8 класс Химия Важнейшие представители неорганических веществ Вода и основания

Основания и щелочи

Содержание

Разберемся, из чего состоят основания, как читать их формулы и чем щелочи отличаются от нерастворимых оснований. Затем рассмотрим действие индикаторов и способ распознавания углекислого газа с помощью известковой воды.

Состав оснований

При взаимодействии оксида кальция с водой образуется гидроксид кальция:

$$CaO+H_2O\rightarrow Ca(OH)_2$$

В формуле продукта есть металл кальций и повторяющаяся группа атомов $OH$. Эту группу называют гидроксогруппой. В ней один атом кислорода и один атом водорода; гидроксогруппа одновалентна.

Определение

Основания — это сложные вещества, состоящие из атома металла и одной или нескольких гидроксогрупп.

В формуле $NaOH$ один атом натрия и одна группа $OH$. В формуле $Ca(OH)_2$ один атом кальция и две группы $OH$. Индекс $2$ после скобок относится ко всей группе: он означает два атома кислорода и два атома водорода. К символу кальция этот индекс не относится.

Число гидроксогрупп связано с валентностью металла. Одновалентному натрию соответствует одна группа $OH$: $NaOH$. Двухвалентному кальцию соответствуют две: $Ca(OH)_2$. Скобки нужны, когда группа повторяется; формулу основания с одной группой записывают без них.

Алгоритм

Определите символ и валентность металла.
Возьмите столько одновалентных групп $OH$, какова валентность металла.
Если групп несколько, заключите $OH$ в скобки и поставьте после скобок индекс.

Например, натрий одновалентен: выбираем символ $Na$, берем одну группу $OH$ и получаем $NaOH$. Для двухвалентного кальция выбираем $Ca$, берем две группы и записываем $Ca(OH)_2$.

Названия строятся со словом «гидроксид»: $NaOH$ — гидроксид натрия, $Ca(OH)_2$ — гидроксид кальция. Для металла с переменной валентностью ее указывают римской цифрой: $Fe(OH)_2$ — гидроксид железа(II).

{"questions":[{"instruction":"Выберите все основания","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["$KOH$","$CaO$","$H_2SO_4$","$Cu(OH)_2$","$Na_2SO_4$"],"answer":[0,3]}},"explanation":"В формулах $KOH$ и $Cu(OH)_2$ металл сочетается с гидроксогруппами. $CaO$ — оксид, $H_2SO_4$ — кислота, $Na_2SO_4$ — соль.","hints":["Найдите в составе вещества металл.","Проверьте, представлены ли остальные части формулы группами $OH$."]},{"instruction":"Как правильно прочитать состав $Fe(OH)_2$?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Один атом железа и две группы $OH$","Два атома железа и одна группа $OH$","Один атом железа и одна группа $OH_2$"],"answer":[0]}},"explanation":"Индекс после скобок умножает всю группу $OH$. Перед железом и после его символа индекса нет, поэтому формула указывает один атом железа.","hints":["Посмотрите, какие символы заключены в скобки.","Индекс после скобок относится к их содержимому целиком."]},{"instruction":"Медь в основании двухвалентна. Символ меди — $Cu$. Выберите формулу этого основания.","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["$CuOH$","$Cu(OH)_2$","$Cu_2OH$","$CuOH_2$"],"answer":[1]}},"explanation":"Двухвалентной меди соответствуют две одновалентные группы $OH$. Повторяющуюся группу заключают в скобки: $Cu(OH)_2$.","hints":["Определите нужное число одновалентных групп.","Для повторения всей группы индекс должен стоять после скобок."]},{"instruction":"Выберите название вещества $Fe(OH)_2$","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Гидроксид железа(II)","Гидроксид железа(III)","Оксид железа(II)"],"answer":[0]}},"explanation":"В формуле основания две одновалентные гидроксогруппы, поэтому железо здесь двухвалентно. Название — гидроксид железа(II).","hints":["Определите класс вещества по наличию гидроксогрупп.","Число одновалентных групп указывает валентность металла в этой формуле."]}],"mix":1}

Растворимость и щелочи

Основания различаются по растворимости в воде. Растворимые основания называют щелочами. Другую группу составляют нерастворимые основания. Узнать растворимость конкретного вещества помогает таблица растворимости.

