Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия. Основы химии. Учебное пособие
.pdf
Молярнуюконцентрациюнедиссоциированныхмолекулводылег-
2
HO
K
корассчитать:
O]=1000:18=55,56моль/л.
[Н
2
Тогда K=[Н
+
]∙[ОН–] = 10
–14
. Произведение концентрации ионов
Н+иОН–приопределеннойтемпературепостоянно.Притемпературе
25°Сегоназываютионным произведением воды иобозначают
+
Концентрацииионов Н
и ОН– равны: [Н+] = [ОН–] = 10–7 моль/л.
Раствор с одинаковыми концентрациями ионов называется нейтральным. Если [Н+] > [ОН–], то раствор кислый, наоборот –
[Н+]<[ОН–]–щелочной. Дляудобствастехиометрическихрасчетов
вместоконцентрацииионовводородаиспользуютотрицательныйдесятичныйлогарифмэтойвеличины,называемыйводородным пока-
зателем pH:
+
pH=–lg[H
].
ВнейтральнойсредеpH 7,вкислотнойсредеpH<7ивщелочной
pH>7.
8.6. Гидролиз
Гидролизом называетсяобменноевзаимодействиесолейсводой,
приводящее к образованию слабого электролита. В зависимости от
силы образующих соли кислот и оснований различаютчетыре типа
солей,имеющихразличныемеханизмыгидролиза.
Соль сильной кислоты и сильного основания.
Соли,образованныесильнойкислотойисильнымоснованием(например, NaCl) гидролизу не подвергаются, так как при взаимодействиисводойнеобразуютслабыхэлектролитов.
Соль слабой кислотыи сильного основания.
При гидролизе солей, образованных сильным основанием и слабойкислотой(например, цианида калия),всистеме происходятследующиепроцессы:
+
KCN=K
O Н++ОН–.
H
2
ВрезультатевраствореприсутствуютионыK
молекулыводы.ИоныН+иCN–взаимодействуютмеждусобой,образуямалодиссоциирующие молекулыциановодороднойкислотыHCN:
+CN–;
+
,ОН–,Н+и CN–и
.
KCN+Н
O КОН+HCN.
2
41
Сущность процесса гидролиза отражает сокращенное ионное
уравнение:
–
+Н2O ОН–+HCN.
CN
В результате гидролиза увеличивается концентрация ионов ОН
–
иpHрастворавозрастает.Средабудетщелочной.
Соль сильной кислоты ислабого основания.
При растворении в воде соли,образованной сильной кислотойи
слабымоснованием,например,сульфатажелеза(II),ионыFe2+иОН–
вступаютвовзаимодействиедругсдругомиврастворебудутприсутствоватьионыН+:
2+
+НОН FeОН++Н+.
Fe
Уравнениегидролизавмолекулярнойформе:
2FeSO
+2НОН (FeOH)2SO4+H2SO4.
4
В результате гидролиза pH уменьшается – реакция среды будет
кислотной.
Соль слабой кислотыислабого основания.
Соли,образованные слабой кислотойислабым основанием,подвергаютсянаиболее полномугидролизу.Например в результатерастворенияцианидааммониявводеврастворепоявляютсячетыревида
+
ионов:NH
,СN–,Н+иОН–,которыевзаимодействуютсобразовани-
4
емслабойкислотыHCNислабогооснованияNH4OH:
CN+Н2O NH4OH+HCN.
NH
4
Врезультатегидролизасолей,подобныхцианидуаммония,враствореобразуютсяслабаякислотаислабоеоснование,аpH~7–реакциясредыбудетблизкакнейтральной.
Прирастворениивводесолеймногоосновныхкислотилимногокислотных оснований гидролиз протекает ступенчато, завершаясь
преимущественнонапервойступени.
Количественно процесс гидролиза характеризуется степенью ги-
дролиза –отношениемчислагидролизированныхмолекулсоликобщемучислурастворенныхмолекулсоли.Степеньгидролизазависит
отсилыобразующегосяслабогоэлектролита:онатемвыше,чемслабееэтотэлектролит.
,
42
9. КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ
СОЕДИНЕНИЙ
Все вещества делятся на простые и сложные. В свою очередь
сложныевеществаделятсяначетырекласса:оксиды,основания,кислотыисоли(табл.9.1).
