Основи (хидроксиди)– сложни вещества, чиито молекули съдържат една или повече хидрокси ОН групи. Най-често базите се състоят от метален атом и ОН група. Например NaOH е натриев хидроксид, Ca(OH) 2 е калциев хидроксид и т.н.
Има основа - амониев хидроксид, в който хидрокси групата е прикрепена не към метала, а към NH4 + йона (амониев катион). Амониевият хидроксид се образува, когато амонякът се разтвори във вода (реакцията на добавяне на вода към амоняка):
NH3 + H2O = NH4OH (амониев хидроксид).
Валентността на хидроксилната група е 1. Броят на хидроксилните групи в основната молекула зависи от валентността на метала и е равен на нея. Например NaOH, LiOH, Al (OH) 3, Ca (OH) 2, Fe (OH) 3 и др.
Всички причини -твърди вещества, които имат различни цветове. Някои основи са силно разтворими във вода (NaOH, KOH и др.). Повечето от тях обаче не са разтворими във вода.
Разтворимите във вода основи се наричат алкали.Алкалните разтвори са „сапунени“, хлъзгави на допир и доста разяждащи. Алкалите включват хидроксиди на алкални и алкалоземни метали (KOH, LiOH, RbOH, NaOH, CsOH, Ca (OH) 2, Sr (OH) 2, Ba (OH) 2 и др.). Останалите са неразтворими.
Неразтворими основи- това са амфотерни хидроксиди, които действат като основи при взаимодействие с киселини и се държат като киселини с алкали.
Различните бази имат различни способности да отстраняват хидрокси групите, така че те се разделят на силни и слаби основи.
Силните основи във водни разтвори лесно се отказват от своите хидрокси групи, но слабите основи не го правят.
Химични свойства на основите
Химичните свойства на основите се характеризират с връзката им с киселини, киселинни анхидриди и соли.
1. Действайте по индикатори. Индикаторите променят цвета си в зависимост от взаимодействието с различни химикали. В неутралните разтвори те имат един цвят, в киселинните разтвори имат друг цвят. Когато взаимодействат с основи, те променят цвета си: индикаторът на метилоранж става жълт, индикаторът на лакмус става син, а фенолфталеинът става фуксия.
2. Взаимодействат с киселинни оксиди собразуване на сол и вода:
2NaOH + SiO 2 → Na 2 SiO 3 + H 2 O.
3. Реагират с киселини,образувайки сол и вода. Реакцията на основа с киселина се нарича реакция на неутрализация, тъй като след нейното завършване средата става неутрална:
2KOH + H 2 SO 4 → K 2 SO 4 + 2H 2 O.
4. Реагира със солиобразуване на нова сол и основа:
2NaOH + CuSO 4 → Cu(OH) 2 + Na 2 SO 4.
5. При нагряване те могат да се разложат на вода и основния оксид:
Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O.
Все още имате въпроси? Искате ли да научите повече за фон дьо тените?
За да получите помощ от преподавател, регистрирайте се.
Първият урок е безплатен!
уебсайт, при пълно или частично копиране на материал се изисква връзка към източника.
След като прочетете статията, ще можете да разделяте веществата на соли, киселини и основи. Статията описва какво е pH на разтвора и какви общи свойства имат киселините и основите.
С прости думи, киселина е всичко с Н, а основа е всичко с ОН. НО! Не винаги. За да различите киселина от основа, трябва да ги... запомните! Разкайвам се. За да направят живота поне по някакъв начин по-лесен, трима от нашите приятели, Арениус, Брьонстед и Лоури, излязоха с две теории, наречени на тяхно име.
Подобно на металите и неметалите, киселините и основите са разделение на вещества въз основа на подобни свойства. Първата теория за киселините и основите принадлежи на шведския учен Арениус. Според Арениус киселината е клас вещества, които при реакция с вода се дисоциират (разпадат), образувайки водороден катион Н +. Базите на Арениус във воден разтвор образуват ОН - аниони. Следващата теория е предложена през 1923 г. от учените Бронстед и Лоури. Теорията на Brønsted-Lowry дефинира киселините като вещества, способни да отдадат протон в реакция (водороден катион се нарича протон в реакции). Базите, съответно, са вещества, които могат да приемат протон в реакция. Актуалната в момента теория е теорията на Луис. Теорията на Луис дефинира киселините като молекули или йони, способни да приемат електронни двойки, като по този начин образуват адукти на Луис (адуктът е съединение, образувано чрез комбиниране на два реагента без образуване на странични продукти).
В неорганичната химия, като правило, киселина означава киселина на Bronsted-Lowry, тоест вещества, способни да дарят протон. Ако имат предвид определението за киселина на Люис, тогава в текста такава киселина се нарича киселина на Люис. Тези правила се отнасят за киселини и основи.
Дисоциация
Дисоциацията е процес на разлагане на вещество на йони в разтвори или стопилки. Например, дисоциацията на солна киселина е разлагането на HCl на H + и Cl -.
Свойства на киселини и основи
Основите са склонни да се чувстват сапунени на допир, докато киселините обикновено имат кисел вкус.
Когато основата реагира с много катиони, се образува утайка. Когато киселината реагира с аниони, обикновено се отделя газ.
