И.В.ТРИГУБЧАК

Пособие-репетитор по химии

Продолжение. Начало см. в № 22/2005; 1, 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11, 13, 15, 16, 18, 22/2006;
3/2007

ЗАНЯТИЕ 16
10-й класс (первый год обучения)

Основания

(Внимание сосредоточено на основных гидроксидах. Амфотерные гидроксиды подробнее рассматриваются отдельно.)

План

1. Определение понятия «основания», графические формулы оснований.

2. Классификация (по кислотности, по степени электролитической диссоциации, по растворимости в воде).

3. Физические свойства.

4. Химические свойства.

5. Методы получения щелочей и нерастворимых оснований.

6. Области применения.

7. Формулы и тривиальные названия некоторых оснований.

Основания – сложные вещества, состоящие из атомов металла (или иона аммония) и одной или нескольких гидроксигрупп:

NaOH, Ca(OH)₂, Al(OH)₃, NH₄OH.

При составлении графических формул оснований необходимо помнить, что атом металла соединяется с атомом кислорода гидроксигруппы. Графические формулы оснований:

К л а с с и ф и к а ц и я  о с н о в а н и й

По кислотности основания делятся на однокислотные (NaOH), двухкислотные (Ca(OH)₂) и трехкислотные (Al(OH)₃) – в зависимости от числа гидроксигрупп в формульной единице основания.

По степени электролитической диссоциации основания подразделяют на сильные (растворимые в воде, кроме гидроксида аммония) и слабые (нерастворимые основания и гидроксид аммония) электролиты.

По растворимости в воде выделяют растворимые в воде основания, щелочи (например, KOH) и нерастворимые в воде основания (например, Cu(OH)₂).

Все неорганические основания (кроме гидроксида аммония) являются твердыми веществами. Некоторые основания окрашены: Cu(OH)₂ – голубой, Fe(OH)₃ – красно-бурый. Растворы щелочей – едкие, мылкие на ощупь.

Х и м и ч е с к и е  с в о й с т в а о с н о в а н и й

При растворении в воде основания диссоцируют на ионы:

NaOH Na⁺ + OH^–.

Щелочи взаимодействуют в водных растворах с металлами, которым соответствуют амфотерные оксиды и гидроксиды:

2NaOH + Zn + 2H₂O = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂.

Щелочи реагируют в водных растворах с галогенами, причем на холоду и при кипении получаются разные продукты реакции:

Щелочи взаимодействуют с кислотными оксидами:

2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O.

Щелочи взаимодействуют с амфотерными основаниями:

NaOH + Al(OH)₃ = Na[Al(OH)₄].

Все основания взаимодействуют с кислотами (реакция нейтрализации):

2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2H₂O.

Растворимые соли, которым соответствуют нерастворимые основания, реагируют с щелочами:

CuCl₂ + 2NaOH = Cu(OH)₂ + 2NaCl.

Нерастворимые основания разлагаются при нагревании:

Cu(OH)₂ СuO + H₂O.

Индикаторы изменяют окраску в растворах щелочей.

М е т о д ы  п о л у ч е н и я щелочей и нерастворимых в воде оснований различны. Щелочи получают взаимодействием щелочных или щелочно-земельных металлов с водой, например:

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂,

Ca + 2H₂O = Ca(OH)₂ + H₂.

Другой способ – взаимодействие оксидов щелочных или щелочно-земельных металлов с водой, например:

Na₂O + H₂O = 2NaOH,

CaO + H₂O = Ca(OH)₂.

Нерастворимые в воде основания получают реакцией обмена между растворимой солью неактивного металла и щелочью, например:

CuSO₄ + 2KOH = Cu(OH)₂ + K₂SO₄.

Основания применяют в технике, бытовой химии, в химическом синтезе для получения новых веществ.

Формулы и тривиальные названия оснований, которые необходимо запомнить:

NaOH – едкий натр, каустическая сода, каустик;

KOH – едкое кали;

Ca(OH)₂ – гашеная известь;

Ca(OH)₂ (р-р) – известковая вода, известковое молоко;

Ba(OH)₂ – едкий барит;

Ba(OH)₂ (р-р) – баритова вода;

NH₄OH – нашатырный спирт.

Тест по теме «Основания»

1. Какое из превращений нельзя осуществить в одну стадию?

а) Fe FeCl₂; б) NaOH NaCl;

в) ZnO Zn(OH)₂;

г) CuCl₂ Cu(OH)₂.

2. Реакция между основанием и кислотой является реакцией:

а) восстановления; б) нейтрализации;

в) обмена; г) замещения.

3. Продуктами электролиза расплава гидроксида калия являются:

а) калий и водород; б) калий и кислород;

в) калий, кислород и вода; г) калий и вода.

4. Гидроксид алюминия является основанием:

а) амфотерным; б) сильным;

в) нерастворимым в воде; г) щелочью.

5. Вещество, формульная единица которого включает 7 атомов, это:

а) гидроксид кальция; б) гидроксид аммония;

в) гидроксид хрома(III); г) гидроксид серы(VI).

6. Продуктами реакции хлора с горячим раствором гидроксида натрия являются:

а) хлорид натрия и вода;

б) хлорид натрия, гипохлорит натрия и вода;

в) хлорид натрия, хлорат натрия и вода;

г) реакция не идет.

7. Объем (мл) 15%-го раствора гидроксида натрия (плотность раствора равна 1,16 г/мл), который потребуется для нейтрализации 0,87 моль хлороводородной кислоты, равен:

а) 4,5; б) 182,5; в) 200; г) 290.

8. Растворы щелочей способны реагировать со следующими простыми веществами:

а) азот, бром, кремний;

б) углерод, озон, фосфор;

в) йод, цинк, медь;

г) хлор, кремний, алюминий.

9. Завершите схему, иллюстрирующую связь между классами соединений:

кислотный оксид + основание = … + … .

а) Кислота; б) соль;

в) основный оксид; г) вода.

10. Какой из перечисленных оксидов будет растворяться в водном растворе щелочи?

а) Оксид азота(I); б) оксид хрома(III);

в) оксид железа(II); г) оксид железа(III).

Ключ к тесту

Задачи на смешивание растворов

(Правило смешивания растворов, алгоритм «креста»)

1. Р а с т в о р + р а с т в о р. Какие массы 10%-го и 20%-го растворов поваренной соли необходимо взять для получения 300 г 12%-го раствора?

Дано:

₁ = 10%,

₂ = 20%,

₃ = 12%,

m₃(12%-го р-ра) = 300 г.

Найти:

m₁(10%-го р-ра),

m₂(30%-го р-ра),

Решение

По правилу смешивания растворов:

m₃(10 частей) = 300 г, m(1 части) = 300/10 = 30 г;

m₁(10%-го р-ра) = 8 (частей)•30 (г) = 240 г,

m₂(20%-го р-ра) = 2 (части)•30 (г) = 60 г.

Ответ. m₁(10%-го р-ра) = 240 г,
m₂(20%-го р-ра) = 60 г.

2. Р а с т в о р + в о д а. В каком соотношении по массам необходимо смешать воду и 30%-й раствор серной кислоты для получения 50 г 20%-го раствора серной кислоты?

Ответ. m(H₂O) : m(30%-го р-ра H₂SO₄) =
= 16,67 : 33,33 = 1 : 2.

3. Р а с т в о р + в е щ е с т в о. Какую массу йодида кальция надо добавить к 500 мл 12%-го раствора ( = 1,107 г/мл) этой соли для получения 30%-го раствора?

Ответ. 142,3 г.

4. Р а с т в о р + к р и с т а л л о г и д р а т. Какую массу тетрагидрата нитрата кальция нужно растворить в 75 г 2%-го раствора нитрата кальция для получения 14%-го раствора?

Ответ. 16,2 г.

5. В о д а + в е щ е с т в о. Какую массу соли следует растворить в 100 г воды для получения
15%-го раствора?

Ответ. 17,6 г.

6. В о д а + к р и с т а л л о г и д р а т. Сколько надо взять воды и дигидрата хлорида бария для приготовления 200 мл 20%-го раствора хлорида бария ( = 1,2 г/мл)?

Ответ. 183,7 г воды и 56,3 г BaCl₂•2H₂O.

7. В е щ е с т в о + к р и с т а л л о г и д р а т. Какую массу безводного сульфата натрия надо добавить к 150 г декагидрата этой соли для получения 60%-го раствора?

Ответ. 60 г.

8. К р и с т а л л о г и д р а т + к р и с т а л л о г и д р а т. Определить массы дигидрата хлорида железа(III) и декагидрата хлорида железа(III), необходимые для приготовления 100 г насыщенного раствора хлорида железа(III). Растворимость безводного хлорида железа(III) составляет 98 г в 100 г воды.

Ответ. 5,82 г FeCl₃•2H₂O,
94,17 г FeCl₃•10H₂O.

9. Какую массу медного купороса и какой объем 5%-го раствора сульфата меди ( = 1,045 г/мл) необходимо взять для приготовления 400 мл 7%-го раствора сульфата меди ( = 1,06 г/мл)?

Дано:

₁ = 5%,

₁(р-ра) = 1,045 г/мл,

₃ = 7%,

V₃(7%-го р-ра) = 400 мл,

₃(р-ра) = 1,06 г/мл.

Найти:

m(СuSO₄•5H₂O),

V₁(5%-го р-ра).

Решение

СuSO₄•5H₂O можно представить как 2-й раствор,

M(СuSO₄•5H₂O) = 160 + 90 = 250 г/моль.

Массовая доля СuSO₄ во 2-м растворе:

₂ = m(СuSO₄)/m₂(р-ра) = 160/250 = 0,64, или 64%.

По правилу смешивания растворов:

m₃(р-ра) = V₃•₃ = 400•1,06 = 424 г;

m₃(59 частей) = 424 г, m(1 части) = 424/59 = 7,19 г;

m₂(СuSO₄•5H₂O) = 7,19 (г)•2 (части) = 14,4 г;

m₁(5%-го р-ра) = 7,19 (г)•57 (частей) = 409,6 г;

V(5%-го р-ра) = m₁/₁ = 409,6/1,045 = 392 мл.

Ответ. 14,4 г СuSO₄•5H₂O,
392 мл 5%-го раствора СuSO₄.

10. Какую массу кристаллической соды надо добавить к 400 мл раствора карбоната натрия с массовой долей 5% ( = 1,05 г/см³), чтобы получить 16%-й раствор с плотностью 1,17 г/см³?

Ответ. 220 г.

11. Какой объем 5%-го раствора сульфата натрия надо взять, чтобы растворение в нем 150 г глауберовой соли привело к образованию 14%-го раствора? Плотности растворов сульфата натрия равны соответственно 1,044 г/мл и 1,131 г/мл.

Ответ. 479 мл.

Продолжение следует