Страница 59 - гдз по химии 8 класс учебник Журин

МОИ ХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Изучение свойств оснований.

«ПОМОЩНИК»

Налейте в пробирку 2 мл раствора гидроксида калия и добавьте 1–2 капли раствора фенолфталеина.

С помощью пипетки добавляйте к раствору гидроксида калия раствор серной кислоты до видимого изменения окраски.

Налейте в пробирку 1 мл раствора сульфата меди($II$) и добавьте 1 мл раствора гидроксида натрия.

Нагрейте полученное вещество на пламени спиртовки (газовой горелки) до появления явных признаков химической реакции.

В ходе данного химического исследования изучаются два основных свойства оснований: их взаимодействие с кислотами (реакция нейтрализации) и взаимодействие солей с щелочами с последующим разложением нерастворимого основания при нагревании.

Налейте в пробирку 2 мл раствора гидроксида калия и добавьте 1–2 капли раствора фенолфталеина.
Решение: Гидроксид калия ($KOH$) является сильным основанием, щёлочью. При его растворении в воде происходит диссоциация с образованием гидроксид-ионов ($OH^-$), которые обуславливают щелочную среду раствора. Фенолфталеин — это кислотно-основный индикатор, который в щелочной среде (при pH > 8,2) приобретает малиновую окраску. Поэтому при добавлении фенолфталеина к раствору гидроксида калия наблюдается появление малинового цвета.
Ответ: Раствор приобретает малиновую окраску.

С помощью пипетки добавляйте к раствору гидроксида калия раствор серной кислоты до видимого изменения окраски.
Решение: При добавлении серной кислоты ($H_2SO_4$) к раствору гидроксида калия протекает реакция нейтрализации, в ходе которой кислота и основание взаимодействуют с образованием соли и воды. Уравнение реакции: $2KOH + H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$. По мере добавления кислоты гидроксид-ионы ($OH^-$) расходуются, и щелочная среда нейтрализуется. Когда вся щёлочь прореагирует, раствор станет нейтральным, и индикатор фенолфталеин обесцветится.
Ответ: Малиновая окраска раствора исчезает, раствор становится бесцветным.

Налейте в пробирку 1 мл раствора сульфата меди(II) и добавьте 1 мл раствора гидроксида натрия.
Решение: При смешивании раствора сульфата меди(II) ($CuSO_4$) и раствора щёлочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$), происходит реакция обмена. В результате образуется нерастворимое основание — гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$), которое выпадает в виде студенистого осадка голубого цвета. Уравнение реакции: $CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4$.
Ответ: Образуется студенистый осадок голубого цвета.

Нагрейте полученное вещество на пламени спиртовки (газовой горелки) до появления явных признаков химической реакции.
Решение: Гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$) является термически неустойчивым соединением. При нагревании он разлагается на оксид меди(II) ($CuO$) и воду ($H_2O$). Оксид меди(II) представляет собой твёрдое вещество чёрного цвета. Таким образом, видимым признаком реакции будет изменение цвета осадка с голубого на чёрный. Уравнение реакции: $Cu(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} CuO + H_2O$.
Ответ: Голубой осадок превращается в вещество чёрного цвета.

Как классифицируют основания?

Основания — это сложные вещества, которые состоят из атомов металла (или иона аммония $NH_4^+$) и одной или нескольких гидроксогрупп ($OH^-$). Классификация оснований проводится по нескольким признакам.

По растворимости в воде

Этот признак является одним из наиболее важных, так как определяет многие химические свойства оснований. По этому признаку основания делят на две большие группы:

• Растворимые в воде (щёлочи): это гидроксиды щелочных металлов (Li, Na, K, Rb, Cs) и некоторых щелочноземельных металлов (Ca, Sr, Ba). Они являются сильными электролитами. Примеры: гидроксид натрия ($NaOH$), гидроксид калия ($KOH$), гидроксид бария ($Ba(OH)_2$).
• Нерастворимые в воде: это гидроксиды большинства других металлов, включая амфотерные гидроксиды. Они являются слабыми электролитами. Примеры: гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$), гидроксид железа(III) ($Fe(OH)_3$), гидроксид алюминия ($Al(OH)_3$).

