ChemNet
 

С. Т. Жуков Химия 8-9 класс

Глава 12.Химические реакции в растворах (3)

12.8. Кислотно-основные реакции оснований
а) Кислотно-основные реакции гидроксид-ионов

Изучение кислотно-основных реакций мы начнем с реакций гидроксид-иона. Гидроксид-ион является сильным основанием и в значительных количествах присутствует в растворах щелочей.

Реакция гидроксид-иона с ионом оксония разобрана в § 12.5.
Реакции гидроксид-иона с молекулами слабых кислот разобраны в § 12.6.

Кроме этого, в качестве слабых кислот могут выступать и катионные кислоты, следовательно, они тоже будут реагировать с гидроксид-ионами, например:

Image1010.gif (1537 bytes)

или

[Zn(H2O)4]2 + OHMINUS.GIF (61 bytes) Image11.gif (61 bytes) [Zn(H2O)3(OH)] + H2O.

Эта реакция обратима, но равновесие почти полностью смещено в сторону продуктов реакции. Ион моногидроксотриаквацинка - типичный амфолит. Он может реагировать как с ионом оксония, так и с избытком гидроксидных ионов:
[Zn(H2O)3(OH)] + H3O Image11.gif (61 bytes) [Zn(H2O)4]2 + H2O
[Zn(H2O)3(OH)] + OH Image11.gif (61 bytes) [Zn(H2O)2(OH)2] DARROW.GIF (62 bytes) + H2O.

В результате последней реакции образуются нейтральные частицы нерастворимого в воде дигидроксодиаквацинка, формулу которого можно записать и в другой форме Zn(OH)2·2H2O. При высушивании этого вещества оно теряет воду, превращаясь в гидроксид цинка Zn(OH)2. Таков механизм и других реакций, при которых образуются нерастворимые в воде гидроксиды.

Реакции гидроксид-иона с молекулами кислотных оксидов. Эти реакции лишь отчасти относятся к кислотно-основным реакциям. Рассмотрим пример: реакцию гидроксид-иона с молекулой диоксида углерода. На первой стадии этой реакции образуется гидрокарбонат-ион:

Image1011.gif (615 bytes)

Эта реакция не является кислотно-основной. Но вторая стадия - кислотно-основная реакция:

Image1012.gif (819 bytes)

За счет избытка щелочи равновесие этой реакции обычно сдвинуто в сторону карбонатного иона.
Суммарное уравнение реакции:

2OH + CO2 = H2O + CO3.

б) Кислотно-основные реакции слабых оснований

По своей сущности, эти реакции ничем не отличаются от реакций гидроксидного иона. Однако равновесия в этих реакциях часто бывают сдвинуты в сторону исходных веществ.

Реакции слабых оснований с ионом оксония разобрана в § 12.6.
Реакции слабых оснований с молекулами слабых кислот. Как уже отмечалось (см. § 12.6), эти реакции обратимы и, в соответствии с общим правилом, протекают только в том случае, когда образуются еще более слабые кислота и основание. Примеры:

1) равновесие реакции

NH3 + HSO4 Image11.gif (61 bytes) NH4 + SO42

сдвинуто вправо, так как с одной стороны, KО(NH3) = 2·10-5, а KК(HSO4 ) = 1·10-2, а с другой стороны KK(NH4) = 6·10-10, а KO(SO42 ) = 1·10-12;
2) равновесие реакции  NH3 + HPO42 Image11.gif (61 bytes) NH4 + PO43   сдвинуто влево, так как с одной стороны, KО(NH3) = 2·10-5, а KК(HPO42 ) = 5·10-13, а с другой стороны KK(NH4) = 6·10-10, а KO(PO43 ) = 2·10-2.

Image228b.gif (137 bytes) 1.С какими из перечисленных частиц в водном растворе могут реагировать гидроксид-ионы: H3O, O2, Fe2aq, Cl2, Ne, HCO3, P4O10, Ba2 aq, Cu2 aq, SO42 , HNO2, H2PO4? Составьте ионные уравнения протекающих реакций. Предложите возможные молекулярные уравнения.
2.С какими из следующих частиц: H3O, HCO3, Al3aq, H3PO4, SO42 - будут реагировать
а) молекулы аммиака, б) карбонат-ионы? Составьте ионные и предложите молекулярные уравнения возможных реакций.
3.Как меняется тип гибридизации атома углерода при реакции диоксида углерода со щелочью?

