Основания — это сложные вещества, в состав которых входит катион металла (или NH4+) и гидроксид ион (-ОН). При диссоциации в водных растворах в качестве аниона образуют только ионы ОН–.
Классификация
Основания с одной группой ОН – однокислотные (например, NaOH), с двумя – двухкислотные (Ca(OH)2) и с тремя – трехкислотные (Ni(OH)3).
Получение оснований
1. Взаимодействие основных оксидов с водой
При этом с водой реагируют в обычных условиях только те оксиды, которым соответствует растворимое или малорастворимое основание.
Например, оксид натрия в воде образует гидроксид натрия (едкий натр):
Na2O + H2O → 2NaOH
При этом оксид меди (II) с водой не реагирует:
CuO + H2O ≠
2. Взаимодействие металлов с водой
С водой реагируют в обычных условиях щелочные и щелочноземельные металлы. При этом протекает бурная окислительно-восстановительная реакция с образованием щелочи.
2K + 2H2O → 2KOH + H2
Если использовать металлы средней активности, то при взаимодействии с водой образуются не основания, а оксиды.
3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2
Исключение в данном случае составляет марганец. Он так же является металлом средней активности, но при взаимодействии с водой образует гидроксид.
Mn + 2H2O → Mn(OH)2 + H2
3. Электролиз растворов некоторых солей щелочных металлов
В ходе электролиза солей металлов, стоящих в ряду напряжения до алюминия, на катоде происходит восстановление воды с выделением газообразного водорода и гидроксид-ионов. Катионы металла, образованные в ходе диссоциации соли, образуют с полученными гидроксид-ионами основания. Данный метод используется преимущественно в промышленности.
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2↑ + Cl2↑
4. Образование оснований при взаимодействии других щелочей с солями
При этом взаимодействуют только растворимые вещества, а в продуктах должна образоваться нерастворимая соль, либо нерастворимое основание:
K2CO3 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + 2KOH
KHCO3 + Ca(OH)2 → CaCO3 + KOH + H2O
CuCl2 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + 2NaCl
Химические свойства нерастворимых оснований
1. Взаимодействие с сильными кислотами и их оксидами с образованием соли и воды
Cu(OH)2 + 2HCl = CuCl2 + 2H2O
При этом гидроксид меди (II) не взаимодействует с кислотным оксидом слабой угольной кислоты – углекислым газом:
Cu(OH)2 + CO2 ≠
2. Нерастворимые основания разлагаются при нагревании на оксид и воду
2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O
3. Нерастворимые основания не взаимодействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами
4. Окисление низших неустойчивых оснований
Восстановителями в данном случае являются основания, образованные металлами с минимальной или промежуточной степенью окисления.
4Fe+2(OH)2 + O20 + 2H2O → 4Fe+3(O-2H)3
Химические свойства щелочей
1. Отношение к индикаторам
Щелочи способны изменять окраску индикаторов:
Лакмус (фиол.) — синий
Фенолфталеин (б/ц) — малиновый
Метиловый оранжевый (оранж.) — желтый
2. Взаимодействие с кислотами с образованием средней соли и воды (реакция нейтрализации)
Возможно и образование кислой соли, если кислота многоосновная, при определенном соотношении реагентов, либо в избытке кислоты.
Например, гидроксид натрия при взаимодействии с трехосновной фосфорной кислотой может образовывать 3 типа солей: дигидрофосфаты, фосфаты или гидрофосфаты.
Если кислота находится в избытке или мольное соотношение реагентов 1:1, то образуется дигидрофосфат:
NaOH + H3PO4 → NaH2PO4 + H2O
При мольном соотношении веществ 2:1 образуются гидрофосфаты:
2NaOH + H3PO4 → Na2HPO4 + 2H2O
Если щелочь находится в избытке или соотношение реагентов 3:1, то образуется фосфат:
3NaOH + H3PO4 → Na3PO4 + 3H2O
3. Взаимодействие с амфотерными оксидами и гидроксидами
Если реакция протекает в расплаве, образуются средние соли, а если в растворе — комплексные.
NaOH + Al(OH)3 (расплав) = NaAlO2 + 2H2O
NaOH + Al(OH)3 (раствор) = Na[Al(OH)4]
4. Взаимодействие с кислотными оксидами
В избытке щелочи образуется средняя соль, а в избытке кислотного оксида — кислая.
2NaOH (изб.) + CO2 = Na2CO3 + H2O
2NaOH + CO2 (изб.) = NaHCO3
5. Взаимодействие с солями
Такие реакции ионного обмена протекают в том случае, если соль растворима и наблюдается видимый признак реакции (газ, осадок).
CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + Na2SO4
При взаимодействии с щелочами соли амфотерных металлов, находящиеся в избытке, образуют амфотерные гидроксиды.
Если же в избытке щелочь, то образовавшийся гидроксид способен вступать с ней в реакцию с образованием комплексного соединения:
ZnSO4 (изб.) + 2KOH = Zn(OH)2↓ + K2SO4
ZnSO4 + 4KOH (изб.) = K2[Zn(OH)4] + K2SO4
6. Взаимодействие с кислыми солями
Возможно образование средних или менее кислых солей.
KHSO3 + KOH = K2SO3 + H2O
Ca(OH)2(изб.) + NaHCO3 → CaCO3 + NaOH + H2O
Ca(OH)2 + 2NaHCO3(изб.) → CaCO3 + Na2CO3 + 2H2O
7. Взаимодействие с металлами в растворе или расплаве
Если окислительно-восстановительная реакция проводится в растворе, то будет образовываться комплексная соль и водород, если в расплаве — средняя соль и водород.
При этом в растворе с щелочами реагируют только те металлы, у которых оксид с минимальной степенью окисления металла амфотерный.
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2
8. Взаимодействие с неметаллами
Щелочи взаимодействуют с большинством неметаллов, за исключением кислорода, водорода, азота, углерода и инертных газов.
В случае других неметаллов преобладают реакции диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления):
2NaOH +Cl20 = NaCl— + NaCl+O + H2O (на холоде)
6NaOH +3Cl20 = 5NaCl— + NaCl+5O3 + 3H2O (при нагревании)
2NaOH + Si0 + H2+O= Na2Si+4O3 + 2H20
3I20 + 6NaOH → 5NaI— + NaI+5O3 + 3H2O
4P0 + 3NaOH +3H2O → 3NaH2P+1O2 + PH3-3
3S0 + 6NaOH → 2Na2S-2 + Na2S+4O3 + 3H2O
9. При нагревании щелочи не разлагаются
Исключение — гидроксид лития:
2LiOH = Li2O + H2O
Применение оснований
Гидроксид натрия
Тривиальные названия — едкий натр, каустическая сода.
Используется во многих отраслях промышленности, например, при производстве целлюлозы, моющих средств, биодизельного топлива, а также в нефтепереработке.
Гидроксид калия
Тривиальное название — едкое кали.
Используется в производстве моющих средств как сырье для получения различных соединений калия, а также в качестве электролита в гальванических элементах.
Гидроксид кальция
Тривиальное название — гашеная известь, пушонка.
Гашеную известь с древних времен использовали в строительстве для приготовления скрепляющей смеси (известкового раствора). Известковое молоко применяют в производстве сахара, а также в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями.
Гидроксид магния
Используется в промышленности в качестве наполнителя при производстве пластмасс, в медицине — как средство для уменьшения кислотности желудочного сока.
После прочтения данной темы, вы можете пройти тест по ссылке и закрепить пройденный материал.
Также, перейдя по ссылке ниже, можно скачать инфографику с химическими свойствами оснований.