Растворимость можно определить по таблице растворимости солей, кислот и оснований в воде.

Ответ: По растворимости в воде основания делят на растворимые (щёлочи) и нерастворимые.

По силе (степени электролитической диссоциации)

Сила основания определяется его способностью диссоциировать в водном растворе с образованием гидроксид-ионов ($OH^-$).

• Сильные основания: практически полностью диссоциируют в водных растворах. К ним относятся щёлочи — гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Например, диссоциация гидроксида натрия: $NaOH \rightarrow Na^+ + OH^-$.
• Слабые основания: диссоциируют в незначительной степени. К ним относятся все нерастворимые основания и гидрат аммиака ($NH_3 \cdot H_2O$, также известный как гидроксид аммония $NH_4OH$). Диссоциация слабых оснований является обратимым процессом: $Cu(OH)_2 \rightleftharpoons CuOH^+ + OH^- \rightleftharpoons Cu^{2+} + 2OH^-$.

Ответ: По силе основания классифицируют на сильные (полностью диссоциирующие щёлочи) и слабые (частично диссоциирующие нерастворимые основания и гидрат аммиака).

По кислотности (количеству гидроксогрупп)

Кислотность основания определяется числом гидроксогрупп в его молекуле, которые могут быть замещены на кислотные остатки в реакциях с кислотами.

• Однокислотные: содержат одну гидроксогруппу ($OH^-$). Примеры: $NaOH$, $KOH$, $LiOH$.
• Двухкислотные: содержат две гидроксогруппы. Примеры: $Ca(OH)_2$, $Fe(OH)_2$, $Mg(OH)_2$.
• Трехкислотные: содержат три гидроксогруппы. Примеры: $Al(OH)_3$, $Fe(OH)_3$.

Основания с большим числом гидроксогрупп называют многокислотными.

Ответ: По кислотности основания делят на однокислотные, двухкислотные, трехкислотные и так далее, в зависимости от числа гидроксогрупп в молекуле.

По химическим свойствам

По способности проявлять основные и/или кислотные свойства гидроксиды делят на основные и амфотерные.

• Основные гидроксиды: проявляют только основные свойства, то есть реагируют с кислотами. Это гидроксиды металлов с ярко выраженными металлическими свойствами (например, $NaOH$, $Ca(OH)_2$).
• Амфотерные гидроксиды: проявляют двойственные свойства, то есть могут реагировать и с кислотами (проявляя основные свойства), и с щелочами (проявляя кислотные свойства). К ним относятся гидроксиды металлов, находящихся в периодической системе на границе между металлами и неметаллами. Примеры: $Al(OH)_3$, $Zn(OH)_2$, $Be(OH)_2$, $Cr(OH)_3$.
  Реакция с кислотой: $Al(OH)_3 + 3HCl \rightarrow AlCl_3 + 3H_2O$.
  Реакция со щелочью: $Al(OH)_3 + NaOH \rightarrow Na[Al(OH)_4]$ (тетрагидроксоалюминат натрия).

Ответ: По химическим свойствам гидроксиды можно разделить на основные, проявляющие только основные свойства, и амфотерные, проявляющие и основные, и кислотные свойства.

Назовите общие и характерные свойства оснований.

Основания — это сложные вещества, состоящие из катионов металла (или иона аммония $NH_4^+$) и одного или нескольких гидроксид-анионов ($OH^-$). Свойства оснований можно разделить на общие (присущие всем или большинству) и характерные (зависящие от конкретного типа основания).

Общие свойства оснований

Эти свойства проявляют все или почти все основания, и они обусловлены, прежде всего, наличием гидроксогрупп $OH^-$.

1. Взаимодействие с кислотами. Это универсальное свойство всех оснований. В результате реакции нейтрализации образуется соль и вода.

   Пример для щёлочи: $2KOH + H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$

   Пример для нерастворимого основания: $Fe(OH)_2 + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + 2H_2O$

2. Действие на индикаторы. Это свойство ярко выражено у растворимых оснований (щелочей), которые создают в растворе щелочную среду за счёт диссоциации с образованием ионов $OH^-$. Нерастворимые основания на индикаторы практически не влияют.

   • Лакмус изменяет цвет на синий.
   • Фенолфталеин становится малиновым.
   • Метилоранж становится жёлтым.

Ответ: Общим свойством всех оснований является их способность реагировать с кислотами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации). Для растворимых оснований (щелочей) общим свойством также является способность изменять окраску индикаторов.

Характерные свойства оснований

Эти (специфические) свойства присущи не всем основаниям, а отдельным их группам, и зависят от растворимости, термической стабильности и химической природы металла.

1. Растворимость в воде. По этому свойству основания делятся на две большие группы:

   • Растворимые (щёлочи): гидроксиды щелочных металлов (например, $NaOH$, $KOH$) и некоторых щелочноземельных металлов ($Ca(OH)_2$, $Ba(OH)_2$). Являются сильными электролитами.
   • Нерастворимые: гидроксиды большинства других металлов (например, $Cu(OH)_2$, $Fe(OH)_3$, $Al(OH)_3$). Являются слабыми электролитами.

2. Отношение к нагреванию (термическая устойчивость).

   • Нерастворимые основания при нагревании разлагаются на соответствующий оксид металла и воду.
     Пример: $Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CuO + H_2O$
   • Щёлочи в большинстве своём термоустойчивы и при нагревании плавятся без разложения (исключение составляет гидроксид лития $LiOH$).

3. Взаимодействие с кислотными оксидами. Это свойство характерно для щелочей. В результате реакции образуются соль и вода.
   Пример: $Ba(OH)_2 + SO_3 \rightarrow BaSO_4 + H_2O$

4. Взаимодействие с растворами солей. Щёлочи реагируют с солями, если в результате обмена образуется осадок или выделяется газ.
   Пример: $2NaOH + CuSO_4 \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$

5. Амфотерность. Некоторые гидроксиды (например, $Al(OH)_3$, $Zn(OH)_2$, $Be(OH)_2$) проявляют двойственные свойства, то есть могут реагировать как с кислотами, так и со щелочами.

   Как основание (с кислотой): $Zn(OH)_2 + 2HNO_3 \rightarrow Zn(NO_3)_2 + 2H_2O$

   Как кислота (со щёлочью): $Zn(OH)_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]$ (тетрагидроксоцинкат натрия)

Ответ: Характерные свойства оснований включают их деление на растворимые (щёлочи) и нерастворимые; различное поведение при нагревании (разлагаются или плавятся); способность щелочей реагировать с кислотными оксидами и солями; проявление амфотерных свойств некоторыми гидроксидами.

Какие реакции называют реакциями нейтрализации? Приведите примеры реакций нейтрализации.

Реакции нейтрализации — это реакции ионного обмена, которые протекают между кислотой и основанием. В результате такой реакции образуются соль и вода.

Суть процесса нейтрализации заключается во взаимном уничтожении кислотных свойств, обусловленных ионами водорода $H^+$ (или ионами гидроксония $H_3O^+$), и основных свойств, обусловленных гидроксид-ионами $OH^-$. Эти ионы соединяются, образуя слабо диссоциирующее соединение — воду.

Сокращенное ионное уравнение реакции нейтрализации между любой сильной кислотой и любым сильным основанием выглядит следующим образом:
$H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$

Примеры реакций нейтрализации:

1. Взаимодействие сильной кислоты (соляной кислоты) и сильного основания (гидроксида натрия):
$HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$

2. Взаимодействие сильной кислоты (серной кислоты) и сильного основания (гидроксида калия):
$H_2SO_4 + 2KOH \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$

3. Взаимодействие слабой кислоты (уксусной кислоты) и сильного основания (гидроксида натрия):
$CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$

4. Взаимодействие сильной кислоты (азотной кислоты) и нерастворимого основания (гидроксида меди(II)):
$2HNO_3 + Cu(OH)_2 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2H_2O$

Ответ: Реакциями нейтрализации называют реакции взаимодействия кислоты с основанием, в результате которых образуются соль и вода. Примеры: $HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$; $H_2SO_4 + 2KOH \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$.