Учебник по Химии. 8 класс. Григорович - Новая программа

§ 33. Химические свойства щелочей и нерастворимых гидроксидов

Вспомните:

• как отличить формулы щелочей, нерастворимых оснований и амфотерных гидроксидов (§ 28);

• принцип кислотно-основных взаимодействий; как определить кислоту, соответствующую тому или иному кислотному оксиду (§ 30).

Обнаружение щелочей

Щелочи и кислоты — бесцветные в воде вещества, но очень часто необходимо знать, присутствует ли кислота или щелочь в растворе. Для обнаружения щелочей и кислот используют индикаторы — сложные органические вещества, которые изменяют свой цвет в зависимости от наличия щелочей или кислот в растворе. Нерастворимые и амфотерные гидроксиды не изменяют цвет индикаторов.

Обычно индикаторы используют в виде растворов — водных или спиртовых. Удобнее использовать индикаторную бумагу — полоски обычной бумаги, пропитанной раствором индикатора, а затем высушенной (рис. 33.1).

Рис. 33.1. Раствор индикатора и индикаторная бумага

Наиболее используемые в школьной лабораторной практике индикаторы — это лакмус (рис. 33.2), фенолфталеин (рис. 33.3), метиловый оранжевый и универсальный индикатор (рис. 33.4). Цвета индикаторов при наличии и отсутствии щелочей приведены в таблице 10.

Рис. 33.2. Цвет лакмуса: слева — в нейтральной среде; справа — в щелочной

Рис. 33.3. Фенолфталеин при наличии кальций гидроксида окрашивается в малиновый цвет

Рис. 33.4. Универсальный индикатор может не только обнаруживать кислоты или основания, но и определять их концентрации

Таблица 10. Цвет индикаторов при наличии и отсутствии щелочей

Индикатор

Цвет в растворе

при наличии щелочи (щелочная среда)

при отсутствии щелочи (нейтральная среда)

Лакмус

Синий

Фиолетовый

Метиловый оранжевый

Желтый

Оранжевый

Фенолфталеин

Малиновый

Бесцветный

Универсальный

Синий

Желтый

Взаимодействие щелочей и нерастворимых гидроксидов с кислотами. Реакция нейтрализации

В § 30 мы уже рассмотрели кислотно-основные взаимодействия, принцип которых заключается в том, что вещества с кислотными свойствами реагируют с веществами с основными свойствами.

Щелочи и нерастворимые гидроксиды проявляют основные свойства и способны взаимодействовать с кислотами:

В продукт реакции — соль — переходит металлический элемент из основания и кислотный остаток из кислоты:

3KOH + H3PO4 = K3PO4 + 3H2O

Са(ОН)2 + 2HNO3= Ca(NO3)2+ 2Н2O

2Fe(OH)3 + 3H2SO4= Fe2(SO4)3 + 6H2O

Щелочи и кислоты — едкие вещества, а в результате их взаимодействия образуется нейтральная соль. Таким образом, щелочь и кислота взаимно нейтрализуют друг друга, из-за чего реакцию между ними называют реакцией нейтрализации. Хотя нерастворимые гидроксиды не являются едкими, их взаимодействие с кислотами также часто называют реакцией нейтрализации.

Реакцию между кислотой и основанием, в результате которой образуются соль и вода, называют реакцией нейтрализации.

Реакции обмена

Обратите внимание на перемещение атомов в реакции натрий гидроксида с хлоридной кислотой:

NaOH + НСl = NaCl + Н2O

Натрий гидроксид состоит из двух частей (иона Натрия и гидроксид-иона), и хлоридная кислота состоит из двух частей (иона Гидрогена и кислотного остатка — хлорид-иона). При взаимодействии между ними происходит обмен этими частями — ионы Натрия и Гидрогена поменялись местами: ион Гидрогена кислоты объединился с гидроксид-ионом щелочи в молекулу воды, а ион Натрия с кислотным остатком образовал соль — натрий хлорид:

Следовательно, это реакция обмена.

Реакции, в которых два вещества обмениваются своими частями, называют реакциями обмена.

Условия протекания реакций обмена в водных растворах

Большинство реакций, которые характеризуют химические свойства оснований, кислот и солей, — это реакции обмена. Реакции обмена в водных растворах могут протекать только при определенных условиях, которые соответствуют правилу: продукты реакции не должны реагировать друг с другом с образованием исходных веществ. Такие реакции называют необратимыми, т. е. такие, которые происходят до конца. Это возможно, если одним из продуктов реакции является вода или продукт реакции выделяется из раствора в виде газа или осадка (нерастворимого в воде вещества).

Обратите внимание: если одним из реагентов является нерастворимое в воде вещество и должно образоваться также нерастворимое вещество, то осадок образуется на поверхности нерастворимого реагента. В такой реакции смогут прореагировать только поверхностные слои реагента, значит, вглубь частицы осадка реакция не пойдет.

Таким образом, реакция обмена, в которую вступает нерастворимое вещество и в результате которой должен образоваться осадок, не происходит. Иначе говоря, «из осадка осадок не образуется».

Взаимодействие щелочей с кислотными оксидами

Щелочи также способны взаимодействовать с кислотными оксидами. Такие реакции мы уже рассмотрели в § 30, когда изучали свойства оксидов:

Вы уже знаете, что главное при составлении уравнений таких реакций — правильно определить кислотный остаток. Для этого необходимо помнить, как определить кислоту, соответствующую данному кислотному оксиду (табл. 9, с. 158).

Сульфур(ІV) оксиду соответствует сульфитная кислота, а фосфор(V) оксиду — ортофосфатная, поэтому со щелочами сульфур(ІV) оксид будет образовывать сульфиты (соли сульфитной кислоты), а фосфор(V) оксид — ортофосфаты:

Са(ОН)2 + SO2 = CaSO3 + Н2O (SO2 соответствует H2SO3)

6NaOH + Р2O5 = 2Na3PO4 + ЗН2O (Р2O5 соответствует Н3РO4)

Нерастворимые и амфотерные гидроксиды в такие реакции не вступают.

Взаимодействие щелочей с солями

Гидроксиды вступают с солями в реакции обмена, поэтому в результате образуются также соль и гидроксид. Такие реакции должны соответствовать условиям протекания реакций обмена, поэтому среди реагентов все вещества должны быть растворимыми, а в результате должен образоваться осадок:

2КОН + FeCl2 = Fe(OH)2↓+ 2КСl

Разложение нерастворимых гидроксидов

Нерастворимые и амфотерные гидроксиды — неустойчивые вещества. При нагревании (в отличие от щелочей) они разлагаются с образованием соответствующих оксидов и воды:

Таким способом можно получить оксиды даже тех элементов, которые в виде простого вещества не реагируют с кислородом, например аурум(III) оксид:

Безопасность при работе со щелочами

Щелочи — едкие вещества, они разъедают кожу, дерево, бумагу, могут стать причиной ожогов кожи и слизистых оболочек (рис. 33.5). Недаром натрий гидроксид называют едким натром, а калий гидроксид — едким кали. Шерстяная ткань, погруженная в концентрированный раствор натрий гидроксида, набухает и превращается в студенистую массу. Если раствор щелочи, попавший на руку, не смыть водой, кожу начинает жечь, и в скором времени образуется язва.

Рис. 33.5. Щелочи — чрезвычайно едкие вещества: а — превращают ткань в студенистую массу; б — образуют дырки в бумаге; в — повреждают древесину

При работе со щелочами особенно важно беречь глаза, поэтому рекомендуется надевать защитные очки. Если щелочь случайно попала на кожу, ее следует немедленно смыть большим количеством проточной воды, а затем протереть поврежденный участок кожи разбавленным раствором боратной или уксусной кислоты.

• Слово «щелочь» происходит от устаревшего слова, которым раньше называли мылкий раствор древесной золы, используемый для стирки и мытья.

• Открытие лакмуса является примером так называемых «случайных» открытий. Как-то английский ученый Роберт Бойль приготовил водный раствор лакмусового лишайника. Стакан, в котором он хранил настой, понадобился ему для хлоридной кислоты. Вылив настой, Бойль влил в стакан кислоту и с удивлением обнаружил, что кислота стала красной. Изучая этот эффект, Бойль изобрел первый индикатор для кислот и щелочей.

Лингвистическая задача

Термин «нейтрализация» есть во многих языках и происходит от латинского слова. На латыни uter означает «кто-то из двух», «тот или другой». Соответственно neuter— «ни тот, ни другой». Как вы считаете, благодаря какой особенности реакция нейтрализации получила именно такое название?