12.9. Кислотно-основные реакции амфолитов

С поведением частиц-амфолитов в водных растворах вы уже знакомы. С этими частицами вы сталкивались в §§ 12.4 - 12.8. Подведем некоторые итоги.
По заряду частицы-амфолиты можно разделить на три группы: анионы, молекулы и катионы. Примеры частиц, являющихся амфолитами в водном растворе, приведены в таблице 33.

Таблица 33. Частицы, являющиеся амфолитами в водном растворе

Анионы

Молекулы

Катионы

HCO3 HPO42H2PO4HS
HSO3

[Al(H2O)2(OH)4] [Al(H2O)(OH)5]2[Be(H2O)(OH)3] [Cu(H2O)(OH)3][Zn(H2O)(OH)3]

H2O

[Al(H2O)5(OH)]2[Al(H2O)4(OH)2][Be(H2O)3(OH)][Cu(H2O)3(OH)][Fe(H2O)3(OH)][Fe(H2O)3(OH)]2

[Fe(H2O)3(OH)2] [Mg(H2O)3(OH)][Mn(H2O)3(OH)][Ni(H2O)3(OH)][Pb(H2O)3(OH)][Zn(H2O)3(OH)]

Как видно из этой таблицы, анионы-амфолиты делятся на две группы: анионы многоосновных кислот и аквагидроксоанионы элементов, образующих металлы. В водных растворах незаряженными частицами-амфолитами являются только молекулы воды.

Важнейшие свойства частиц-амфолитов:
а) реакции с ионом оксония;
б) реакции с гидроксид-ионом;
в) реакции с водой.
Рассмотрим эти свойства на примерах.
Пример 1. Свойства гидрофосфат-иона HPO4  :
а) HPO42  + H3O Image11.gif (61 bytes) H2PO4 + H2O (равновесие смещено вправо);
б) HPO42   + OH Image11.gif (61 bytes) PO43 + H2O (равновесие смещено вправо);
в) HPO42   + H2O Image11.gif (61 bytes) H2PO4    + OH (равновесие смещено влево);
HPO42 + H2O Image11.gif (61 bytes) PO43 + H3O (равновесие смещено влево).

Пример 2. Свойства акватригидроксоцинкат-иона [Zn(H2O)(OH)3] :
а) [Zn(H2O)(OH)3] + H3O Image11.gif (61 bytes) [Zn(H2O)2(OH)2] + H2O (равновесие смещено вправо);
б) [Zn(H2O)(OH)3] + OH Image11.gif (61 bytes) [Zn(OH)4]2 + H2O (равновесие смещено вправо);
в) [Zn(H2O)(OH)3] + H2O Image11.gif (61 bytes) [Zn(H2O)2(OH)2] DARROW.GIF (62 bytes)+ OH (равновесие смещено влево);
[Zn(H2O)(OH)3] + H2O Image11.gif (61 bytes) [Zn(OH)4]2 + H3O (равновесие смещено влево).

Пример 3. Свойства иона триаквагидроксоцинка [Zn(H2O)3(OH)] :
а) [Zn(H2O)3(OH)] + H3O Image11.gif (61 bytes) [Zn(H2O)4]2 + H2O (равновесие смещено вправо);
б) [Zn(H2O)3(OH)] + OH Image11.gif (61 bytes) [Zn(H2O)2(OH)2]DARROW.GIF (62 bytes) + H2O (равновесие смещено вправо);
в) [Zn(H2O)3(OH)] + H2O Image11.gif (61 bytes) [Zn(H2O)4]2 + OH (равновесие смещено влево);
[Zn(H2O)3(OH)] + H2O Image11.gif (61 bytes) [Zn(H2O)2(OH)2]DARROW.GIF (62 bytes) + H3O (равновесие смещено влево).

