8 класс Химия Основные классы неорганических соединений Основания, их классификация и свойства

Нерастворимые основания

Содержание

В этом уроке научимся получать нерастворимые основания, объяснять их взаимодействие с кислотами и разложение при нагревании. Сравним эти превращения со свойствами щелочей.

Получение нерастворимого основания

Нерастворимое основание можно получить реакцией обмена между раствором соли соответствующего металла и раствором щелочи. Например, для получения $Cu(OH)_2$ возьмем раствор сульфата меди(II) и раствор гидроксида натрия:

$$CuSO_4+2NaOH\rightarrow Cu(OH)_2\downarrow+Na_2SO_4$$

Образуется голубой осадок $Cu(OH)_2$. Металл для нового основания входит в состав соли, а гидроксогруппы — в состав щелочи. Оставшиеся части образуют растворимую соль $Na_2SO_4$.

Как подобрать реагенты

Выберите растворимую соль металла, гидроксид которого нужно получить.
Выберите растворимую щелочь.
Проверьте, что предполагаемый гидроксид нерастворим.
Составьте формулы продуктов и подберите коэффициенты.

Для гидроксида железа(II) подойдет раствор хлорида железа(II) $FeCl_2$ и раствор $KOH$. Получаем:

$$FeCl_2+2KOH\rightarrow Fe(OH)_2\downarrow+2KCl$$

Вещество	Растворимость
$CuSO_4$, $CuCl_2$, $FeCl_2$	Растворимы
$NaOH$, $KOH$	Растворимы
$NaCl$, $KCl$, $Na_2SO_4$, $K_2SO_4$	Растворимы
$Cu(OH)_2$, $Fe(OH)_2$	Нерастворимы

{"questions":[{"instruction":"Какая пара растворов подходит для получения $Fe(OH)_2$?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["$FeCl_2$ и $NaOH$","$CuCl_2$ и $NaOH$","$NaCl$ и $KOH$"],"answer":[0]}},"explanation":"Соль $FeCl_2$ содержит нужный металл. При реакции с раствором $NaOH$ образуется нерастворимый $Fe(OH)_2$.","hints":["Определите, из какого реагента в основание перейдет железо.","Проверьте растворимость исходных веществ и гидроксида."]},{"instruction":"Выберите пару растворов для получения $Cu(OH)_2$","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["$Na_2SO_4$ и $KOH$","$CuCl_2$ и $KOH$","$KCl$ и $NaOH$"],"answer":[1]}},"explanation":"Растворимая соль $CuCl_2$ дает медь для нового основания. С $KOH$ она образует $Cu(OH)_2$ и $KCl$.","hints":["В одном из реагентов должна находиться медь.","Другим реагентом должна быть растворимая щелочь."]},{"instruction":"Подберите коэффициент перед $KOH$: $CuCl_2+xKOH\\rightarrow Cu(OH)_2\\downarrow+2KCl$","content":"[[input-1]]","widgets":{"input-1":{"type":"input","answer":"2"}},"explanation":"В продукте две гидроксогруппы, значит, нужны $2KOH$. Тогда и калий, и хлор учитываются по два атома.","hints":["Посчитайте группы $OH$ в основании-продукте.","Затем проверьте число атомов калия."]},{"instruction":"Какое условие необходимо для получения осадка основания реакцией двух растворов?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Соль и щелочь растворимы, гидроксид нерастворим.","Соль нерастворима, щелочь и гидроксид растворимы.","Соль и гидроксид растворимы, щелочь нерастворима."],"answer":[0]}},"explanation":"Нужно обеспечить взаимодействие исходных растворов и образование нового нерастворимого гидроксида.","hints":["Отдельно проверьте состояния реагентов и продукта.","Осадок должен образоваться в результате реакции."]}],"mix":1}

Взаимодействие с кислотами

Нерастворимые основания, как и щелочи, взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды. Если к голубому осадку $Cu(OH)_2$ добавить раствор серной кислоты, осадок исчезает, образуется голубой раствор $CuSO_4$:

$$Cu(OH)_2+H_2SO_4\rightarrow CuSO_4+2H_2O$$

Исчезновение осадка связано с химической реакцией: вместо гидроксида меди(II) образуются другие вещества. Это отличается от физического растворения вещества с сохранением его состава.

Гидроксид железа(II) с соляной кислотой образует растворимую соль $FeCl_2$ и воду:

$$Fe(OH)_2+2HCl\rightarrow FeCl_2+2H_2O$$

Для другой пары сначала определяют металл основания и остаток кислоты. Например, при реакции $Cu(OH)_2$ с $HCl$ образуется $CuCl_2$: медь имеет валентность II, остаток $Cl$ — I. Затем подбирают коэффициенты.

