Мои Конспекты
Главная | Обратная связь

...

Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Многоэлементные химические соединения





Помощь в ✍️ написании работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Реакции между бинарными соединениями ведут к образованию трехэлементных и многоэлементных соединений. Наиболее обычны среди них кислородсодержащие кислоты, основания и соли. Типичным методом получения этих веществ являются реакции соединения оксидов:

Запись формул трехэлементных соединений обычно носит традиционный характер и не всегда соответ-

ствует последовательности соединения атомов между собой. В большинстве этих соединений атомы как металлов, так и неметаллов связаны с кислородом. Однако при взгляде на формулу может возникнуть представление, что первый элемент в формуле (водород, металл) с кислородом не связан.

задание 3.16. Напишите структурные формулы фосфата натрия Na3P04 и хлорной кислоты НСl04.

К многоэлементным химическим соединениям относится немалое число минералов. Обычная слюда имеет формулу KAl3Si3O10(OH)2, а одна из разновидностей драгоценного камня граната - Fe3Al2(Si04)3. Оба вещества имеют атомные структуры.

Необычайно многочисленны трех- и четырехэлементные органические соединения. Все аминокислоты, служащие исходными веществами для построения молекул белков, состоят из углерода, водорода, кислорода и азота, а некоторые из них, например цистеин, содержат еще и серу:

задание 3.17. Напишите формулу цистеина в виде CxHyOzNS.

Сложные вещества - классификация по свойствам и строению

Кислоты

От классификации веществ по составу перейдем к классификации по свойствам. Одно из важнейших и часто проявляющихся химических свойств веществ - кислотность. Это свойство человек ощущает прежде

всего в виде кислого вкуса некоторых пищевых продуктов: фруктов, приправ и т. д., а также лекарств. В индивидуальном виде наиболее давно известна, повидимому, уксусная кислота. В этой книге не раз уже упоминались и другие кислоты.

задание 3.18. Напишите формулы кислот, встречавшихся в изученном материале.

О характерных свойствах кислот трудно говорить без сравнения их с основаниями. Эти вещества тоже известны с древних времен. Их получали из золы растений, а также обжигом известняка. Свойства оснований противоположны свойствам кислот в том смысле, что действие одних нейтрализуется (уничтожается) действием других. Это легко доказать, применяя индикаторы - особые красители, которые получают, в частности, из плодов и ягод, способные изменять окраску под действием кислот и оснований. Размешаем немного черничного сока или сиропа черничного варенья в 1/4 стакана воды. Получим жидкость розового цвета. Добавим к ней порцию пищевой соды на кончике чайной ложки - окраска меняется на синюю. Внося в жидкость после этого уксус (раствор) или лимонную кислоту (порошок), можно увидеть обратный переход окраски из синей в розовую. Это означает, что действие пищевой соды как основания было нейтрализовано кислотой.

Почти такой же опыт можно провести более точно. В коническую колбочку с разбавленной соляной кислотой добавляют 2- 3 капли фиолетового раствора лакмуса в качестве индикатора и перемешивают, слегка встряхивая колбочку с раствором. Наблюдают розовую окраску лакмуса. В бюретку, закрепленную в штативе (рис. 3.1), наливают рас-

Рис 3.1.Титрование кислоты щелочью

твор гидроксида натрия NaOH (основание) и начинают по каплям добавлять его а колбочку с кислотой. Это действие называется титрованием. Цвет раствора сначала остается без изменения. Но наступает момент, когда от очередной добавленной капли основания окраска раствора внезапно меняется с розовой на фиолетовую. После добавления еще 1-2 капель гидроксида натрия окраска переходит в синюю и больше не изменяется. Повторяя опыт, можно убедиться, что на один и тот же объем данного раствора кислоты каждый раз затрачивается одинаковый объем раствора основания. Эти вещества вступают в химическую реакцию нейтрализации, образуя продукт, не проявляющий кислотных и основных свойств, т. е. нейтральный продукт. Пока кислота находится в избытке, у раствора кислая реакция. Переход окраски в промежуточную фиолетовую означает, что раствор стал нейтральным. Дальнейшее добавление основания даже в минимальном количестве создает щелочную среду, что обнаруживается синей окраской индикатора. В проведенном опыте реакция нейтрализации выражается следующим уравнением:

НС1 + NaOH - NaCl + Н20

Обменная реакция между кислотой и основанием называется реакцией нейтрализации.

Образующийся нейтральный продукт представляет собой соль. В данном случае это хлорид натрия. При нейтрализации образовалась также вода, но заметить это, проведя реакцию в растворе, невозможно. В реакции между индивидуальными веществами наблюдалось бы образование водяного пара. В этих условиях смесь веществ сильно разогревается, жидкая кислота разбрызгивается. Проводить реакцию нейтрализации между индивидуальными веществами опасно. Предварительно их следует разбавить водой.

