Основи: фізичні і хімічні властивості, поширеність та застосування
Тема: Основи: фізичні і хімічні властивості, поширеність та застосування.
Фізичні властивості основ.
Основи – це сполуки, до складу яких входять атом металічного елемента й одна або кілька гідроксильних груп OH (залежно від валентності металу).
Основи – сполуки, які містять катіони металічних елементів і гідроксид- аніони ОН–
Загальна формула основ: Me(OH)n, де n – число груп OH, що відповідає валентності металічного елемента. Me – символ металічного елемента.
Назва основ
Назва основ складається з двох слів, перше з яких – назва металічного елемента, а друге – «гідроксид». Наприклад, KOH – калій гідроксид, Ba(OH)2 – барій гідроксид.
Якщо елемент має кілька значень валентностей, то це значення вказується у назві гідроксиду:
Fe(OH)2 – ферум(II) гідроксид, Fe(OH)3 – ферум(III) гідроксид.
Тривіальні назви:
NaOH – їдкий натр, каустична сода;
KOH – їдкий калі;
Ba(OH)2 – баритова вода;
Ca(OH)2 – гашене вапно, вапняне молоко, вапняна вода;
NH4OH – нашатирний спирт.
Формули гідроксидів, які відповідають оснóвним оксидам
Загальна формула оксидів Me2O MeO Me2O3
Загальна формула гідроксидів MeOH Me(OH)2 Me(OH)3
одноосновні двоосновні триосновні
Наприклад КОН, NаOH Ca(OH)2, Вa(OH)2 Fe(OH)3, Al(OH)3
Фізичні властивості основ
Основи за звичайних умов є твердими речовинами йонної будови, тому вони повинні мати високу температуру плавлення, але при помірному нагріванні майже всі основи розкладаються на відповідний оксид і воду. Розплавити можна лише гідроксиди натрію і калію. Більшість основ не розчиняються у воді. Малорозчинними є гідроксиди малоактивних металічних елементів, а добре розчинні гідроксиди лужних елементів і сполуки барію. Водорозчинні основи називають лугами.
Класифікація основ
Основи поділяються на такі класи:
• розчинні у воді (луги);
• нерозчинні (малорозчинні).
Познайомимося з таблицею розчинності. У ній літерою «н» позначено нерозчинні речовини, «р» — розчинні, «м» — малорозчинні речовини, у тому числі й основи, солі й кислоти.
За звичайних умов луги – це тверді кристалічні речовини, милкі на дотик, роз’їдають багато матеріалів, шкіру, папір, тканину, добре розчиняються у воді. Змінюють колір індикаторів: лакмус (фіолетовий) змінюється на синій; метиловий оранжевий (оранжевий) – на жовтий; фенолфталеїн (безбарвний) забарвлюється в малиновий колір.
Нерозчинні основи – тверді речовини, не милкі на дотик, не роз’їдають шкіру, не мають запаху, практично не розчиняються у воді й не змінюють кольору індикаторів. Забарвлені вони по-різному:
купрум(II) гідроксид Cu(OH)2 – блакитний;
Zn(OH)2, Al(OH)3 – білі,
Fe(OH)2 – зеленувато-білий,
Fe(OH)3 – бурий.
Хімічні властивості основ
1. Дія лугів на індикатори
Змінюють забарвлення індикаторів: лакмус – синіє, фенолфталеїн стає малиновим, метиловий оранжевий - жовтим, універсальний індикаторний папір змінює колір на відтінки від зеленого до синьо-фіолетового. Отже, розчини лугів можна визначити з допомогою індикатора.