Из-за громоздкости этих химических уравнений их часто записывают упрощенно, опуская в формулах и уравнениях молекулы воды, например уравнение

[Zn(H2O)3(OH)] + OH Image11.gif (61 bytes) [Zn(H2O)2(OH)2] DARROW.GIF (62 bytes)+ H2O

записывают так:  ZnOHaq + OH aq Image11.gif (61 bytes) Zn(OH)2aq,

Иногда не пишут и индексы гидратирования: ZnOH + OH Image11.gif (61 bytes) Zn(OH)2.
Пользуясь такими упрощенными уравнениями, необходимо понимать и помнить их истинный смысл.

Image228b.gif (137 bytes) 1.Для примеров 2 и 3 из текста параграфа составьте упрощенные ионные уравнения и предложите молекулярные уравнения реакций.
2.Определите, свойства кислоты или свойства основания в большей степени характерны для амфолита а) HCO3   , б) H2PO4 , в) HPO42
3.Приведите примеры реакций, подтверждающих то, что молекула воды является амфолитом.
Image228.gif (138 bytes) получение веществ, содержащих частицы-амфолиты, и изучение их кислотно-основных свойств.

12.10. Гидролиз

В буквальном переводе слово " гидролиз" означает " разложение водой " .

Реакция гидролиза (гидролиз) - обменное взаимодействие вещества с водой.

Реакции гидролиза делятся на две группы. К первой группе относятся необратимые реакции обмена с участием воды (необратимый гидролиз), например:
NCl3 + 3H2O = NH3UARROW.GIF (63 bytes) + 3HClO;
PCl5 + 4H2O = H3PO4 + 5HCl;
NaH + H2O = NaOH + H2UARROW.GIF (63 bytes).
Ко второй группе реакций гидролиза относятся обратимые кислотно-основные реакции, только формально (по виду " молекулярного" уравнения) относящиеся к обменным реакциям с водой (обратимый гидролиз).
Примеры:
KNO2 + H2O Image11.gif (61 bytes) KOH + HNO2;
ZnCl2 + H2O Image11.gif (61 bytes) (ZnOH)Cl + HCl.

Эти реакции являются кислотно-основным реакциями. Рассмотрим их более подробно.
При растворении нитрита калия в воде происходит его распад на ионы:

KNO2(кр) = Kaq + NO2aq.

Гидратированные ионы калия далее с водой взаимодействовать неспособны. А нитрит-ионы представляют собой слабые частицы-основания и обратимо реагируют с водой:

NO2 + H2O Image11.gif (61 bytes) HNO2 + OH.

Этот частный случай кислотно-основных реакций и называют реакциями обратимого гидролиза (" гидролиз по аниону" ).
Экспериментально гидролиз в этом случае можно обнаружить по появлению избытка гидроксид-ионов, которые будут изменять окраску индикаторов.
В случае растворения в воде хлорида цинка сначала тоже происходит распад на ионы:

ZnCl2 = Zn2aq+ 2Claq.

Вспомним, что Zn2 aq на самом деле - [Zn(H2O)4]2. Это слабая катионная кислота, которая обратимо реагирует с водой: [Zn(H2O)4]2 + H2O Image11.gif (61 bytes) [Zn(H2O)3(OH)] + H3O.
Или упрощенно:

Zn2aq + 2H2O Image11.gif (61 bytes) ZnOHaq + H3O .

Этот случай кислотно-основных реакций также относят к реакциям гидролиза и называют " гидролизом по катиону " .
Как и в предыдущем случае, в этом случае наличие гидролиза может быть экспериментально установлено с помощью индикатора.
Так как анионы слабых кислот являются частицами-основаниями, а катионы слабых оснований - частицами-кислотами, то можно сформулировать следующие правила:
обратимому гидролизу " по катиону" подвергаются соли слабых оснований;
обратимому гидролизу " по аниону" подвергаются соли слабых кислот.

Соль слабой кислоты и слабого основания подвергается гидролизу и  " по катиону" и " по аниону" , что иногда приводит к образованию нерастворимых основных солей, или вообще полному разложению соли, например:

Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 DARROW.GIF (62 bytes) + 3H2SUARROW.GIF (63 bytes) .