задание3.19.Опишите ожидаемые наблюдения, если подобный опыт проводить добавлением кислоты к раствору гидроксида натрия, содержащему лакмус.

Для испытания растворов на характер среды - кислая, нейтральная, щелочная - часто применяют полоски бумаги, пропитанные лакмусом или другим индикатором. Каплю раствора наносят на индикаторную бумагу и наблюдают изменение окраски.

щ задание 3.20. Имеются растворы соляной кислоты и гидроксида натрия без надписей. Как вы установите, где какой раствор, имея синюю лакмусовую бумагу?

Свойства оснований проявляют не только гидроксиды металлов, но и оксиды. Реакция между кислотой и оксидом металла также является реакцией нейтрализации:

H2S04 + MgO = MgS04 + Н20

Итак, что же такое кислота? В химии есть несколько определений понятия кислота. Ознакомимся с двумя из них.

Кислота - это вещество с молекулярной структурой, в котором водород может замещаться на атомы металлов.

Вещества, соответствующие этому определению, объединяют в класс кислот. В табл. 3.2 приведены сведения о наиболее широко применяемых кислотах.

Таблица 3.2. Некоторые практически важные кислоты

Продолжение табл.

Примечание, с - сильная, сл - слабая, ср - средней силы, у - устойчивая, ну - неустойчивая л - летучая, нл - нелетучая.

Большинство кислот жидкие и газообразные, но есть и кристаллические (лимонная кислота). Кислоты обычно применяют в водных растворах. Летучие кислоты, т. е. газы и легко испаряющиеся жидкости, опасны тем, что могут примешиваться к воздуху и с ним попадать в легкие. Концентрированные (крепкие) растворы кислот хранят в хорошо закрытых сосудах. Разбавленные растворы кислот более или менее безопасны. Больным иногда назначают разбавленный раствор соляной кислоты при недостаточной кислотности желудочного сока. Концентрированные растворы кислот сильно разъедают кожу, оставляя болезненные ожоги. Особенно опасны серная и уксусная кислоты. При случайном попадании кислоты на кожу ее необходимо смыть большим количеством воды.

Среди кислот много неустойчивых веществ. В растворе угольной кислоты более 99%ее распадается на углекислый газ и воду:

Н2С03 = С02 + Н20

Общие химические свойства кислот определяются наличием подвижных атомов водорода, участвующих

в реакциях замещения и обмена. Продукты замещения и обмена водорода на металл называются солями:

Zn + H2S04 = ZnS04 + H2

Zn(OH)2 + H2S04 = ZnS04 + 2H20

задание3.21. Укажите, к какому типу (обмен, замещение) относятся две последние реакции. Почему два атома водорода замещаются одним атомом цинка? Как называется полученная соль? Какая из двух реакций является реакцией нейтрализации?

Каждая кислота образует семейство солей с разными металлами. Часть молекулы кислоты, переходящая в состав соли, называется кислотным остатком. Названия остатков бинарных кислот имеют окончание -ид (С1 - хлорид). У кислородсодержащих кислот остатки имеют окончания -am или -ит (S04 - сульфат, S03- сульфит). Остатки органических кислот могут иметь традиционные названия. Как следует из табл. 3.2, остаток уксусной кислоты имеет название ацетат, а остаток лимонной кислоты - цитрат. На атомы металла могут замещаться 1, 2, 3 и даже более атомов водорода кислоты. Соответствующие кислоты называются одноосновными, двухосновными, трехосновными и т. д.

задание3.22. В табл. 3.2 в формулах уксусной и лимонной кислот атомы водорода, способные замещаться, поставлены в конце. Какова основность этих кислот? Напишите уравнения их реакций с алюминием и гидроксидом натрия.

Кислоты характеризуются силой. Это свойство проявляется в химических реакциях. Взяв растворы соляной и уксусной кислот с приблизительно одинаковым содержанием каждой кислоты, например 5%, и внеся в них по кусочку цинка, можно увидеть, что водород гораздо интенсивнее (быстрее) выделяется из раствора соляной кислоты, чем из раствора уксусной кислоты. Первая кислота сильная, а вторая - ела-

бая. Кислоты, приведенные в табл. 3.2, располагаются в следующий ряд:

В этом ряду сильные кислоты разделены запятыми, так как по силе они практически не различаются между собой. Сила кислот проявляется как в реакциях замещения, так и в обменных реакциях. К общим свойствам кислот относится их участие в обменных реакциях с солями:

В обменных реакциях с солями более сильная кислота вытесняет более слабую.

задание 3.23. Объясните, почему реакция известняка (карбоната кальция) с уксусной кислотой идет в направлении выделения углекислого газа.