{"questions":[{"instruction":"Какие продукты образуются при взаимодействии $Cu(OH)_2$ с $HCl$?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["$CuCl_2$ и $H_2$","$CuCl_2$ и $H_2O$","$CuO$ и $H_2O$"],"answer":[1]}},"explanation":"При реакции основания с кислотой образуются соль $CuCl_2$ и вода. Выделение водорода к этой схеме не относится.","hints":["Определите классы исходных веществ.","Свяжите металл основания с кислотным остатком."]},{"instruction":"В уравнении $Cu(OH)_2+xHCl\\rightarrow CuCl_2+2H_2O$ найдите $x$","content":"[[input-1]]","widgets":{"input-1":{"type":"input","answer":"2"}},"explanation":"Два атома хлора в $CuCl_2$ требуют $2HCl$. Две гидроксогруппы основания дают с водородом кислоты две молекулы воды.","hints":["Сравните число атомов хлора в обеих частях уравнения.","Проверьте число атомов водорода после подбора коэффициента."]},{"instruction":"Осадок основания исчез после добавления кислоты. Образовалась растворимая соль. Как объяснить наблюдение?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Основание прореагировало с кислотой.","Основание растворилось без изменения состава.","Основание разложилось на оксид и воду."],"answer":[0]}},"explanation":"Образование соли означает химическое превращение основания. Его частицы расходуются, и осадок исчезает.","hints":["Учитывайте сведения о новом веществе.","Сопоставьте наблюдение с реакцией основания и кислоты."]}],"mix":1}

Разложение при нагревании

При нагревании нерастворимые основания разлагаются на соответствующий оксид металла и воду. Голубой $Cu(OH)_2$ превращается в черный оксид меди(II) $CuO$:

$$Cu(OH)_2\xrightarrow{t}CuO+H_2O$$

Металл сохраняет валентность II. В формуле $CuO$ одному атому меди соответствует один атом кислорода. Остальные атомы кислорода и водорода исходного основания входят в состав воды.

Аналогичная запись для гидроксида железа(II):

$$Fe(OH)_2\xrightarrow{t}FeO+H_2O$$

Обозначение $t$ над стрелкой указывает на нагревание. Это условие превращения нельзя терять при записи уравнения.

Не следует переносить рассмотренную схему на любое основание: например, щелочи $NaOH$ и $KOH$ при таком нагревании не разлагаются на оксид и воду.

{"questions":[{"instruction":"Какие продукты соответствуют рассмотренному разложению $Fe(OH)_2$?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["$Fe_2O_3$ и $H_2$","$FeO$ и $H_2O$","$Fe$ и $H_2O$"],"answer":[1]}},"explanation":"По рассмотренной схеме образуются соответствующий оксид железа(II) $FeO$ и вода.","hints":["Сохраните валентность металла в соответствующем оксиде.","Используйте схему разложения основания на оксид и воду."]},{"instruction":"Какое условие нужно указать для превращения $Cu(OH)_2$ в $CuO$ и воду?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Добавление щелочи","Нагревание","Добавление кислоты"],"answer":[1]}},"explanation":"$Cu(OH)_2$ разлагается при нагревании. Кислота приводит к другому превращению — образованию соли и воды.","hints":["Сравните два разных воздействия на один осадок.","Определите, какое воздействие дает оксид."]},{"instruction":"Соотнесите вещества с наблюдаемым состоянием","content":"[[matcher-1]]","widgets":{"matcher-1":{"type":"matcher","labels":["$Cu(OH)_2$","$CuO$","$CuSO_4$ в воде"],"items":["Голубой осадок","Черный твердый продукт","Голубой раствор"]}},"explanation":"Исходное основание наблюдается как голубой осадок, оксид — как черное твердое вещество, а сульфат меди(II) — как голубой раствор.","hints":["Учитывайте и цвет, и наличие твердой фазы.","Голубой раствор и голубой осадок имеют разный состав."]}],"mix":1}

Задание

К двум отдельным порциям $Cu(OH)_2$ применили разные воздействия: к первой добавили $H_2SO_4$, вторую нагрели. Сравните продукты и запишите уравнения.

Показать ответ

Скрыть

В первом опыте: $$Cu(OH)_2+H_2SO_4\rightarrow CuSO_4+2H_2O$$ Голубой осадок исчезает и образуется голубой раствор.

Во втором: $$Cu(OH)_2\xrightarrow{t}CuO+H_2O$$ Появляется черный оксид. Исходное основание одно, но разные реагенты и условия приводят к разным продуктам.