Таблица 9.1
Классификация сложных веществ
O
2
SiO
5,
3
2
,H2SO4,H3PO
3
2
2
2
3
4
3
Оксиды
Основания
Кислоты
Соли
Основные:CaO,FeO,Na
Кислотные:SO
Амфотерные:ZnO,Al2O
Растворимые(щелочи):KOH,NaOH,Ba(OH)
Нерастворимые:Cu(OH)2,Fe(OH)2,Cr(OH)
Кислородсодержащие:HNO
Бескислородные:HCl,HBr,H2S
Средние:Na
Кислые:NaHSO4,CaHPO4,Al2(HSO4)
Основные:FeOHSO4,MgOHCl,Al(OH)2Br
Двойные:K
,N2O
3
,K3PO4,Ca(NO3)
2SO4
NaPO4,KCr(SO4)
2
9.1. Классификация и свойства оксидов
Оксидаминазываютсясложныевещества,состоящиеиздвухэле-
ментов,один изкоторыхкислород,т.е.оксид– этосоединение элементаскислородом.
Название оксидов образуется от названия элемента, входящего
всоставоксида.Например,ВаО–оксидбария.Еслиобразующийоксидэлемент имеет переменнуювалентность, топосле названияэлемента в скобкахуказывается его валентность римской цифрой. Например,FeO–оксиджелеза(II),Fe2O3–оксиджелеза(III).
Все оксиды делятся на солеобразующие и несолеобразующие.
Немногочисленные несолеобразующие оксиды не взаимодействуют
нис кислотами,ни соснованиями. Кним относятсяоксид азота (I)
N2O,оксидазота(II)NO,оксидуглерода(II)CO.
Посвоимхимическимсвойствамсолеобразующие оксидыделятсянаосновные, кислотные и амфотерные.
Основными называютсяоксиды,которыеобразуютсолипривзаимодействиискислотамииликислотнымиоксидами:
CuO+H
=CuSO4+H2O.
2SO4
43
Кислотными называются оксиды, которые образуют соли при
взаимодействии с основаниями или основными оксидами. Кислотныеоксидытакженазываютсяангидридамикислот.Кислотнымиявляютсяоксидытипичныхнеметаллов,атакжеоксидырядаметаллов
ввысшихстепеняхокисления(В2О3,N2O5).
Кислотныеоксидывзаимодействуютсоснованиями,образуясоль
иводу:
+Ва(ОН)2=ВаСO3+Н2O.
СO
2
Амфотерными называются оксиды, которые образуют соли при
взаимодействиикакскислотами,такисоснованиями.Так,амфотерныйхарактероксидацинкапроявляетсяприеговзаимодействиикакс
солянойкислотой,такисгидроксидомнатрия:
ZnO+2HCI=ZnCl
ZnO+2NaOH=Na
Соединенияэтихоксидов(Al
2O3
+Н2O;
2
ZnO2+H2O.
2
,Cr2O3,MnO2,ZnO)сводоймогут
проявлятьикислотные,иосновныесвойстваодновременно.
Оксидыполучаютлибопрямойреакциейэлементаскислородом:
2Са+O
=2СаО,
2
либо разложением сложныхвеществ: оксидов, гидроксидов, кислот,
солей:
= 2Сr2O3+3O2↑;
4СrO
3
)
Са(ОН
Н
СаСО3=СаО+CO
=СаО+Н2O;
2
=Н2O+СO
2СО3
↑;
2
.
2
Привзаимодействиикислот-окислителейс металламиинеметал-
ламитакжеможнополучитьоксиды:
Сu+4НNО
=Сu(NО3)2+2NO
3(конц)
↑+2Н
2
O.
2
9.2. Классификация и свойства оснований
Основаниями, или гидроксидами металлов, называютсяслож-
ные вещества, состоящие из металла и одной или нескольких гидроксогрупп (одно-иполикислотныеоснования).Придиссоциации
оснований в качестве анионов образуютсягидроксид-ионы. Число
гидроксогрупп(ОН–)в молекулеоснования равно валентности металла.
44
Всеоснования, как правило, твердыевещества с различнойокраской. Большинство оснований не растворимо воде. Растворимы гидроксидыщелочных,щелочноземельныхметалловигидроксидаммония.Растворимыевводеоснования,проявляющиесвойствасильных
электролитов,называютщелочами.
Названияоснованийобразуютсятакже,какиоксидов.Например,
Ва(ОН)2–гидроксидбария,Fe(OH)3–гидроксиджелеза(III).
Какэлектролитыоснованиявводныхрастворахдиссоциируютна
катионыметалловианионыгидроксида.Многокислотныеоснования
диссоциируютступенчато:
)
Sr(OH
=SrOH++OH–;
2
+
SrOH
=Sr2++OH–.
Основаниявступаютвреакциюскислотамисобразованиемсоли
иводы.Такаяреакцияназываетсяреакцией нейтрализации,потому
чтопослеееокончаниясредастановитсяблизкойкнейтральной:
2КОН+H
=K2SO4+2H2O.
2SO4
Особую группу гидроксидов составляют амфотерные гидрок-
+
сиды. Они при диссоциации образуют либо катионы Н
–
дроксид-ионы ОН
. К ним относятся, например, Zn(OH)2, Аl(ОН)3,
, либо ги-
Ве(ОН)2,Рb(ОН)2идр.
Амфотерныегидроксидыреагируюткак с растворами кислот, так
и с растворами щелочей. При взаимодействии с основаниями они
проявляют свойства кислот, а при взаимодействии с кислотами –
свойстваоснований:
)
Zn(OH
Cr(OH
А1(ОН
+H2SO4=ZnSO4+2Н2O;
2
)
+3NaOH=Na3[Cr(OH)6](гексагидроксохромат(III)натрия);
3
)
+NaOH=Na[Al(OH)4](тетрагидроксоалюминат(III)натрия).
3
Методыполученияоснованийразнообразны.Основанияактивных
металловможнополучитьпутемвзаимодействияметаллаилиоксида
металласводой(многиереакциипротекаютбурно):
2Na+Н
O=2NaOH+Н2↑;
2
СаО+Н
O=Са(ОН)
2
.
2
Еслиоксидметалласводойне реагирует,соответствующееоснованиеможнополучитьреакциейщелочис растворимой сольюэтого
металла:
+2NaOH=Zn(OH)
ZnCl
2
↓+2NaCl.
2
45
9.3. Классификация и свойства кислот
Кислотами называютсясложныевещества,состоящиеизкислот-
ных остатков, к которым присоединены атомыводорода,способные
замещатьсянаатомыметалла.Придиссоциации кислотвкачествекатионовобразуютсякатионыводорода.Наличие ионовводородаобусловливаетобщиехарактерныесвойствакислот,такиекакизменение
цвета индикатора, взаимодействие с основаниями,основными оксидами,солями,кислыйвкус.
В зависимости от числа атомов водорода в молекуле кислоты,
способных замещатьсяна металл, кислоты делятся на одно- и мно-
гоосновные. Например, азотная HNO
лоты – одноосновные, серная H
–трехосновная.
Н
3РO4
По составу кислоты делятся на кислородсодержащие и бес-
кислородные. Кислоты, в состав молекул которых входят атомы
кислорода, являются кислородсодержащими: HNO
кислота, H
– сернистая кислота. Их также называют кислот-
2SO3
ными гидроксидами. Кислоты типа HI (иодоводородная) или H
(сероводородная)–бескислородные.
Как электролиты, кислоты в водных растворах диссоциируют на
катионыводородаианионыкислотногоостатка.Многоосновныекислотыдиссоциируютступенчато:
=Н++HSO
H
2SO4
–
HSO
=Н++SO
4
Основныеспособыполучениякислот:
• взаимодействиекислотныхоксидов(ангидридовкислот)сводой:
+Н2O=H2SO4;
SО
3
• взаимодействиесильныхкислот-окислителейснеметаллами:
3Р+5HNO
+2Н2O=3H3PO4+5NO↑;
3(конц)
• реакции солей слабых кислот с более сильными кислотами, чем
получаемая:
СаСО
+2HCI=СаС12+Н2СO3(CO2↑+Н2O);
3
• получениенапрямуюизпростыхвеществ:
+Cl2=2HCI.
Н
2
Химическиесвойствакислотпредставленынарис.9.1.
и уксусная СН3СООН кис-
3
– двухосновная, фосфорная
2SO4
– азотистая
2
–
4
2–
.
4
S
2
46
+ нагревание
кислотный оксид + вода
соль + H2 (или другой газ)
соль + вода
соль + вода
соль + другая кислота
Кислота
+ металл
+ основный оксид
+ основание
+ соль
Рис.9.1.Химическиесвойствакислот
Кислотывзаимодействуютсоснованиями,основнымииамфотер-
нымиоксидамисобразованиемсолииводы:
+2КОН=K2SO4+2Н2O;
H
2SO4
ВаО+2HNO
3H
+А12O3 = Al2(SO4)3+3H2O.
2SO4
=Ba(NO3)2+Н2O;
3
9.4. Классификация и свойства солей
Солями называютсясложныевещества,состоящиеизкислотных
остаткови атомовметаллов или других атомныхгруппировок. При
диссоциациисолейобразуютсякатионыметаллов(атакжекатионам-
+
монияNH
)ианионыкислотныхостатков.
4
Приполномзамещении атомовводородавмолекулекислотыоб-
разуютсясредние (илинормальные) соли,при неполном– кислые
соли.Существуетнесколькогруппсолей.
–
При полном замещении групп ОН
в молекуле многокислотного
гидроксидакислотнымиостаткамиобразуютсясредние соли,напримерKNO
,Na2CO3.
3
Кислые соли образуются многоосновными кислотами в слу-
чае их неполной нейтрализации гидроксидом, например, NaHSO
Са(НСО
.Кислые солимогутобразовыватьтолькомногоосновные
3)2
3
кислоты;одноосновныекислотыкислыхсолейобразоватьнемогут.
