Страница 155 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

• Какие классы неорганических соединений вам известны?

Все неорганические вещества делятся на простые и сложные. Простые вещества состоят из атомов одного химического элемента. Сложные вещества состоят из атомов нескольких химических элементов. Основными классами сложных неорганических соединений являются оксиды, основания, кислоты и соли.

Оксиды — это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых — кислород в степени окисления –2. По своим химическим свойствам оксиды делятся на солеобразующие (основные, кислотные, амфотерные) и несолеобразующие.
Основные оксиды: образованы металлами, им соответствуют основания. Примеры: оксид натрия $Na_2O$, оксид меди(II) $CuO$.
Кислотные оксиды: образованы неметаллами или металлами в высокой степени окисления, им соответствуют кислоты. Примеры: оксид серы(VI) $SO_3$, оксид углерода(IV) $CO_2$.
Амфотерные оксиды: проявляют двойственные свойства (и основные, и кислотные). Примеры: оксид цинка $ZnO$, оксид алюминия $Al_2O_3$.
Несолеобразующие оксиды: оксиды, которые не взаимодействуют с кислотами и щелочами с образованием солей. Примеры: оксид углерода(II) $CO$, оксид азота(I) $N_2O$.

Основания (гидроксиды) — это сложные вещества, которые состоят из атомов металла (или иона аммония $NH_4^+$) и одной или нескольких гидроксогрупп (–OH).
Щёлочи: растворимые в воде основания. Примеры: гидроксид натрия $NaOH$, гидроксид калия $KOH$, гидроксид бария $Ba(OH)_2$.
Нерастворимые основания: нерастворимые в воде. Примеры: гидроксид меди(II) $Cu(OH)_2$, гидроксид железа(III) $Fe(OH)_3$.
Амфотерные гидроксиды: проявляют свойства и кислот, и оснований. Примеры: гидроксид цинка $Zn(OH)_2$, гидроксид алюминия $Al(OH)_3$.

Кислоты — это сложные вещества, состоящие из одного или нескольких атомов водорода, способных замещаться на атомы металлов, и кислотного остатка.
Бескислородные кислоты: не содержат атомов кислорода. Примеры: соляная (хлороводородная) кислота $HCl$, сероводородная кислота $H_2S$.
Кислородсодержащие кислоты: содержат атомы кислорода. Примеры: серная кислота $H_2SO_4$, азотная кислота $HNO_3$, фосфорная кислота $H_3PO_4$.

Соли — это сложные вещества, которые состоят из катионов металла (или иона аммония $NH_4^+$) и анионов кислотного остатка.
Средние (нормальные) соли: продукты полного замещения атомов водорода в кислоте на металл. Примеры: хлорид натрия $NaCl$, сульфат калия $K_2SO_4$.
Кислые соли: продукты неполного замещения атомов водорода в многоосновной кислоте на металл. Примеры: гидрокарбонат натрия $NaHCO_3$, гидросульфат калия $KHSO_4$.
Основные соли: продукты неполного замещения гидроксогрупп в многокислотном основании на кислотный остаток. Примеры: гидроксохлорид магния $Mg(OH)Cl$.
Двойные и комплексные соли: более сложные по составу соли. Примеры: алюмокалиевые квасцы $KAl(SO_4)_2 \cdot 12H_2O$ (двойная), гексацианоферрат(III) калия $K_3[Fe(CN)_6]$ (комплексная).

Ответ: Известны следующие основные классы неорганических соединений: оксиды, основания, кислоты и соли. Также к неорганическим веществам относятся простые вещества (металлы и неметаллы).

• На какие группы делят гидроксиды металлов?

Гидроксиды металлов — это сложные вещества, состоящие из атома металла и одной или нескольких гидроксогрупп ($-OH$). Их общая формула — $M(OH)_n$, где $M$ — это металл, а $n$ — его степень окисления (и валентность). Основная классификация гидроксидов металлов основана на их химических свойствах, в частности, на их способности взаимодействовать с кислотами и щелочами. По этому признаку их делят на три основные группы.

Основные гидроксиды (основания)

Это гидроксиды, которые проявляют исключительно основные свойства. Они реагируют с кислотами, образуя соль и воду (реакция нейтрализации), но не реагируют со щелочами. Основания образуют, как правило, металлы с низкой степенью окисления (+1, +2), например, щелочные и щелочноземельные металлы.