Често използвани киселини:
H 2 O, H 3 O +, CH 3 CO 2 H, H 2 SO 4, HSO 4 −, HCl, CH 3 OH, NH 3
Често използвани основи:
OH − , H 2 O , CH 3 CO 2 − , HSO 4 − , SO 4 2 − , Cl −
Силни и слаби киселини и основи
Силни киселини
Такива киселини, които напълно се дисоциират във вода, произвеждайки водородни катиони Н + и аниони. Пример за силна киселина е солната киселина HCl:
HCl (разтвор) + H 2 O (l) → H 3 O + (разтвор) + Cl - (разтвор)
Примери за силни киселини: HCl, HBr, HF, HNO 3, H 2 SO 4, HClO 4
Списък на силни киселини
- HCl - солна киселина
- HBr - бромоводород
- HI - йодоводород
- HNO 3 - азотна киселина
- HClO 4 - перхлорна киселина
- H 2 SO 4 - сярна киселина
Слаби киселини
Само частично разтворен във вода, например HF:
HF (разтвор) + H2O (l) → H3O + (разтвор) + F - (разтвор) - при такава реакция повече от 90% от киселината не се дисоциира:
= < 0,01M для вещества 0,1М
Силните и слабите киселини могат да бъдат разграничени чрез измерване на проводимостта на разтворите: проводимостта зависи от броя на йоните, колкото по-силна е киселината, толкова по-дисоциирана е, следователно, колкото по-силна е киселината, толкова по-висока е проводимостта.
Списък на слабите киселини
- HF флуороводород
- H 3 PO 4 фосфорна
- H 2 SO 3 сярна
- H 2 S сероводород
- H 2 CO 3 въглища
- H 2 SiO 3 силиций
Силни основания
Силните основи се дисоциират напълно във вода:
NaOH (разтвор) + H 2 O ↔ NH 4
Силните основи включват метални хидроксиди от първа (алкали, алкални метали) и втора (алкалотерени, алкалоземни метали) групи.
Списък на силни бази
- NaOH натриев хидроксид (сода каустик)
- KOH калиев хидроксид (каустик поташ)
- LiOH литиев хидроксид
- Ba(OH) 2 бариев хидроксид
- Ca(OH) 2 калциев хидроксид (гасена вар)
Слаби основи
При обратима реакция в присъствието на вода образува ОН - йони:
NH 3 (разтвор) + H 2 O ↔ NH + 4 (разтвор) + OH - (разтвор)
Повечето слаби основи са аниони:
F - (разтвор) + H 2 O ↔ HF (разтвор) + OH - (разтвор)
Списък на слабите бази
- Mg(OH) 2 магнезиев хидроксид
- Fe(OH) 2 железен(II) хидроксид
- Zn(OH) 2 цинков хидроксид
- NH4OH амониев хидроксид
- Fe(OH) 3 железен(III) хидроксид
Реакции на киселини и основи
Силна киселина и силна основа
Тази реакция се нарича неутрализация: когато количеството на реагентите е достатъчно, за да дисоциира напълно киселината и основата, полученият разтвор ще бъде неутрален.
Пример:
H 3 O + + OH - ↔ 2H 2 O
Слаба основа и слаба киселина
Общ тип реакция:
Слаба основа (разтвор) + H 2 O ↔ Слаба киселина (разтвор) + OH - (разтвор)
Силна основа и слаба киселина
Базата се дисоциира напълно, киселината се дисоциира частично, полученият разтвор има слаби свойства на основа:
HX (разтвор) + OH - (разтвор) ↔ H 2 O + X - (разтвор)
Силна киселина и слаба основа
Киселината се дисоциира напълно, основата не се дисоциира напълно:
Дисоциация на водата
Дисоциацията е разграждането на веществото на съставните му молекули. Свойствата на киселина или основа зависят от равновесието, което присъства във водата:
H 2 O + H 2 O ↔ H 3 O + (разтвор) + OH - (разтвор)
K c = / 2
Равновесната константа на водата при t=25°: K c = 1,83⋅10 -6, важи и следното равенство: = 10 -14, което се нарича константа на дисоциация на водата. За чиста вода = = 10 -7, следователно -lg = 7,0.
Тази стойност (-lg) се нарича pH - водороден потенциал. Ако pH< 7, то вещество имеет кислотные свойства, если pH >7, тогава веществото има основни свойства.
Методи за определяне на pH
Инструментален метод
Специално устройство, pH метър, е устройство, което трансформира концентрацията на протони в разтвор в електрически сигнал.
Индикатори
Вещество, което променя цвета си в определен диапазон на pH в зависимост от киселинността на разтвора; като използвате няколко индикатора, можете да постигнете доста точен резултат.
Сол
Солта е йонно съединение, образувано от катион, различен от H+, и анион, различен от O2-. В слаб воден разтвор солите напълно се дисоциират.
Да се определят киселинно-алкалните свойства на солевия разтвор, е необходимо да се определи кои йони присъстват в разтвора и да се вземат предвид техните свойства: неутралните йони, образувани от силни киселини и основи, не влияят на pH: те не отделят нито H +, нито OH - йони във водата. Например Cl -, NO - 3, SO 2- 4, Li +, Na +, K +.
Анионите, образувани от слаби киселини, проявяват алкални свойства (F -, CH 3 COO -, CO 2- 3); катиони с алкални свойства не съществуват.
Всички катиони, с изключение на металите от първа и втора група, имат киселинни свойства.
Буферен разтвор
Разтворите, които поддържат своето pH ниво, когато се добави малко количество силна киселина или силна основа, се състоят главно от:
- Смес от слаба киселина, съответната й сол и слаба основа
- Слаба основа, съответстваща сол и силна киселина
За да се приготви буферен разтвор с определена киселинност, е необходимо да се смеси слаба киселина или основа с подходяща сол, като се вземат предвид:
- pH диапазон, в който буферният разтвор ще бъде ефективен
- Капацитет на разтвора - количеството силна киселина или силна основа, което може да се добави, без да се повлияе на pH на разтвора
- Не трябва да има нежелани реакции, които биха могли да променят състава на разтвора
Тест:
12.4. Сила на киселини и основи
Посоката на изместване на киселинно-алкалното равновесие се определя от следното правило:
Киселинно-базовите равновесия са отклонени към по-слабата киселина и по-слабата основа.
Една киселина е толкова по-силна, колкото по-лесно отдава протон, а основата е толкова по-силна, колкото по-лесно приема протон и го задържа по-здраво. Молекула (или йон) на слаба киселина не е склонна да отдаде протон, а молекула (или йон) на слаба основа не е склонна да го приеме, това обяснява изместването на равновесието в тяхната посока. Силата на киселините, както и силата на основите, могат да се сравняват само в един и същ разтворител
Тъй като киселините могат да реагират с различни основи, съответните равновесия ще бъдат изместени в една или друга посока в различна степен. Следователно, за да сравним силата на различните киселини, ние определяме колко лесно тези киселини даряват протони на молекулите на разтворителя. Силата на основата се определя по същия начин.
Вече знаете, че молекулата на водата (разтворителя) може както да приеме, така и да отдаде протон, тоест проявява както свойствата на киселина, така и свойствата на основа. Следователно и киселините, и основите могат да се сравняват една с друга по сила във водни разтвори. В същия разтворител силата на киселината до голяма степен зависи от енергията на разкъсване на връзката A-H, а силата на основата зависи от енергията на образуваната B-H връзка.
За да характеризирате количествено силата на киселина във водни разтвори, можете да използвате константата на киселинно-алкалното равновесие на обратимата реакция на дадена киселина с вода:
HA + H 2 O A + H 3 O. 
За да характеризирате силата на киселина в разредени разтвори, в които концентрацията на вода е почти постоянна, използвайте киселинна константа:
,
Където К до(HA) = Kc·.
По напълно подобен начин, за да характеризирате количествено силата на основа, можете да използвате константата на киселинно-алкалното равновесие на обратимата реакция на дадена основа с вода:
A + H 2 O HA + OH, 
и в разредени разтвори - константа на основност
, Където К o (HA) = К° С ·.
На практика, за да се оцени силата на основа, се използва константата на киселинността на киселината, получена от дадена основа (т.нар. " конюгат"киселина), тъй като тези константи са свързани с проста връзка
K o (A) = ДА СЕ(H 2 O)/ К к(НА).
С други думи, Колкото по-слаба е спрегнатата киселина, толкова по-силна е основата. И обратно, колкото по-силна е киселината, толкова по-слаба е спрегнатата основа .
Константите на киселинност и основност обикновено се определят експериментално. Стойностите на константите на киселинността на различните киселини са дадени в Приложение 13, а стойностите на константите на основност на основите са дадени в Приложение 14.
За да се оцени каква част от молекулите на киселина или основа в състояние на равновесие е претърпяла реакция с вода, се използва стойност, подобна (и хомогенна) на молната фракция и се нарича степен на протолиза(). За киселина NA
.
Тук стойността с индекс “pr” (в числителя) характеризира реагиралата част от киселинните молекули NA, а стойността с индекс “out” (в знаменателя) характеризира първоначалната част от киселината.
Според уравнението на реакцията
n pr (HA) = н(H3O) = н(А) ° С pr(HA) = ° С(H3O) = ° С(A);
==а · Със ref(NA);
= (1 – а) · Съспрепратка (NA).
Като заместим тези изрази в уравнението на константата на киселинността, получаваме
По този начин, знаейки константата на киселинността и общата концентрация на киселината, е възможно да се определи степента на протолиза на тази киселина в даден разтвор. По същия начин, основната константа на основност може да бъде изразена чрез степента на протолиза, следователно в обща форма
Това уравнение е математически израз Закон за разреждане на Оствалд. Ако разтворите са разредени, т.е. първоначалната концентрация не надвишава 0,01 mol/l, тогава може да се използва приблизителното съотношение
К= 2 · ° Среф.
За груба оценка на степента на протолиза, това уравнение може да се използва и при концентрации до 0,1 mol/l.
Киселинно-алкалните реакции са обратими процеси, но не винаги. Нека разгледаме поведението на молекулите на хлороводорода и флуороводорода във вода:
Молекулата на хлороводорода предава протон на водна молекула и се превръща в хлориден йон. Следователно, във водата, хлороводородът се проявява свойства на киселина, а самата вода - свойства на основа. Същото се случва с молекулата на флуороводорода и следователно флуороводородът също проявява свойствата на киселина. Следователно, воден разтвор на хлороводород се нарича солна (или хлороводородна) киселина, а воден разтвор на флуороводород се нарича флуороводородна (или флуороводородна) киселина. Но има съществена разлика между тези киселини: солната киселина реагира с излишната вода необратимо (напълно), а флуороводородната киселина реагира обратимо и леко. Следователно молекулата на хлороводорода лесно отдава протон на водна молекула, но молекулата на флуороводород прави това трудно. Следователно солната киселина се класифицира като силни киселини, а флуоресцентни – до слаб.