Количественно равновесие гидролиза характеризуется константой гидролиза (Kh), равной произведению константы соответствующего равновесия на концентрацию воды.
Для гидролиза " по аниону" :

A + H2O Image11.gif (61 bytes) HA + OH

Image1013.gif (1475 bytes)

Для гидролиза " по катиону" :

Me2 + 2H2O Image11.gif (61 bytes) MeOH + H3O

Image1014.gif (1860 bytes)

В этом случае константа гидролиза равна константе кислотности катионной кислоты.

Image228a.gif (141 bytes) ГИДРОЛИЗ, НЕОБРАТИМЫЙ ГИДРОЛИЗ, ОБРАТИМЫЙ ГИДРОЛИЗ, "ГИДРОЛИЗ ПО АНИОНУ", "ГИДРОЛИЗ ПО КАТИОНУ", КОНСТАНТА ГИДРОЛИЗА
Image228b.gif (137 bytes) 1.Составьте ионные уравнения реакций необратимого гидролизы, приведенных в начале параграфа.
2.Следующие вещества гидролизуются водой необратимо: NF3, SF6, Al2C3, CaC2, Cr2S3, Li3N, CaH2. Составьте ионные и молекулярные уравнения этих реакций.
3.Какие из следующих солей подвергаются гидролизу: NaNO2, NH4Cl, NaCl, NH4NO2?
4.Составьте ионные и молекулярные уравнения. Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза следующих солей: MgSO4, Na2CO3, Al2(SO4)3, Na3PO4, Na2HPO4, (NH4)2SO4.
5.В растворе дигидрофосфата натрия среда кислотная. Подвергается ли дигидрофосфат-ион гидролизу?

Image228.gif (138 bytes) Обратимый гидролиз.

12.11. Электролиты.

Для краткой характеристики поведения различных веществ в воде и других растворителях в химии используют представление об электролитах.

Электролит (в химии) - химическое вещество, при растворении которого в растворе появляются ионы

.При этом в раствор могут перейти уже существующие ионы, как это происходит при растворении ионных соединений (солей или оснований), или ионы могут образоваться в результате взаимодействия с водой молекул растворяемого вещества (например, кислоты). И в том, и в другом случае раствор электролита образуется в результате химического растворения.
Если при растворении вещества в растворе никакие ионы дополнительно не появляются, то такое вещество называют неэлектролитом. Растворы неэлектролитов образуются в результате физического растворения.
Если вещество вступает с водой в химическую реакцию, то говорить о том, электролит оно, или нет, бессмысленно.
Растворы электролитов проводят электрический ток.
Электролиты делят на сильные и слабые.

Сильный электролит - электролит, ионизирующийся в растворе необратимо.
Слабый электролит - электролит, ионизирующийся в растворе обратимо.

Примеры:
сахар - неэлектролит, NaCl - сильный электролит, HNO2 - слабый электролит, HCl - сильный электролит, Al2(SO4)3 - сильный электролит, NaOH - сильный электролит, этанол - неэлектролит, NH3 - слабый электролит.|
Малорастворимые ионные соединения типа BaSO4 или AgCl также относят к сильным электролитам, так как ничтожная часть таких веществ, переходящая в раствор, ионизирована необратимо.В технике используется несколько иное определение электролита:

Электролит (в технике) - химическое вещество (индивидуальное вещество или раствор, но не металл), которое проводит электрический ток.

В этом случае раствор серной кислоты можно назвать электролитом, а углекислый газ или кристаллическую поваренную соль - неэлектролитом.
Сильным или слабым электролитом в технике называют вещество (или раствор) в зависимости от того, хорошо или плохо проводит оно электрический ток.

Image228a.gif (141 bytes) ЭЛЕКТРОЛИТ (в химии), ЭЛЕКТРОЛИТ (в технике), СИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ, СЛАБЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ, НЕЭЛЕКТРОЛИТ
Image228b.gif (137 bytes) Разделите приведенные ниже вещества на неэлектролиты, слабые электролиты и сильные электролиты:
а) Ba(OH)2, N2, CuSO4·5H2O, HNO3, HNO2, O2, Na3PO4;
б) S8, MnSO4, NaOH, NH3, H2SO4, H2SO3, H2, Cu;
в) HCl, HF, NaH2PO4, Al2O3, Ca(OH)2, CO2, Li2O, Cl2.




Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается  копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору