Основи: фізичні і хімічні властивості, поширеність та застосування

Учитель хімії Савченко Інна Миколаївна

Тема: Основи: фізичні і хімічні властивості, поширеність та застосування.

1. Фізичні властивості основ.

Основи – це сполуки, до складу яких входять атом металічного елемента й одна або кілька гідроксильних груп OH (залежно від валентності металу).

Основи – сполуки, які містять катіони металічних елементів і гідроксид- аніони ОН^–

Загальна формула основ: Me(OH)_n, де n – число груп OH, що відповідає валентності металічного елемента. Me – символ металічного елемента.

Назва основ

Назва основ складається з двох слів, перше з яких – назва металічного елемента, а друге – «гідроксид». Наприклад, KOH – калій гідроксид, Ba(OH)₂ – барій гідроксид.

Якщо елемент має кілька значень валентностей, то це значення вказується у назві гідроксиду:

Fe(OH)₂ – ферум(II) гідроксид, Fe(OH)₃ – ферум(III) гідроксид.

Тривіальні назви:

NaOH – їдкий натр, каустична сода;

KOH – їдкий калі;

Ba(OH)₂ – баритова вода;

Ca(OH)₂ – гашене вапно, вапняне молоко, вапняна вода;

NH₄OH – нашатирний спирт.

Формули гідроксидів, які відповідають оснóвним оксидам

Загальна формула оксидів Me₂O MeO Me₂O₃

Загальна формула гідроксидів MeOH Me(OH)₂ Me(OH)₃

одноосновні двоосновні триосновні

Наприклад КОН, NаOH Ca(OH)₂, Вa(OH)₂ Fe(OH)₃, Al(OH)₃

Фізичні властивості основ

Основи за звичайних умов є твердими речовинами йонної будови, тому вони повинні мати високу температуру плавлення, але при помірному нагріванні майже всі основи розкладаються на відповідний оксид і воду. Розплавити можна лише гідроксиди натрію і калію. Більшість основ не розчиняються у воді. Малорозчинними є гідроксиди малоактивних металічних елементів, а добре розчинні гідроксиди лужних елементів і сполуки барію. Водорозчинні основи називають лугами.

Класифікація основ

Основи поділяються на такі класи:

• розчинні у воді (луги);

• нерозчинні (малорозчинні).

Познайомимося з таблицею розчинності. У ній літерою «н» позначено нерозчинні речовини, «р» — розчинні, «м» — малорозчинні речовини, у тому числі й основи, солі й кислоти.

За звичайних умов луги – це тверді кристалічні речовини, милкі на дотик, роз’їдають багато матеріалів, шкіру, папір, тканину, добре розчиняються у воді. Змінюють колір індикаторів: лакмус (фіолетовий) змінюється на синій; метиловий оранжевий (оранжевий) – на жовтий; фенолфталеїн (безбарвний) забарвлюється в малиновий колір.

Нерозчинні основи – тверді речовини, не милкі на дотик, не роз’їдають шкіру, не мають запаху, практично не розчиняються у воді й не змінюють кольору індикаторів. Забарвлені вони по-різному:

купрум(II) гідроксид Cu(OH)₂ – блакитний;

Zn(OH)₂, Al(OH)₃ – білі,

Fe(OH)₂ – зеленувато-білий,

Fe(OH)₃ – бурий.

1. Хімічні властивості основ

1. Дія лугів на індикатори

Змінюють забарвлення індикаторів: лакмус – синіє, фенолфталеїн стає малиновим, метиловий оранжевий - жовтим, універсальний індикаторний папір змінює колір на відтінки від зеленого до синьо-фіолетового. Отже, розчини лугів можна визначити з допомогою індикатора.

2. Взаємодіють із слабкими і сильними кислотами, утворюючи солі і воду, - реакція нейтралізації:

NaOH + HNO₃ = NaNO₃ + H₂O

2NaOH + H₂SiO₃ = Na₂SiO₃ + 2H₂O

3. Взаємодіють з кислотними оксидами, утворюючи солі і воду:

2NaOH + SO₃ = Na₂SO₄ + H₂O

4. Взаємодіють з амфотерними гідроксидами:

- у водних розчинах утворюються комплексні сполуки (залежно від співвідношення між кількостями речовин реагентів):

3NaOH + Al(OH)₃ = Na₃[Al(OH)₆] – натрій гексагідроксоалюмінат

NaOH + Al(OH)₃ = Na[Al(OH)₄] – натрій тетрагідроксоалюмінат

- у розплавах утворюються безводні солі:

NaOH + Al(OH)₃ = NaAlO₂ + 2H₂O – натрій метаалюмінат

3NaOH + Al(OH)₃ = Na₃AlO₃ + 3H₂O – натрій ортоалюмінат

5. Взаємодіють з амфотерними оксидами, утворюючи сіл і воду (тільки під час сплавлення):

2NaOH + ZnO = Na₂ZnO₂ + H₂O – натрій цинкат

2NaOH + Cr₂O₃ = NaCrO₂ + H₂O – натрій мета хроміт

6. Взаємодіють з солями у водних розчинах. Реакція необоротна, якщо хоча б один з утворених речовин випадає в осад:

2NaOH + CuCl₂ = Cu(OH)₂ + 2NaCl

Ba(OH)₂ + K₂SO₄ = BaSO₄ + 2KOH

7. Розкладання нерозчинних основ у процесі нагрівання

Нерозчинні основи за нагрівання розкладаються на оксид і воду.

Cu(OH)₂ СuO + Н₂O

Основні хімічні властивості основ

1. Розчинні і нерозчинні основи мають спільну властивість – реагують з кислотами, утворюючи сіль і воду:

NaOH + HCl = NaCl + H₂O;

Cu(OH)₂ + 2HCl = CuCl₂ + 2H₂O.

Тип реакції – обміну, нейтралізації.

Під час взаємодії багатооснóвних кислот з гідроксидами можуть утворюватися кислі солі:

KOH + H₂SO₄ = KHSO₄ + H₂O;

Ca(OH)₂ + 2H₂SO₄ = Ca(HSO₄)₂ + 2H₂O.

Під час взаємодії багатокислотних гідроксидів з однооснóвними кислотами можуть утворюватися оснóвні солі:

Ca(OH)₂ + HCl = CaOHCl + H₂O (основа в надлишку);

CaOHCl + HCl = CaCl₂ + H₂O.

2. Луги реагують з кислотними оксидами, утворюючи середню або кислу сіль при надлишку чи нестачі лугу відповідно:

2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O;

NaOH + CO₂ = NaНCO₃.

Для нерозчинних основ такі реакції не характерні.

3. Луги взаємодіють із розчинними солями малоактивних металічних елементів, утворюючи нову сіль і нерозчинну основу:

2KOH + FeCl₂ + Fe(OH)₂↓ + 2KCl.

Луги можуть взаємодіяти із розчинними солями активних металічних елементів, якщо в результаті реакції утворюється нерозчинна сіль:

K₂SO₄ + Ba(OH)₂ = 2KOH + BaSO₄↓.

Луги взаємодіють з кислими солями утворюючи середні солі:

KHSO₄ + KOH = K₂SO₄ + H₂O.

Для нерозчинних основ такі реакції не характерні.

4. Майже всі основи (крім гідроксидів Натрію і Калію, лужних металів) у результаті нагрівання легко розкладаються на оксид і воду:

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O.

Практичне застосування деяких основ

NaOH – у великій кількості використовується у нафтовій промисловості для очищення нафтопродуктів переробки нафти, в миловарній, паперовій, текстильній промисловостях, у виробництві штучного шовку та в ряді інших виробництв. Кип’ятінням деревини з NaOH добувають целюлозу. Обробка бавовняних тканин натрій гідроксидом поліпшує їх здатність до фарбування. Натрій гідроксид – важливий реактив у аналітичній хімії.

КОН – застосовують у миловарній промисловості для виготовлення рідкого мила. Внаслідок великої гігроскопічності його використовують як осушувач, для вбирання вуглекислого газу, у хірургії для припікання, як вихідний продукт для добування різних солей калію.

Ca(OH)₂ – відомий під назвою «гашене вапно», широко використовують у будівництві. Суміш гашеного вапна з піском і водою називають вапняним розчином і використовують для скріплення цегли під час мурування цегляних стін, а також як штукатурка. Вапняний розчин твердне спочатку внаслідок випаровування води, а потім – внаслідок вбирання гашеним вапном з повітря вуглекислого газу й утворення кальцій карбонату. Ca(OH)₂ використовують для добування хлорного вапна [Са(ОН)₂ + Сl₂ → CaOCl₂ + H₂O]. Як «вапняну воду» застосовують для білення, у медицині проти опіків або як протиотруту при отруєннях сульфатною чи оксалатною кислотами.

Ba(OH)₂ – насичений водний розчин відомий як «баритова вода», є важливим лабораторним реактивом для виявлення СО₂, йонів SO₄^2– та СO₃^2– та відносно дешевою розчинною основою.

NH₄OH – один з найважливіших хімічних реактивів, розбавлений розчин якого «нашатирний спирт» застосовують як слабку основу в хімічній практиці, у медицині, домашньому господарстві.

Заходи безпеки під час роботи з лугами

http://interactive.ranok.com.ua/theme/contentview/serednya-ta-starsha-shkola/hmya-8-klas/14049-pravila-bezpeki-pd-chas-vikonannya-hmchnih-dosldv/25332-vdeo-nstryktsya

1. Луги мають зберігатися у витяжній шафі, суліях, упакованих у спеціальні кошики з деревною стружкою. Ні в якому разі не зберігайте сулії незахищеними від можливого удару, а також їх відкритими в кімнаті, не можна переміщувати сулії за відсутності решетування, або самому. Не можна переміщувати їх на грудях, спині, плечах.

2. При роботі з лугами треба одягати гумові рукавички, клейончасті або поліетиленові нарукавники i фартух.

3. На лугах має бути напис з вказівкою виду лугу, його концентрації i додатковий напис "Звертатися обережно".

4. При проведенні аналізів луги варто відмірювати піпеткою, на вільний кінець якої попередньо надітий гумовий балончик або гумова трубка; у верхній частині піпетки повинний бути вставлений "заслін" з тонкого шару вати.

5. Місце, уражене лугом, промити великою кількістю води, а потім 2-х процентним розчином оцтової кислоти. При серйозному ушкодженні слизуватої оболонки рота докласти вчителю i негайно звернутися до лікаря.

Лабораторний дослід 2. Дія водних розчинів лугів на індикатори

У пробірку з гранулою лугу налийте води, перемішайте скляною паличкою і розлийте добутий розчин у три пробірки. В одну пробірку добавте 1-2 краплі лакмусу, в другу – розчин фенолфталеїну, а в третю – розчин метилоранжу. Зверніть увагу на розчинність лугу у воді. Як змінюється забарвлення кожного індикатора?

Лабораторний дослід 3. Взаємодія лугів із кислотами в розчині

http://interactive.ranok.com.ua/theme/contentview/serednya-ta-starsha-shkola/hmya-8-klas/14050-laboratorn-dosldi/laboratorniyi-dosld-2-vzamodya-lygv-z-kislotami-v-rozchin

У пробірку з розчином лугу забарвленого фенолфталеїном добавте по краплях розчин хлоридної кислоти, поки не зникне забарвлення індикатора. Чому розчин знебарвився? Напишіть відповідне хімічне рівняння.

Завдання для засвоєння матеріалу:

1. Якщо на одяг або шкіру потрапляє їдка речовина, то її необхідно змити:

а) водою; б) водою, а потім нейтралізуючою речовиною; в) витерти.

2. В присутності фенолфталеїну луги змінюють свій колір на:

а) малиновий; б) синій; в) змін не спостерігається.

3. Виберіть формули тих речовин, які можна віднести до гідроксидів:

MgO, Ca, NaOH, Fe₂O₃, Cu(OH)₂, H₂SO₄, CO₂, Fe(OH)₃. Назвіть їх.

4. Напишіть формули гідроксидів, які відповідають таким оксидам:

Li₂O, Fe₂O₃, MnO, CaO, PbO, Na₂O, Cu₂O, Al₂O₃. Назвіть їх.

5. Складіть формули основ, утворених такими елементами: Літій, Барій, Калій, Алюміній, Купрум(I), Нікол(II), Кальцій. Назвіть їх.

6. Визначте формулу гідроксиду, відносна молекулярна маса якого 107, а валентність металічного елемента – III.

7. З переліку наведених речовин Al(OH)₃, BaSO₄, Cu(OH)₂, KOH, KCl, LiOH, Ba(OH)₂, Fe₂O₃, Fe(OH)_3. Випишіть формули: а) нерозчинних основ; б) розчинних основ.

8. Закінчіть рівняння реакцій, які відображають хімічні властивості основ і спосіб їх добування:

а) KOH + HCl → … д) Zn(OH)₂ + HCl → …

б) KOH + CO₂ → … е) Zn(OH)₂ …

в) KOH + FeCl₂ → … є) CaO + H₂O → …

г) K + H₂O → … ж) CuCl₂ + KOH → …

9. Які з поданих речовин можна використати для нейтралізації сульфатної кислоти? Na₂CO₃, KOH, H₂O, Ba(OH)₂, CuO, Pb(OH)₂, Cu, BaCl₂, Al(OH)₃. Напишіть рівняння можливих реакцій.

10. Визначте масову частку металу в: а) NaOH; б) Zn(OH)₂.

11. Визначте масу алюміній гідроксиду кількістю речовини 0,3 моль.

12. Здійсніть перетворення: а) Mg → MgO → Mg(OH)₂ → MgCl₂; б) S → SO₂ → H₂SO₃ → K₂SO₃.