2. Взаємодіють із слабкими і сильними кислотами, утворюючи солі і воду, - реакція нейтралізації:
NaOH + HNO3 = NaNO3 + H2O
2NaOH + H2SiO3 = Na2SiO3 + 2H2O
3. Взаємодіють з кислотними оксидами, утворюючи солі і воду:
2NaOH + SO3 = Na2SO4 + H2O
4. Взаємодіють з амфотерними гідроксидами:
- у водних розчинах утворюються комплексні сполуки (залежно від співвідношення між кількостями речовин реагентів):
3NaOH + Al(OH)3 = Na3[Al(OH)6] – натрій гексагідроксоалюмінат
NaOH + Al(OH)3 = Na[Al(OH)4] – натрій тетрагідроксоалюмінат
- у розплавах утворюються безводні солі:
NaOH + Al(OH)3 = NaAlO2 + 2H2O – натрій метаалюмінат
3NaOH + Al(OH)3 = Na3AlO3 + 3H2O – натрій ортоалюмінат
5. Взаємодіють з амфотерними оксидами, утворюючи сіл і воду (тільки під час сплавлення):
2NaOH + ZnO = Na2ZnO2 + H2O – натрій цинкат
2NaOH + Cr2O3 = NaCrO2 + H2O – натрій мета хроміт
6. Взаємодіють з солями у водних розчинах. Реакція необоротна, якщо хоча б один з утворених речовин випадає в осад:
2NaOH + CuCl2 = Cu(OH)2 + 2NaCl
Ba(OH)2 + K2SO4 = BaSO4 + 2KOH
7. Розкладання нерозчинних основ у процесі нагрівання
Нерозчинні основи за нагрівання розкладаються на оксид і воду.
Cu(OH)2 СuO + Н2O
Основні хімічні властивості основ
1. Розчинні і нерозчинні основи мають спільну властивість – реагують з кислотами, утворюючи сіль і воду:
NaOH + HCl = NaCl + H2O;
Cu(OH)2 + 2HCl = CuCl2 + 2H2O.
Тип реакції – обміну, нейтралізації.
Під час взаємодії багатооснóвних кислот з гідроксидами можуть утворюватися кислі солі:
KOH + H2SO4 = KHSO4 + H2O;
Ca(OH)2 + 2H2SO4 = Ca(HSO4)2 + 2H2O.
Під час взаємодії багатокислотних гідроксидів з однооснóвними кислотами можуть утворюватися оснóвні солі:
Ca(OH)2 + HCl = CaOHCl + H2O (основа в надлишку);
CaOHCl + HCl = CaCl2 + H2O.
2. Луги реагують з кислотними оксидами, утворюючи середню або кислу сіль при надлишку чи нестачі лугу відповідно:
2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O;
NaOH + CO2 = NaНCO3.
Для нерозчинних основ такі реакції не характерні.
3. Луги взаємодіють із розчинними солями малоактивних металічних елементів, утворюючи нову сіль і нерозчинну основу:
2KOH + FeCl2 + Fe(OH)2↓ + 2KCl.
Луги можуть взаємодіяти із розчинними солями активних металічних елементів, якщо в результаті реакції утворюється нерозчинна сіль:
K2SO4 + Ba(OH)2 = 2KOH + BaSO4↓.
Луги взаємодіють з кислими солями утворюючи середні солі:
KHSO4 + KOH = K2SO4 + H2O.
Для нерозчинних основ такі реакції не характерні.
4. Майже всі основи (крім гідроксидів Натрію і Калію, лужних металів) у результаті нагрівання легко розкладаються на оксид і воду:
Cu(OH)2 = CuO + H2O.
Практичне застосування деяких основ
NaOH – у великій кількості використовується у нафтовій промисловості для очищення нафтопродуктів переробки нафти, в миловарній, паперовій, текстильній промисловостях, у виробництві штучного шовку та в ряді інших виробництв. Кип’ятінням деревини з NaOH добувають целюлозу. Обробка бавовняних тканин натрій гідроксидом поліпшує їх здатність до фарбування. Натрій гідроксид – важливий реактив у аналітичній хімії.
КОН – застосовують у миловарній промисловості для виготовлення рідкого мила. Внаслідок великої гігроскопічності його використовують як осушувач, для вбирання вуглекислого газу, у хірургії для припікання, як вихідний продукт для добування різних солей калію.
Ca(OH)2 – відомий під назвою «гашене вапно», широко використовують у будівництві. Суміш гашеного вапна з піском і водою називають вапняним розчином і використовують для скріплення цегли під час мурування цегляних стін, а також як штукатурка. Вапняний розчин твердне спочатку внаслідок випаровування води, а потім – внаслідок вбирання гашеним вапном з повітря вуглекислого газу й утворення кальцій карбонату. Ca(OH)2 використовують для добування хлорного вапна [Са(ОН)2 + Сl2 → CaOCl2 + H2O]. Як «вапняну воду» застосовують для білення, у медицині проти опіків або як протиотруту при отруєннях сульфатною чи оксалатною кислотами.
Ba(OH)2 – насичений водний розчин відомий як «баритова вода», є важливим лабораторним реактивом для виявлення СО2, йонів SO42– та СO32– та відносно дешевою розчинною основою.