В свою очередь, основные гидроксиды делятся по их растворимости в воде:

• Растворимые в воде основания (щёлочи). Это сильные основания, которые хорошо диссоциируют в водных растворах с образованием катиона металла и гидроксид-анионов $OH^-$. К ним относятся гидроксиды щелочных металлов (например, гидроксид натрия $NaOH$, гидроксид калия $KOH$) и некоторых щелочноземельных металлов (гидроксид бария $Ba(OH)_2$, гидроксид стронция $Sr(OH)_2$, и в меньшей степени гидроксид кальция $Ca(OH)_2$).
  Пример реакции: $2KOH + H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$
• Нерастворимые в воде основания. Это слабые основания, которые практически не растворяются в воде и слабо диссоциируют. К ним относится большинство гидроксидов металлов, например, гидроксид меди(II) $Cu(OH)_2$, гидроксид железа(III) $Fe(OH)_3$, гидроксид магния $Mg(OH)_2$.
  Пример реакции: $Fe(OH)_2 + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + 2H_2O$

Ответ: Основные гидроксиды (основания) — это гидроксиды, проявляющие основные свойства. Они делятся на растворимые (щёлочи) и нерастворимые.

Амфотерные гидроксиды

Амфотерные гидроксиды проявляют двойственные свойства: они могут вести себя и как основания (реагируя с сильными кислотами), и как кислоты (реагируя с сильными основаниями — щелочами). Слово «амфотерный» происходит от греческого слова, означающего «и тот и другой». Такие гидроксиды образуют металлы, занимающие промежуточное положение между типичными металлами и неметаллами, обычно со степенью окисления +2, +3, +4.

Типичными примерами являются гидроксид цинка $Zn(OH)_2$, гидроксид алюминия $Al(OH)_3$, гидроксид бериллия $Be(OH)_2$, гидроксид хрома(III) $Cr(OH)_3$, гидроксид свинца(II) $Pb(OH)_2$.

• Реакция с кислотой (проявляет основные свойства):
  $Al(OH)_3 + 3HCl \rightarrow AlCl_3 + 3H_2O$
• Реакция со щелочью (проявляет кислотные свойства):
  $Al(OH)_3 + NaOH \rightarrow Na[Al(OH)_4]$ (в растворе) или $Al(OH)_3 + NaOH \xrightarrow{t} NaAlO_2 + 2H_2O$ (при сплавлении)

Ответ: Амфотерные гидроксиды — это гидроксиды, которые в зависимости от условий могут проявлять как основные, так и кислотные свойства.

Кислотные гидроксиды

Это гидроксиды, которые проявляют кислотные свойства. Их образуют металлы в высоких степенях окисления (обычно от +5 до +7). Такие соединения чаще всего записывают в форме кислородсодержащих кислот и называют соответствующими кислотами, а не гидроксидами. Чем выше степень окисления металла, тем сильнее выражены кислотные свойства его гидроксида.

Например:

• Гидроксиду марганца(VI), условно $Mn(OH)_6$, соответствует марганцовистая кислота $H_2MnO_4$.
• Гидроксиду хрома(VI), условно $Cr(OH)_6$, соответствует хромовая кислота $H_2CrO_4$.
• Гидроксиду марганца(VII), условно $Mn(OH)_7$, соответствует марганцовая кислота $HMnO_4$.

Эти соединения реагируют со щелочами с образованием соли и воды.

Пример реакции: $H_2CrO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2CrO_4 + 2H_2O$

Ответ: Кислотные гидроксиды — это гидроксиды металлов в высоких степенях окисления, проявляющие кислотные свойства и чаще всего рассматриваемые как кислородсодержащие кислоты.

• Какие свойства характерны для оснований и амфотерных гидроксидов?

Основания и амфотерные гидроксиды — это классы неорганических соединений, обладающие характерными химическими свойствами.

Свойства оснований

Основания – это сложные вещества, состоящие из ионов металла (или иона аммония $NH_4^+$) и одной или нескольких гидроксильных групп ($OH^-$). Их свойства во многом определяются их растворимостью в воде. Растворимые основания называют щелочами.

• Взаимодействие с кислотами (реакция нейтрализации): Это общее свойство для всех оснований. В результате реакции образуются соль и вода.
  Пример (щёлочь): $2NaOH + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O$
  Пример (нерастворимое основание): $Cu(OH)_2 + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + 2H_2O$
• Взаимодействие с кислотными оксидами: В эту реакцию вступают только щёлочи, образуя соль и воду.
  Пример: $Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$
• Взаимодействие с растворами солей: Щёлочи реагируют с солями, если один из продуктов реакции выпадает в осадок.
  Пример: $Ba(OH)_2 + Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaOH$
• Термическое разложение: Нерастворимые основания при нагревании разлагаются на соответствующий оксид и воду. Большинство щелочей (кроме $LiOH$) термически устойчивы.
  Пример: $2Fe(OH)_3 \xrightarrow{t^\circ} Fe_2O_3 + 3H_2O$
• Действие на индикаторы: Растворы щелочей изменяют окраску индикаторов (лакмус синеет, фенолфталеин становится малиновым, метилоранж — жёлтым). Нерастворимые основания на индикаторы не действуют.