Для работы возьмем небольшой фрагмент справочных данных. Обозначение «Р» означает растворимость, «Н» — практическую нерастворимость в воде.

Основание	Обозначение	Вывод
$NaOH$	Р	Щелочь
$KOH$	Р	Щелочь
$Cu(OH)_2$	Н	Нерастворимое основание
$Fe(OH)_2$	Н	Нерастворимое основание

Например, $KOH$ относим к щелочам по его растворимости, а $Cu(OH)_2$ — к нерастворимым основаниям. Число групп $OH$ само по себе не заменяет справочные данные о растворимости.

Гидроксид кальция $Ca(OH)_2$ растворяется в воде в небольшом количестве. Его прозрачный раствор имеет щелочную среду и называется известковой водой. Малую растворимость не следует путать с полным отсутствием растворения.

{"questions":[{"instruction":"По приведенным данным выберите две щелочи","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["$NaOH$","$Cu(OH)_2$","$KOH$","$Fe(OH)_2$"],"answer":[0,2]}},"explanation":"Данные указывают растворимость $NaOH$ и $KOH$: это щелочи. Для двух остальных оснований указана практическая нерастворимость.","hints":["Сопоставьте каждую формулу со строкой таблицы.","Щелочи выделяют по растворимости, а не по числу гидроксогрупп."]},{"instruction":"Для $Fe(OH)_2$ в таблице указано «Н». Какой вывод верен?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Это нерастворимое основание.","Это растворимое основание.","Это вещество относится к оксидам."],"answer":[0]}},"explanation":"Гидроксогруппы в формуле показывают, что $Fe(OH)_2$ — основание. Обозначение «Н» относит его к нерастворимым основаниям.","hints":["Сначала определите класс по формуле.","Затем прочитайте условное обозначение растворимости."]},{"instruction":"Вы распознали незнакомое основание по формуле. Где следует проверить его растворимость в воде?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["В таблице растворимости веществ","По одному только числу групп $OH$","По порядку записи атомов в формуле"],"answer":[0]}},"explanation":"Принадлежность к основаниям устанавливают по составу, а растворимость проверяют по справочным данным. Число групп $OH$ не позволяет заменить такую проверку.","hints":["Отделите сведения о составе от сведений о свойстве.","Выберите источник, который сообщает именно растворимость."]}],"mix":1}

Индикаторы в растворах

В водных растворах щелочей возникает щелочная среда. Она отличается от кислой среды растворов кислот и нейтральной среды чистой воды. Распознавать среду помогают индикаторы — вещества, которые меняют окраску в зависимости от среды.

В щелочном растворе лакмус синий, метиловый оранжевый, или метилоранж, желтый, а фенолфталеин малиновый. В достаточно кислой среде метилоранж красный. Сравним окраски индикаторов в разных средах.

Индикатор	Кислая среда	Нейтральная среда	Щелочная среда
Лакмус	Красная	Фиолетовая	Синяя
Метилоранж	Красная	Желтая	Желтая
Фенолфталеин	Бесцветная	Бесцветная	Малиновая

Таблица помогает читать наблюдение с учетом выбранного индикатора. Например, синяя окраска лакмуса указывает на щелочную среду. Но желтый метилоранж не отличает нейтральную среду от щелочной; желтым он может оставаться и в некоторых кислых растворах. Бесцветность фенолфталеина также не позволяет выбрать между кислой и нейтральной средой.

По окраске нельзя определить, какая именно щелочь растворена: растворы $NaOH$ и $KOH$ могут дать одинаковое наблюдение. Индикатор показывает свойство среды, а не название вещества.

В лаборатории индикаторы добавляют в отдельные порции исследуемого раствора, чтобы сравнить результаты. Можно использовать и универсальную индикаторную бумагу: ее окраску сравнивают с приложенной эталонной шкалой. Здесь рассматриваем наблюдения с лакмусом, метилоранжем и фенолфталеином.

indicator-colors-and-media

{"questions":[{"instruction":"В раствор $NaOH$ добавили лакмус. Какую окраску наблюдают?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Синюю","Красную","Фиолетовую","Малиновую"],"answer":[0]}},"explanation":"Раствор $NaOH$ имеет щелочную среду. Лакмус в такой среде становится синим; малиновая окраска относится к другому индикатору — фенолфталеину.","hints":["Сначала определите среду раствора известной щелочи.","Затем используйте строку именно лакмуса."]},{"instruction":"В раствор $KOH$ добавили фенолфталеин. Какой результат ожидается?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Раствор станет малиновым.","Раствор станет фиолетовым.","Раствор станет синим.","Раствор останется бесцветным."],"answer":[0]}},"explanation":"В растворе щелочи $KOH$ фенолфталеин приобретает малиновую окраску. Синяя окраска в щелочной среде характерна для лакмуса.","hints":["Определите среду раствора гидроксида калия.","Не переносите окраску другого индикатора на фенолфталеин."]},{"instruction":"Лакмус в неизвестном растворе стал синим. Какой вывод подтверждается?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Среда раствора щелочная.","В растворе обязательно находится только $NaOH$.","В растворе обязательно находится только $KOH$."],"answer":[0]}},"explanation":"Синий лакмус показывает щелочную среду, но не различает названия щелочей. Одинаковое наблюдение возможно в растворах разных щелочей.","hints":["Вспомните, какую характеристику выявляет индикатор.","Среда раствора и точное название растворенного вещества — разные сведения."]},{"instruction":"Для сравнения взяли нейтральную воду и раствор $NaOH$. Что произойдет при добавлении метилоранжа в отдельные порции этих жидкостей?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["В обеих порциях будет желтая окраска.","Только вода станет желтой, щелочь станет красной.","Вода станет фиолетовой, щелочь станет синей."],"answer":[0]}},"explanation":"Метилоранж желтый и в нейтральной, и в щелочной среде. Поэтому для этой пары его окраска не позволяет различить жидкости.","hints":["Сравните две нужные ячейки строки метилоранжа.","Одинаковая окраска может наблюдаться в разных средах."]},{"instruction":"В двух пробирках находятся нейтральная вода и раствор кислоты. После добавления фенолфталеина обе жидкости бесцветны. Что можно заключить по этому наблюдению?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["По одному этому результату пробирки различить нельзя.","Обе среды нейтральные, потому что окраска не появилась.","Обе среды кислые, потому что окраска не появилась."],"answer":[0]}},"explanation":"Фенолфталеин бесцветен в обеих заданных средах. Одинаковый результат не устанавливает, в какой пробирке вода, а в какой кислота.","hints":["Проверьте окраску фенолфталеина в каждой из двух сред.","Различить жидкости можно по признаку, который дает разные результаты."]},{"instruction":"Какие два индикатора помогут различить заданные нейтральную воду и раствор $NaOH$?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Лакмус","Фенолфталеин","Метилоранж"],"answer":[0,1]}},"explanation":"Лакмус будет фиолетовым в нейтральной воде и синим в щелочи. Фенолфталеин будет бесцветным в воде и малиновым в щелочи. Метилоранж в обеих порциях желтый.","hints":["Для различения нужны разные наблюдения в двух жидкостях.","Сравните нейтральную и щелочную среды отдельно для каждого индикатора."]}],"mix":1}

Задание

В трех пробирках находятся раствор соляной кислоты, нейтральная вода и раствор $KOH$. Фенолфталеин стал малиновым только в одной пробирке. Какую жидкость удалось найти? Как с помощью лакмуса различить две оставшиеся?

Показать ответ

Скрыть

Малиновая окраска фенолфталеина позволяет найти раствор $KOH$. В двух оставшихся пробирках фенолфталеин бесцветен, поэтому кислота и вода пока не различены. Возьмем отдельные порции этих жидкостей и добавим лакмус: в растворе кислоты он станет красным, а в нейтральной воде будет фиолетовым.