Силни киселини: HCl, HBr, HI, HClO 4, HClO 3, H 2 SO 4, H 2 SeO 4, HNO 3 и някои други.
Сега нека насочим вниманието си към дясната страна на уравненията за реакциите на хлороводород и флуороводород с вода. Флуорният йон може да приеме протон (като го отстрани от оксониевия йон) и да се превърне в молекула на флуороводород, но хлоридният йон не може. Следователно флуоридният йон проявява свойствата на основа, докато хлоридният йон не проявява такива свойства (но само в разредени разтвори).
Като киселини има силенИ слаби основания.
Силните основни вещества включват всички силно разтворими йонни хидроксиди (наричани още " алкали"), тъй като когато се разтворят във вода, хидроксидните йони напълно преминават в разтвор.
Слабите основи включват NH3 ( К О= 1,74·10 –5) и някои други вещества. Те също така включват практически неразтворими хидроксиди на елементи, които образуват метали ("метални хидроксиди"), защото когато тези вещества взаимодействат с вода, само незначително количество хидроксидни йони преминават в разтвор.
Слаби основни частици (наричат се още " анионни основи"): F, NO 2, SO 3 2, S 2, CO 3 2, PO 4 3 и други аниони, образувани от слаби киселини.
Анионите Cl, Br, I, HSO 4, NO 3 и други аниони, образувани от силни киселини, нямат основни свойства
Катионите Li, Na, K, Ca 2, Ba 2 и други катиони, които са част от силни основи, нямат киселинни свойства.
В допълнение към киселинните и базичните частици има и частици, които проявяват както киселинни, така и основни свойства. Вече знаете такива свойства на водната молекула. Освен вода, това са хидросулфитен йон, хидросулфиден йон и други подобни йони. Например HSO 3 проявява свойствата на киселина
HSO 3 + H 2 O SO 3 + H 3 O и основни свойства
HSO 3 + H 2 O H 2 SO 3 + OH.
Такива частици се наричат амфолити.
Повечето амфолитни частици са молекули на слаби киселини, които са загубили някои протони (HS, HSO 3, HCO 3, H 2 PO 4, HPO 4 2 и някои други). Анионът HSO 4 не проявява основни свойства и е доста силна киселина ( ДА СЕК = 1,12. 10–2) и следователно не принадлежи към амфолити. Солите, съдържащи такива аниони, се наричат киселинни соли.
Примери за киселинни соли и техните имена:
Както вероятно сте забелязали, киселинно-алкалните и редокс реакциите имат много общи неща. Диаграмата, показана на фигура 12.3, ще ви помогне да проследите общите характеристики и да намерите разликите между тези типове реакции.
Киселинна сила, якост на основата, константа на киселинност, константа на основата, конюгирана киселина, конюгирана основа, степен на протолиза, закон на разреждането на Осталд, силна киселина, слаба киселина, силна основа, слаба основа, алкали, анионна основа, амфолити, киселинни соли
1. Коя киселина е по-склонна да отдаде протон във воден разтвор: а) азотна или азотна, б) сярна или сярна, в) сярна или солна, г) сероводород или сярна? Запишете уравненията на реакцията. В случай на обратими реакции, запишете израза за киселинните константи.
2. Сравнете енергията на атомизация на HF и HCl молекулите. Тези данни съответстват ли на силата на флуороводородна и солна киселина?
3. Коя частица е по-силна киселина: а) молекула на въглеродна киселина или бикарбонатен йон, б) молекула на фосфорна киселина, дихидрогенфосфатен йон или водороден фосфатен йон, в) молекула на сероводород или хидросулфиден йон?
4. Защо не намирате константи на киселинност за сярна, солна, азотна и някои други киселини в Приложение 13?
5. Докажете валидността на връзката, свързваща константата на основност и константата на киселинността на спрегнатите киселини и основи.
6. Напишете уравненията за реакциите с вода на а) бромоводород и азотиста киселина, б) сярна и сярна киселина, в) азотна киселина и сероводород. Какви са разликите между тези процеси?
7. За следните амфолити: HS, HSO 3, HCO 3, H 2 PO 4, HPO 4 2, H 2 O - съставете уравнения за реакциите на тези частици с вода, запишете изрази за константите на киселинност и основност, напишете надолу стойностите на тези константи от Приложение 13 и 14. Определете кои свойства, киселинни или основни, преобладават в тези частици?
8.Какви процеси могат да възникнат при разтваряне на фосфорна киселина във вода?
Сравнение на реактивността на силни и слаби киселини.
12.5. Киселинно-алкални реакции на оксониеви йони
Както киселините, така и основите се различават по сила, разтворимост, стабилност и някои други характеристики. Най-важната от тези характеристики е силата. Най-характерните свойства на киселините се проявяват в силните киселини. В разтвори на силни киселини киселинните частици са оксониеви йони. Следователно в този раздел ще разгледаме реакциите в разтвори, които възникват по време на взаимодействието на оксониеви йони с различни вещества, съдържащи основни частици. Да започнем с най-здравите основи.
а) Реакции на оксониеви йони с оксидни йони
Сред много силните основи най-важен е оксидният йон, който е част от основните оксиди, които, както си спомняте, са йонни вещества. Този йон е една от най-силните основи. Следователно основните оксиди (например състав MO), дори и тези, които не реагират с вода, лесно реагират с киселини. Механизъм на реакция:
При тези реакции оксидният йон няма време да премине в разтвор, но веднага реагира с оксониевия йон. Следователно реакцията протича на повърхността на оксида. Такива реакции завършват, тъй като от силна киселина и силна основа се образува много слаб амфолит (вода).
Пример. Реакция на азотна киселина с магнезиев оксид:
MgO + 2HNO 3p = Mg(NO 3) 2p + H 2 O.
Всички основни и амфотерни оксиди реагират по този начин със силни киселини, но ако се образува неразтворима сол, реакцията в някои случаи се забавя много, тъй като слой от неразтворима сол предотвратява проникването на киселината до повърхността на оксида ( например реакцията на бариев оксид със сярна киселина).
б) Реакции на оксониеви йони с хидроксидни йони
От всички основни видове, които съществуват във водни разтвори, хидроксидният йон е най-силната основа. Неговата константа на основност (55,5) е многократно по-висока от константите на основност на други основни частици. Хидроксидните йони са част от алкали и когато се разтворят, преминават в разтвор. Механизмът на реакция на оксониеви йони с хидроксидни йони:
.
Пример 1. Реакция на солна киселина с разтвор на натриев хидроксид:
HCl p + NaOH p = NaCl p + H 2 O.
Подобно на реакциите с основни оксиди, такива реакции завършват (необратимо), тъй като в резултат на прехвърлянето на протон от оксониев йон (силна киселина, К K = 55,5) хидроксиден йон (силна основа, К O = 55,5) водни молекули (много слаб амфолит, КК= КО = 1,8·10 -16).
Спомнете си, че реакциите на киселини с основи (включително алкали) се наричат реакции на неутрализация.
Вече знаете, че чистата вода съдържа оксониеви и хидроксидни йони (поради автопротолиза на водата), но техните концентрации са равни и изключително незначителни: с(H 3 O) = с(OH) = 10 -7 mol/l. Следователно тяхното присъствие във водата е практически невидимо.
Същото се наблюдава в разтвори на вещества, които не са нито киселини, нито основи. Такива решения се наричат неутрален.
Но ако добавите киселинно или основно вещество към водата, в разтвора ще се появи излишък от един от тези йони. Решението ще стане киселоили алкален.
Хидроксидните йони са част не само от основи, но и от практически неразтворими основи, както и от амфотерни хидроксиди (амфотерните хидроксиди в това отношение могат да се считат за йонни съединения). Оксониевите йони също реагират с всички тези вещества и, както в случая на основни оксиди, реакцията протича на повърхността на твърдото вещество. Реакционен механизъм за хидроксиден състав M(OH) 2:
.
Пример 2. Взаимодействие на разтвор на сярна киселина с меден хидроксид. Тъй като хидрогенсулфатният йон е доста силна киселина ( К K 0,01), обратимостта на неговата протолиза може да бъде пренебрегната и уравненията на тази реакция могат да бъдат записани, както следва:
Cu(OH) 2 + 2H 3 O = Cu 2 + 4H 2 O
Cu(OH) 2 + H 2 SO 4р = CuSO 4 + 2H 2 O.
в) Реакции на оксониеви йони със слаби основи
Както в разтворите на основи, разтворите на слаби основи също съдържат хидроксидни йони, но тяхната концентрация е многократно по-ниска от концентрацията на самите основни частици (това съотношение е равно на степента на протолиза на основата). Следователно скоростта на реакцията на неутрализация на хидроксидните йони е многократно по-малка от скоростта на реакцията на неутрализация на самите основни частици. Следователно реакцията между оксониеви йони и основни частици ще бъде преобладаваща.
Пример 1. Реакция на неутрализация на солна киселина с разтвор на амоняк:
.
Реакцията произвежда амониеви йони (слаба киселина, К K = 6·10 -10) и водни молекули, но тъй като един от изходните реагенти (амоняк) основата е слаба ( К O = 2·10 -5), тогава реакцията е обратима
Но равновесието в него е много силно изместено надясно (към продуктите на реакцията), толкова много, че обратимостта често се пренебрегва чрез записване на молекулното уравнение на тази реакция със знак за равенство:
HCl p + NH 3p = NH 4 Cl p + H 2 O.
Пример 2. Взаимодействие на бромоводородна киселина с разтвор на натриев бикарбонат. Тъй като е амфолит, бикарбонатният йон се държи като слаба основа в присъствието на оксониеви йони:
Получената въглена киселина може да се съдържа във водни разтвори само в много малки концентрации. С увеличаване на концентрацията той се разлага. Механизмът на разлагане може да си представим, както следва:
Обобщени химични уравнения:
H3O + HCO3 = CO2 + 2H2O
HBr р + NaHCO 3р = NaBr р + CO 2 + H 2 O.
Пример 3. Реакции, които протичат при комбиниране на разтвори на перхлорна киселина и калиев карбонат. Карбонатният йон също е слаба основа, макар и по-силна от бикарбонатния йон. Реакциите между тези йони и оксониевия йон са напълно аналогични. В зависимост от условията, реакцията може да спре на етапа на образуване на бикарбонатен йон или може да доведе до образуване на въглероден диоксид:
а) H 3 O + CO 3 = HCO 3 + H 2 O
HClO 4p + K 2 CO 3p = KClO 4p + KHCO 3p;
б) 2H 3 O + CO 3 = CO 2 + 3H 2 O
2HClO 4p + K 2 CO 3p = 2KClO 4p + CO 2 + H 2 O.
Подобни реакции възникват дори когато солите, съдържащи основни частици, са неразтворими във вода. Както в случая на основни оксиди или неразтворими основи, в този случай реакцията също протича на повърхността на неразтворимата сол.
Пример 4. Реакция между солна киселина и калциев карбонат:
CaCO3 + 2H3O = Ca2 + CO2 + 3H2O
CaCO 3p + 2HCl p = CaCl 2p + CO 2 + H 2 O.
Пречка за такива реакции може да бъде образуването на неразтворима сол, чийто слой ще попречи на проникването на оксониеви йони към повърхността на реагента (например в случай на взаимодействие на калциев карбонат със сярна киселина).
НЕУТРАЛЕН РАЗТВОР, КИСЕЛИН РАЗТВОР, АЛКАЛЕН РАЗТВОР, РЕАКЦИЯ НА НЕУТРАЛИЗИРАНЕ.
1. Направете диаграми на механизмите на реакции на оксониеви йони със следните вещества и частици: FeO, Ag 2 O, Fe (OH) 3, HSO 3, PO 4 3 и Cu 2 (OH) 2 CO 3. Използвайки диаграмите, създайте уравнения на йонна реакция.
2. С кой от следните оксиди ще реагират оксониеви йони: CaO, CO, ZnO, SO 2, B 2 O 3, La 2 O 3? Напишете йонни уравнения за тези реакции.
3. С кой от следните хидроксиди ще реагират оксониеви йони: Mg(OH)2, B(OH)3, Te(OH)6, Al(OH)3? Напишете йонни уравнения за тези реакции.
4. Съставете йонни и молекулярни уравнения за реакциите на бромоводородна киселина с разтвори на следните вещества: Na 2 CO 3, K 2 SO 3, Na 2 SiO 3, KHCO 3.
5. Съставете йонни и молекулярни уравнения за реакциите на разтвор на азотна киселина със следните вещества: Cr(OH) 3, MgCO 3, PbO.
Реакции на разтвори на силни киселини с основи, основни оксиди и соли.
12.6. Киселинно-алкални реакции на слаби киселини
За разлика от разтворите на силни киселини, разтворите на слаби киселини съдържат не само оксониеви йони като киселинни частици, но и молекули на самата киселина, като има много пъти повече киселинни молекули от оксониеви йони. Следователно в тези разтвори преобладаващата реакция ще бъде реакцията на самите киселинни частици с основните частици, а не реакциите на оксониеви йони. Скоростта на реакциите, включващи слаби киселини, винаги е по-ниска от скоростта на подобни реакции, включващи силни киселини. Някои от тези реакции са обратими и колкото повече, толкова по-слаба е киселината, участваща в реакцията.
а) Реакции на слаби киселини с оксидни йони
Това е единствената група реакции на слаби киселини, които протичат необратимо. Скоростта на реакцията зависи от силата на киселината. Някои слаби киселини (сероводород, въглерод и др.) Не реагират с ниско активни основни и амфотерни оксиди (CuO, FeO, Fe 2 O 3, Al 3 O 3, ZnO, Cr 2 O 3 и др.).
Пример. Реакцията, която протича между манганов (II) оксид и разтвор на оцетна киселина. Механизмът на тази реакция:
Реакционни уравнения:
MnO + 2CH 3 COOH = Mn 2 + 2CH 3 COO + H 2 O
MnO + 2CH 3 COOH p = Mn(CH 3 COO) 2p + H 2 O. (Соли на оцетната киселина се наричат ацетати)
б) Реакции на слаби киселини с хидроксидни йони
Като пример, помислете как молекулите на фосфорната (ортофосфорна) киселина реагират с хидроксидни йони:
В резултат на реакцията се получават водни молекули и дихидрогенфосфатни йони.
Ако след приключване на тази реакция хидроксидните йони останат в разтвора, тогава дихидрогенфосфатните йони, които са амфолити, ще реагират с тях:
Образуват се хидрофосфатни йони, които, също като амфолити, могат да реагират с излишък от хидроксидни йони:
.
Йонни уравнения за тези реакции
H3PO4 + OH H2PO4 + H2O;
H2PO4 + OH HPO42 + H2O;
HPO 4 + OH PO 4 3 + H 2 O.
Равновесията на тези обратими реакции са изместени надясно. В излишък от алкален разтвор (например NaOH) всички тези реакции протичат почти необратимо, така че техните молекулни уравнения обикновено се записват, както следва:
H 3 PO 4р + NaOH р = NaH 2 PO 4р + H 2 O;
NaH 2 PO 4р + NaOH р = Na 2 HPO 4р;
Na 2 HPO 4р + NaOH р = Na 3 PO 4р + H 2 O.
Ако целевият продукт на тези реакции е натриев фосфат, тогава общото уравнение може да бъде написано:
H3PO4 + 3NaOH = Na3PO4 + 3H2O.
По този начин молекулата на фосфорната киселина, влизайки в киселинно-алкални взаимодействия, може последователно да отдаде един, два или три протона. При подобен процес молекула хидросулфидна киселина (H 2 S) може да отдаде един или два протона, а молекула азотиста киселина (HNO 2) може да отдаде само един протон. Съответно тези киселини се класифицират като триосновни, двуосновни и едноосновни.
Съответната характеристика на основата се нарича киселинност.
Примери за еднокиселинни основи са NaOH, KOH; примери за двукиселинни основи са Ca(OH)2, Ba(OH)2.
Най-силната от слабите киселини също може да реагира с хидроксидни йони, които са част от неразтворими основи и дори амфотерни хидроксиди.
в) Реакции на слаби киселини със слаби основи
Почти всички тези реакции са обратими. В съответствие с общото правило равновесието при такива обратими реакции се измества към по-слаби киселини и по-слаби основи.
ОСНОВНОСТ НА КИСЕЛИНАТА, ОСНОВНОСТ НА ОСНОВИТЕ.
1.Начертайте диаграми на механизмите на реакциите, протичащи във воден разтвор между мравчена киселина и следните вещества: Fe 2 O 3, KOH и Fe (OH) 3. Използвайки диаграмите, създайте йонни и молекулни уравнения за тези реакции. (тетрааквацинков йон) и 3 вод aq+ H3O.
4. В каква посока ще се измести равновесието в този разтвор а) когато се разрежда с вода, б) когато към него се добави разтвор на силна киселина?
Дадохме определение хидролиза, си спомни някои факти за соли. Сега ще обсъдим силни и слаби киселини и ще разберем, че "сценарият" на хидролизата зависи от това коя киселина и коя основа е образувала дадената сол.
← Хидролиза на соли. Част I
Силни и слаби електролити
Нека ви напомня, че всички киселини и основи могат да бъдат разделени на силенИ слаб. Силните киселини (и като цяло силните електролити) се дисоциират почти напълно във воден разтвор. Слабите електролити се разпадат на йони в малка степен.
Силните киселини включват:
- H 2 SO 4 (сярна киселина),
- HClO 4 (перхлорна киселина),
- HClO 3 (хлорна киселина),
- HNO 3 (азотна киселина),
- HCl (солна киселина),
- HBr (бромоводородна киселина),
- HI (водородна киселина).
По-долу е даден списък на слабите киселини:
- H 2 SO 3 (сярна киселина),
- H 2 CO 3 (въглена киселина),
- H 2 SiO 3 (силициева киселина),
- H3PO3 (фосфорна киселина),
- H3PO4 (ортофосфорна киселина),
- HClO 2 (хлорна киселина),
- HClO (хипохлорна киселина),
- HNO 2 (азотиста киселина),
- HF (флуороводородна киселина),
- H 2 S (сероводородна киселина),
- повечето органични киселини, например оцетна киселина (CH3COOH).
Естествено е невъзможно да се изброят всички киселини, съществуващи в природата. Дадени са само най-популярните. Трябва също така да се разбере, че разделянето на киселините на силни и слаби е доста произволно.
Ситуацията е много по-проста със силни и слаби основи. Можете да използвате таблицата за разтворимост. Силните причини включват всички разтворимвъв водни основи, различни от NH4OH. Тези вещества се наричат алкали (NaOH, KOH, Ca(OH) 2 и др.)
Слаби основания са:
- всички водонеразтворими хидроксиди (напр. Fe(OH) 3, Cu(OH) 2 и др.),
- NH4OH (амониев хидроксид).
Хидролиза на соли. Ключови факти
На тези, които четат тази статия, може да изглежда, че вече сме забравили за основната тема на разговор и сме отишли някъде встрани. Това е грешно! Нашият разговор за киселини и основи, за силни и слаби електролити е пряко свързан с хидролизата на солите. Сега ще видите това.
Така че нека ви дам основните факти:
- Не всички соли се подлагат на хидролиза. Съществуват хидролитично стабиленсъединения като натриев хлорид.
- Хидролизата на солите може да бъде пълна (необратима) и частична (обратима).
- По време на реакцията на хидролиза се образува киселина или основа и киселинността на средата се променя.
- Определя се основната възможност за хидролиза, посоката на съответната реакция, нейната обратимост или необратимост. киселинна силаИ сила на основата, които образуват тази сол.
- В зависимост от силата на съответната киселина и респ. основи, всички соли могат да бъдат разделени на 4 групи. Всяка от тези групи се характеризира със собствен "сценарий" на хидролиза.
Пример 4. Солта NaNO 3 се образува от силна киселина (HNO 3) и силна основа (NaOH). Не настъпва хидролиза, не се образуват нови съединения и киселинността на средата не се променя.
Пример 5. Солта NiSO 4 се образува от силна киселина (H 2 SO 4) и слаба основа (Ni(OH) 2). Настъпва хидролиза на катиона, по време на реакцията се образуват киселина и основна сол.
Пример 6. Калиевият карбонат се образува от слаба киселина (H 2 CO 3) и силна основа (KOH). Хидролиза чрез анион, образуване на алкални и киселинни соли. Алкален разтвор.
Пример 7. Алуминиевият сулфид се образува от слаба киселина (H 2 S) и слаба основа (Al(OH) 3). Хидролизата протича както при катиона, така и при аниона. Необратима реакция. По време на процеса се образуват H 2 S и алуминиев хидроксид. Киселинността на средата се променя леко.
Опитайте сами:
Упражнение 2. Какъв вид соли са следните: FeCl 3, Na 3 PO 3, KBr, NH 4 NO 2? Тези соли подлежат ли на хидролиза? Чрез катион или чрез анион? Какво се образува по време на реакцията? Как се променя киселинността на околната среда? Засега не е нужно да записвате уравненията на реакциите.
Всичко, което трябва да направим, е да обсъдим последователно 4 групи соли и да дадем специфичен „сценарий“ на хидролиза за всяка от тях. В следващата част ще започнем със соли, образувани от слаба основа и силна киселина.
Преди да обсъдим химичните свойства на основите и амфотерните хидроксиди, нека ясно дефинираме какво представляват те?
1) Основите или основните хидроксиди включват метални хидроксиди в степен на окисление +1 или +2, т.е. чиито формули са записани като MeOH или Me(OH) 2. Има обаче и изключения. Така хидроксидите Zn(OH) 2, Be(OH) 2, Pb(OH) 2, Sn(OH) 2 не са основи.
2) Амфотерните хидроксиди включват метални хидроксиди в степен на окисление +3, +4, както и по изключение хидроксидите Zn (OH) 2, Be (OH) 2, Pb (OH) 2, Sn (OH) 2. Металните хидроксиди в степен на окисление +4 не се намират в задачите за единен държавен изпит, така че няма да бъдат разглеждани.
Химични свойства на основите
Всички основания са разделени на:
Нека си припомним, че берилият и магнезият не са алкалоземни метали.
Освен че са разтворими във вода, алкалите се дисоциират много добре и във водни разтвори, докато неразтворимите основи имат ниска степен на дисоциация.
Тази разлика в разтворимостта и способността за дисоциация между алкали и неразтворими хидроксиди води от своя страна до забележими разлики в техните химични свойства. Така че, по-специално, основите са по-химически активни съединения и често могат да влизат в реакции, които неразтворимите основи не правят.
Взаимодействие на основи с киселини
Алкалите реагират с абсолютно всички киселини, дори много слаби и неразтворими. Например:
Неразтворимите основи реагират с почти всички разтворими киселини, но не реагират с неразтворимата силициева киселина:
Трябва да се отбележи, че както силните, така и слабите основи с общата формула на формата Me(OH) 2 могат да образуват основни соли при липса на киселина, например:
Взаимодействие с киселинни оксиди
Алкалите реагират с всички киселинни оксиди, образувайки соли и често вода:
Неразтворимите основи могат да реагират с всички по-високи киселинни оксиди, съответстващи на стабилни киселини, например P 2 O 5, SO 3, N 2 O 5, за да образуват средни соли:
Неразтворимите основи от типа Me(OH) 2 реагират в присъствието на вода с въглероден диоксид изключително за образуване на основни соли. Например:
Cu(OH) 2 + CO 2 = (CuOH) 2 CO 3 + H 2 O
Поради изключителната си инертност, само най-силните основи, алкали, реагират със силициев диоксид. В този случай се образуват нормални соли. Реакцията не протича с неразтворими основи. Например:
Взаимодействие на основи с амфотерни оксиди и хидроксиди
Всички алкали реагират с амфотерни оксиди и хидроксиди. Ако реакцията се проведе чрез сливане на амфотерен оксид или хидроксид с твърда основа, тази реакция води до образуването на соли без водород:
Ако се използват водни разтвори на основи, тогава се образуват хидроксо комплексни соли:
В случай на алуминий, под действието на излишък от концентрирана основа, вместо Na сол се образува Na 3 сол:
Взаимодействие на основи със соли
Всяка основа реагира с всяка сол само ако са изпълнени две условия едновременно:
1) разтворимост на изходните съединения;
2) наличието на утайка или газ сред реакционните продукти
Например:
Термична стабилност на субстратите
Всички алкали, с изключение на Ca (OH) 2, са устойчиви на топлина и се топят без разлагане.
Всички неразтворими основи, както и слабо разтворимият Ca(OH) 2, се разлагат при нагряване. Най-високата температура на разлагане на калциевия хидроксид е около 1000 o C:
Неразтворимите хидроксиди имат много по-ниски температури на разлагане. Например медният (II) хидроксид се разлага още при температури над 70 o C:
Химични свойства на амфотерните хидроксиди
Взаимодействие на амфотерни хидроксиди с киселини
Амфотерните хидроксиди реагират със силни киселини:
Амфотерни метални хидроксиди в степен на окисление +3, т.е. тип Me(OH) 3, не реагират с киселини като H 2 S, H 2 SO 3 и H 2 CO 3 поради факта, че солите, които могат да се образуват в резултат на такива реакции, са обект на необратима хидролиза до оригиналният амфотерен хидроксид и съответната киселина:
Взаимодействие на амфотерни хидроксиди с киселинни оксиди
Амфотерните хидроксиди реагират с висши оксиди, които съответстват на стабилни киселини (SO 3, P 2 O 5, N 2 O 5):
Амфотерни метални хидроксиди в степен на окисление +3, т.е. тип Me(OH) 3, не реагират с киселинни оксиди SO 2 и CO 2.
Взаимодействие на амфотерни хидроксиди с основи
Сред основите амфотерните хидроксиди реагират само с основи. В този случай, ако се използва воден разтвор на алкали, тогава се образуват хидроксо комплексни соли:
И когато амфотерните хидроксиди се слеят с твърди основи, се получават техните безводни аналози:
Взаимодействие на амфотерни хидроксиди с основни оксиди
Амфотерните хидроксиди реагират при сливане с оксиди на алкални и алкалоземни метали:
Термично разлагане на амфотерни хидроксиди
Всички амфотерни хидроксиди са неразтворими във вода и като всички неразтворими хидроксиди се разлагат при нагряване до съответния оксид и вода.