Ответ: Для оснований характерны реакции с кислотами (нейтрализация). Щёлочи также реагируют с кислотными оксидами и солями (при условии образования осадка). Нерастворимые основания разлагаются при нагревании. Растворы щелочей изменяют цвет индикаторов.

Свойства амфотерных гидроксидов

Амфотерные гидроксиды (например, $Al(OH)_3$, $Zn(OH)_2$, $Be(OH)_2$, $Cr(OH)_3$) проявляют двойственные химические свойства: в зависимости от условий они могут вести себя и как основания, и как кислоты. Все они являются нерастворимыми в воде твёрдыми веществами.

• Реакции с сильными кислотами (проявление основных свойств): Подобно обычным основаниям, амфотерные гидроксиды реагируют с кислотами, образуя соль и воду.
  Пример: $Al(OH)_3 + 3HCl \rightarrow AlCl_3 + 3H_2O$
• Реакции со щелочами (проявление кислотных свойств): Это их ключевое отличие от оснований. Продукты реакции зависят от условий:
  • В водном растворе образуются растворимые комплексные соли — гидроксокомплексы.
    $Zn(OH)_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]$ (тетрагидроксоцинкат натрия)
  • При сплавлении образуются средние соли (цинкаты, алюминаты и т.д.) и вода.
    $Al(OH)_3 + NaOH \xrightarrow{t^\circ} NaAlO_2 + 2H_2O$ (метаалюминат натрия)
• Термическое разложение: Как и нерастворимые основания, амфотерные гидроксиды при нагревании разлагаются на соответствующий амфотерный оксид и воду.
  Пример: $2Cr(OH)_3 \xrightarrow{t^\circ} Cr_2O_3 + 3H_2O$

Ответ: Для амфотерных гидроксидов характерна способность реагировать как с сильными кислотами (проявляя себя как основания), так и со щелочами (проявляя себя как кислоты). Также они, будучи нерастворимыми, разлагаются при нагревании.

• Какие гидроксиды называют щелочами?

Какие гидроксиды называют щелочами?

Щелочами называют хорошо растворимые в воде основания. С точки зрения химии, это гидроксиды, которые в водном растворе практически полностью диссоциируют (распадаются на ионы), образуя катионы металла и большое количество гидроксид-анионов ($OH^−$). Именно высокая концентрация гидроксид-ионов и обуславливает сильные основные свойства щелочей.

К щелочам относятся гидроксиды, образованные щелочными и щелочноземельными металлами.

• Гидроксиды щелочных металлов (элементы IA группы Периодической системы):
  • Гидроксид лития ($LiOH$)
  • Гидроксид натрия ($NaOH$), также известный как каустическая сода или едкий натр.
  • Гидроксид калия ($KOH$), также известный как едкое кали.
  • Гидроксид рубидия ($RbOH$)
  • Гидроксид цезия ($CsOH$)
• Гидроксиды щелочноземельных металлов (элементы IIA группы, начиная с кальция):
  • Гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$), его насыщенный водный раствор называют известковой водой.
  • Гидроксид стронция ($Sr(OH)_2$)
  • Гидроксид бария ($Ba(OH)_2$)

Важно отметить, что гидроксид магния ($Mg(OH)_2$) является малорастворимым в воде, поэтому его, как правило, не относят к щелочам, хотя он и является сильным основанием. Гидроксид бериллия ($Be(OH)_2$) вовсе нерастворим и проявляет амфотерные свойства (может реагировать и с кислотами, и с щелочами).

Процесс диссоциации щелочи в воде можно записать на примере гидроксида калия:

$KOH \rightarrow K^+ + OH^-$

Благодаря наличию ионов $OH^−$, все щелочи обладают схожими свойствами: они мылкие на ощупь, изменяют окраску индикаторов (например, фенолфталеин становится малиновым, а лакмус — синим), вступают в реакцию нейтрализации с кислотами. Все щелочи являются едкими веществами и требуют осторожного обращения.

Ответ: Щелочами называют растворимые в воде сильные основания, к которым относятся гидроксиды щелочных металлов (например, $NaOH$, $KOH$) и щелочноземельных металлов, начиная с кальция (например, $Ca(OH)_2$, $Ba(OH)_2$).