Сравнение оснований

И щелочи, и нерастворимые основания реагируют с кислотами. Действие на индикаторы и реакции с растворами солей рассматривают для растворов щелочей. Для нерастворимых оснований особенно важны получение осадка и его разложение при нагревании.

Свойство	Щелочи	Рассмотренные нерастворимые основания
Взаимодействие с кислотой	Соль и вода	Соль и вода
Действие на фенолфталеин	Малиновая окраска раствора	Не используют для распознавания по данному опыту
Нагревание	$NaOH$ и $KOH$ по этой схеме не разлагаются	$Cu(OH)_2$ и $Fe(OH)_2$ дают оксид и воду

{"questions":[{"instruction":"Что общего в действии соляной кислоты на гидроксид калия и гидроксид меди(II)?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["В обоих случаях образуются соль и вода.","В обоих случаях образуется оксид и вода.","В обоих случаях выделяется водород."],"answer":[0]}},"explanation":"Оба вещества — основания. Их взаимодействие с соляной кислотой дает соответствующий хлорид и воду.","hints":["Определите общий класс двух веществ.","Используйте схему реакции основания с кислотой."]},{"instruction":"Какие воздействия нужны для цепочки $CuSO_4\\rightarrow Cu(OH)_2\\rightarrow CuO$?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Сначала раствор щелочи, затем нагревание","Сначала вода, затем раствор щелочи","Сначала кислота, затем добавление воды"],"answer":[0]}},"explanation":"Раствор щелочи дает $Cu(OH)_2$ из раствора $CuSO_4$. Нагревание превращает осадок в $CuO$.","hints":["Установите задачу каждой стрелки отдельно.","Для первой нужен осадок основания, для второй — разложение."]},{"instruction":"Какое утверждение верно?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Все основания разлагаются при нагревании.","Любое основание получают из оксида и воды.","Для превращения основания нужно учитывать его свойства."],"answer":[2]}},"explanation":"Получение и поведение оснований различаются. Рассмотренные способы выбирают по растворимости и известным химическим свойствам.","hints":["Сравните поведение щелочей и нерастворимых оснований.","Проверьте каждое обобщение на рассмотренных примерах."]}],"mix":1}

Цепочка превращений

Последовательность $Li\rightarrow Li_2O\rightarrow LiOH\rightarrow Li_2CO_3\rightarrow CO_2$ объединяет получение и свойства основания. Для этой цепочки известны формулы оксида $Li_2O$ и карбоната $Li_2CO_3$. Гидроксид лития — щелочь; его взаимодействие с углекислым газом дает карбонат и воду.

Последняя стрелка опирается на конкретное свойство карбоната: $Li_2CO_3$ с соляной кислотой образует $LiCl$, углекислый газ и воду. Эту реакцию запишем отдельно:

$$Li_2CO_3+2HCl\rightarrow2LiCl+CO_2\uparrow+H_2O$$

Задание

Запишите уравнения остальных трех стадий цепочки $Li\rightarrow Li_2O\rightarrow LiOH\rightarrow Li_2CO_3$. Для первой стадии используют кислород, для второй — воду, для третьей — углекислый газ.

Показать ответ

Скрыть

$$4Li+O_2\rightarrow2Li_2O$$ $$Li_2O+H_2O\rightarrow2LiOH$$ $$2LiOH+CO_2\rightarrow Li_2CO_3+H_2O$$ На каждой стадии подбирают коэффициенты, сохраняя число атомов всех элементов.

Итоги

Нерастворимое основание получают из растворов соли соответствующего металла и щелочи.
При действии кислоты основание образует соль и воду; осадок может исчезать в результате реакции.
Рассмотренные нерастворимые основания при нагревании дают соответствующий оксид и воду.
Для выбора превращения нужно учитывать конкретное основание, реагенты и условия.

Часто задаваемые вопросы

Почему медь для нового основания берут из соли?

В реакции обмена металл соли входит в состав нерастворимого гидроксида. Поэтому для получения гидроксида меди(II) нужна растворимая соль меди(II).

Исчезновение осадка всегда означает физическое растворение?

Нет. Если образуется соль, это химическое превращение основания. Состав вещества изменяется.

Почему после действия кислоты раствор может оставаться голубым?

Голубой осадок $Cu(OH)_2$ расходуется, но образующийся раствор $CuSO_4$ тоже голубой. Нужно учитывать не только цвет, но и наличие осадка.

Можно ли разложить любое основание на оксид и воду?

Нет. Схему разложения $Cu(OH)_2$ нельзя переносить на все основания. В частности, $NaOH$ и $KOH$ при рассмотренном нагревании по этой схеме не разлагаются.

Награды за урок