,
47
Еслиатомыводородавмногоосновнойкислотезамещеныатомами
неодного,адвухразличныхметаллов,образуютсядвойные соли,на-
примерKAl(SO
При частичном замещении групп ОН
,NaKCO3.
4)2
–
в молекуле многокислот-
ногооснования кислотными остатками образуютсяосновные соли:
Zn(ОН)Сl,Al(OH)SO
.
4
Также существует группа комплексных солей, состав которых
нельзяобъяснить,используяобычныепредставленияо валентности,
напримерK
[Fe(CN)6].
3
Названиесоликаждойкислотыпроисходитотлатинскогоназвания кислотного остатка. Например, соли азотистой кислоты называютсянитритами [нитриткалияKNO
,нитрит магния Mg(NO2)2].
2
Названиясолейбескислородныхкислотоканчиваютсяна«ид», например,сульфидкалияK
S.Вслучае,когдасольобразованаметал-
2
лом, имеющим разную валентность, она указывается после названияметалла римскойцифройв скобках.Например,FeCl
железа (II), Fе
(SO4)3 – сульфат железа (III). Если в кислой соли
2
– хлорид
2
в кислотный остаток входит один атом водорода, то к названию
солидобавляетсячастица«гидро»,аеслидваатома,то«дигидро»:
Mg(НСО
натрия; NaH
соли после замещения групп OH
однагруппа ОН
со»,а если двегруппыОН
гидроксоалюминия;Al(OH)
– гидрокарбонат магния; NaH2PO4 – гидроортофосфат
3)2
– дигидроортофосфат натрия. Если в основной
2PO4
–
,токназваниюсолидобавляютчастицы«гидрок-
–
,то «дигидроксо»:AlOHSO4 – сульфат
Сl–хлориддигидроксоалюминия.
2
–
кислотным остатком осталась
Соли являются твердыми веществами с различной растворимостьювводе.Поэтомукритериюихусловноделятнарастворимые,
малорастворимыеипрактически нерастворимые.
Являясьэлектролитами, средние солив водныхрастворахдиссоциируютнакатионыметалловианионыкислотныхостатков:
MgSO
=Mg2++SO
4
2–
.
4
Кислые и основные соли диссоциируют ступенчато. У кислых
солей вначале происходит диссоциация на катион металла и анион
кислотногоостатка,послечего,взначительноменьшейстепени,диссоциируетанионсобразованиемкатионовводорода.Уосновныхсолейвначалеотщепляютсякислотныеостатки,азатем,такжевзначительноменьшейстепени,ионыОН
–
.
48
К наиболее общим способам получения солейотносятся взаимо-
действия:
• металловснеметаллами:2Na+Cl2=2NaCl;
• металловскислотами:Mg+H2SO4=MgSO4+Н2↑;
• основныхоксидовскислотными:СаО+СО2=СаСО3;
• кислотссолями:H2SO4+ВаСl2=BaSO4↓+2HCl;
• основанийссолями:2NaOH+CuSO4=Na2SO4+Cu(ОН)2↓.
• кислотсоснованиями:NaOH+HCl=NaCl+Н2О;
• основныхоксидовскислотами:H2SO4+СаО=CaSО4+Н2О;
• кислотныхоксидовсоснованиями:Са(ОН)2+СО2=СаСО3+Н
O;
2
• двухсолеймеждусобой:K2SO4+ВаС12=BaSO4↓+2KCl;
• металловссолями:Fe+CuSO4=FeSO4+Сu.
Кислыесолиполучаютпринеполнойнейтрализации кислоты ос-
нованием,приэтомгидроксидберутвколичестве,недостаточномдля
полнойнейтрализациикислоты:
NaOH+H
S=NaHS+Н2O.
2
Основные соли получают частичной нейтрализацией основания
кислотой:
Zn(OH)
+HCl=Zn(OH)Cl+Н2O.
2
Нарис.9.2показанасвязьмеждуклассаминеорганическихсоеди-
нений.
Металл
Неметалл
Рис.9.2.Связьмеждуклассаминеорганическихсоединений
Основный
оксид
Кислотный
оксид
Основание
Соль
Кислота
49
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия: Учебник для
вузов.6-еизд.,стер.–М.:Высш.шк.,2005.–743с.
2.Глинка Н.Л. Общая химия:Учебникдля вузов.– СПб.:Химия,
2009.–752с.
3.Капустян А.И., Табенская Т.В. Химиядля студентов-иностран-
цевподготовительныхфакультетоввузов.–М.:Высш.шк.,1997.
4.Образовательнаяпрограммапредвузовскогообученияиностран-
ныхстудентов.–М.:Высш.шк.,1997.
5. Семкнов И.Н., Перфилова И.Л. Химия: Учебник для вузов. –
СПб.:Химиздат,2000.–656с.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]