NH4OH – один з найважливіших хімічних реактивів, розбавлений розчин якого «нашатирний спирт» застосовують як слабку основу в хімічній практиці, у медицині, домашньому господарстві.
Заходи безпеки під час роботи з лугами
1. Луги мають зберігатися у витяжній шафі, суліях, упакованих у спеціальні кошики з деревною стружкою. Ні в якому разі не зберігайте сулії незахищеними від можливого удару, а також їх відкритими в кімнаті, не можна переміщувати сулії за відсутності решетування, або самому. Не можна переміщувати їх на грудях, спині, плечах.
2. При роботі з лугами треба одягати гумові рукавички, клейончасті або поліетиленові нарукавники i фартух.
3. На лугах має бути напис з вказівкою виду лугу, його концентрації i додатковий напис "Звертатися обережно".
4. При проведенні аналізів луги варто відмірювати піпеткою, на вільний кінець якої попередньо надітий гумовий балончик або гумова трубка; у верхній частині піпетки повинний бути вставлений "заслін" з тонкого шару вати.
5. Місце, уражене лугом, промити великою кількістю води, а потім 2-х процентним розчином оцтової кислоти. При серйозному ушкодженні слизуватої оболонки рота докласти вчителю i негайно звернутися до лікаря.
Лабораторний дослід 2. Дія водних розчинів лугів на індикатори
У пробірку з гранулою лугу налийте води, перемішайте скляною паличкою і розлийте добутий розчин у три пробірки. В одну пробірку добавте 1-2 краплі лакмусу, в другу – розчин фенолфталеїну, а в третю – розчин метилоранжу. Зверніть увагу на розчинність лугу у воді. Як змінюється забарвлення кожного індикатора?
Лабораторний дослід 3. Взаємодія лугів із кислотами в розчині
У пробірку з розчином лугу забарвленого фенолфталеїном добавте по краплях розчин хлоридної кислоти, поки не зникне забарвлення індикатора. Чому розчин знебарвився? Напишіть відповідне хімічне рівняння.
Завдання для засвоєння матеріалу:
1. Якщо на одяг або шкіру потрапляє їдка речовина, то її необхідно змити:
а) водою; б) водою, а потім нейтралізуючою речовиною; в) витерти.
2. В присутності фенолфталеїну луги змінюють свій колір на:
а) малиновий; б) синій; в) змін не спостерігається.
3. Виберіть формули тих речовин, які можна віднести до гідроксидів:
MgO, Ca, NaOH, Fe2O3, Cu(OH)2, H2SO4, CO2, Fe(OH)3. Назвіть їх.
4. Напишіть формули гідроксидів, які відповідають таким оксидам:
Li2O, Fe2O3, MnO, CaO, PbO, Na2O, Cu2O, Al2O3. Назвіть їх.
5. Складіть формули основ, утворених такими елементами: Літій, Барій, Калій, Алюміній, Купрум(I), Нікол(II), Кальцій. Назвіть їх.
6. Визначте формулу гідроксиду, відносна молекулярна маса якого 107, а валентність металічного елемента – III.
7. З переліку наведених речовин Al(OH)3, BaSO4, Cu(OH)2, KOH, KCl, LiOH, Ba(OH)2, Fe2O3, Fe(OH)3. Випишіть формули: а) нерозчинних основ; б) розчинних основ.
8. Закінчіть рівняння реакцій, які відображають хімічні властивості основ і спосіб їх добування:
а) KOH + HCl → … д) Zn(OH)2 + HCl → …
б) KOH + CO2 → … е) Zn(OH)2 …
в) KOH + FeCl2 → … є) CaO + H2O → …
г) K + H2O → … ж) CuCl2 + KOH → …
9. Які з поданих речовин можна використати для нейтралізації сульфатної кислоти? Na2CO3, KOH, H2O, Ba(OH)2, CuO, Pb(OH)2, Cu, BaCl2, Al(OH)3. Напишіть рівняння можливих реакцій.
10. Визначте масову частку металу в: а) NaOH; б) Zn(OH)2.
11. Визначте масу алюміній гідроксиду кількістю речовини 0,3 моль.
12. Здійсніть перетворення: а) Mg → MgO → Mg(OH)2 → MgCl2; б) S → SO2 → H2SO3 → K2SO3.