильные	HCl, H2SO4, H3PO4.H2CO3, H2SO3
Растворимость в воде	1. Растворимые.2. Нерастворимые	HF, HNO2, H3PO4.H2SiO3