Основания в жизни и лаборатории

Гидроксид натрия $NaOH$ и гидроксид калия $KOH$ — твердые белые вещества, поглощающие влагу и хорошо растворяющиеся в воде с выделением теплоты. Их называют едкими щелочами, поскольку они разрушают кожу и ряд материалов. Работу с ними проводят в лаборатории с соблюдением правил безопасности.

Гидроксид натрия используют при получении мыла, бумаги и искусственных волокон; гидроксид калия — при изготовлении жидкого мыла и других продуктов. Гидроксид кальция, или гашеную известь, применяют в строительстве и для побелки деревьев. Эти примеры показывают применение изученных веществ.

Различайте гашеную известь $Ca(OH)_2$ и известковую воду — ее прозрачный водный раствор. Если через известковую воду пропускать углекислый газ, возникает помутнение. Появляются частицы нерастворимого продукта. Это наблюдение используют для распознавания углекислого газа.

{"questions":[{"instruction":"Выберите правильное соответствие","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Негашеная известь — $CaO$, гашеная известь — $Ca(OH)_2$.","Негашеная известь — $Ca(OH)_2$, гашеная известь — $CaO$.","Негашеная известь — $NaOH$, гашеная известь — $KOH$."],"answer":[0]}},"explanation":"Негашеная известь — оксид кальция $CaO$. После реакции с водой образуется гидроксид кальция $Ca(OH)_2$, называемый гашеной известью.","hints":["Вспомните уравнение взаимодействия оксида кальция с водой.","Сопоставьте исходное вещество и продукт с двумя названиями."]},{"instruction":"Что называют известковой водой?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Прозрачный водный раствор $Ca(OH)_2$","Любую мутную смесь оксида кальция с водой","Твердое вещество с формулой $CaO$"],"answer":[0]}},"explanation":"Известковая вода — прозрачный раствор гидроксида кальция. Название относится именно к раствору, а не к твердому оксиду или любой смеси извести с водой.","hints":["Отделите название вещества от названия его раствора.","Вспомните внешний вид известковой воды до опыта с углекислым газом."]},{"instruction":"Известковую воду используют для распознавания одного из перечисленных газов. Какого?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Углекислого газа","Кислорода","Водорода"],"answer":[0]}},"explanation":"При пропускании углекислого газа через известковую воду наблюдают помутнение. На этом основан рассмотренный способ его распознавания.","hints":["Вспомните, какой газ подводили в лабораторном опыте.","Свяжите название газа с появлением помутнения."]}],"mix":1}

Итоги

Основания состоят из металла и одной или нескольких гидроксогрупп $OH$. Индекс после скобок относится ко всей группе.
Растворимые основания называют щелочами; растворимость конкретного вещества проверяют по справочным данным.
В щелочной среде лакмус синий, метилоранж желтый, фенолфталеин малиновый.
Вывод по цвету зависит от индикатора: одинаковая окраска возможна в разных средах и не сообщает точное название вещества.
Известковая вода — прозрачный раствор $Ca(OH)_2$; ее помутнение используют для распознавания углекислого газа.

Часто задаваемые вопросы

Почему в формуле $Ca(OH)_2$ нужны скобки?

Индекс $2$ относится к целой группе $OH$: таких групп две. Скобки показывают, что повторяется не отдельный атом, а вся группа.

Является ли любое основание щелочью?

Нет. Щелочами называют растворимые основания. Например, $Cu(OH)_2$ и $Fe(OH)_2$ относятся к нерастворимым основаниям.

Доказывает ли желтый метилоранж, что раствор щелочной?

Нет. Метилоранж желтый и в нейтральной среде, а также может оставаться желтым в некоторых кислых растворах. Нужны дополнительные наблюдения с учетом свойств индикаторов.

Чем известковая вода отличается от гашеной извести?

Гашеная известь — гидроксид кальция $Ca(OH)_2$. Известковая вода — прозрачный водный раствор этого вещества.

Награды за урок

Проверим знания по теме?

Составляем формулы оснований

Пройти тест