Реакции солей с кислотами часто используются для получения слабых кислот. Для этой цели особенно подходит серная кислота, имеющая редкое сочетание свойств - сильная, устойчивая и нелетучая.

задание 3.24. Предложите реакцию для получения уксусной кислоты из ацетата натрия. Как можно убедиться, что при проведении этой реакции действительно образуется уксусная кислота?

Сильные кислоты тоже могут замещать одна другую в солях. При этом действует правило, приведенное на с. 81. В применении к кислотам оно формулируется так.

! При нагревании менее летучие кислоты замещают в солях более летучие.

задание 3.25. Возможны ли реакции между следующими веществами и при каких условиях:

Кислоты классифицируют по составу на бескислородные (бинарные), кислородсодержащие, органические и комплексные. В наиболее часто используемых бинарных кислотах водород связан с атомами галогенов или серы. В большинстве остальных кислот, кроме комплексных, подвижный водород связан с кислородом. В развитии химии был период, когда наличие кислорода в веществе считалось обязательным условием появления кислотных свойств. Отсюда и название кислород. Поэтому хлор не признавался химическим элементом, а считался оксидом гипотетического элемента мурия. В составе НС1 предполагалось наличие кислорода. Важно обратить внимание на то, что водород, связанный с кислородом, становится подвижным при наличии в молекуле другого атома кислорода, присоединенного двойной связью. В молекуле воды у атома кислорода нет двойной связи, и вода проявляет лишь чрезвычайно слабую кислотность.

По мере развития химии становилось все более очевидным, что кислотность проявляют не только рассмотренные выше вещества, отнесенные к классу кислот, но и вещества других классов - оксиды, соли, многие классы органических веществ. Поэтому были предложены и другие определения кислот, из которых рассмотрим следующее.

Кислота - это вещество, создающее в растворе кислую среду.

Приготовим, например, растворы сульфата алюминия A12(S04)3 и дигидрофосфата калия КН2Р04. Это вещества класса солей. Первое из них вообще не содержит водорода, а второе имеет не молекулярную, а ионную структуру и не относится к классу кислот. Но в обоих растворах лакмус окрашивается в красный цвет, обнаруживая кислую среду. Кислотные свойства проявляют и оксиды неметаллов. Выше было приведено уравнение реакции оксида магния с серной кислотой. Но та же соль образуется и при реакции между оксидами магния и серы:

MgO + S03 = MgS04

Способность реагировать с основанием MgO проявляют и серная кислота, и оксид серы(VI). Следовательно, кислотные свойства имеются у обоих веществ. При растворении оксида серы(VI) в воде создается кислая среда. Все это позволяет называть оксид серы(VI) кислотой.

Мы уже знаем, что обменные реакции кислот с солями идут в направлении образования более слабых кислот. На самом деле это правило имеет более широкий смысл.

Если продуктом реакции является кислота, то одним из исходных веществ была более сильная кислота.

Таким образом, оксид cepbi(VI), присоединяющий воду с образованием H2S04, не только проявляет кислотные свойства, но и является более сильной кислотой, чем серная кислота.

Почему же именно молекулярные вещества, содержащие подвижные атомы водорода, выделены в особый класс кислот? Имеются две главные причины. Во-первых, эти вещества существуют в водных растворах, практическое значение которых чрезвычайно велико. Во-вторых, вещества класса кислот образуют семейства солей. Вещества других классов могут проявлять очень сильные кислотные свойства, но своих семейств солей не образуют. Например, S03 проявляет кислотные свойства и реагирует с основаниями. При этом образуются сульфаты - соли серной кислоты.

ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1. Перечислите общие свойства кислот и приведите примеры.

2. Предскажите окраску лакмуса в растворе, полученном смешением исходных растворов, содержащих 1 г азотной кислоты и 1 г гидроксида натрия.

3. Какая масса гидроксида кальция прореагирует с 8 г лимонной кислоты?

4.Какая масса серной кислоты необходима для выделения углекислого газа из 53 г карбоната натрия?

5. На нейтрализацию раствора, полученного поглощением в воде газовой смеси хлороводорода и иодоводорода со средней молярной массой 70 г/моль, затрачено 5,6 г гидроксида калия. Рассчитайте массы исходных кислот.

6. К раствору, содержащему 20,0 г серной кислоты, добавили 10,0 г гидроксида натрия. Какую массу одного из этих веществ следует добавить к полученному раствору, чтобы он стал нейтральным?

7. В какой последовательности пойдут химические реакции при постепенном добавлении гидроксида калия к раствору, содержащему смесь азотной и уксусной кислот?

8.Какую кислоту вы взяли бы для получения сероводорода из сульфида натрия: Н3В03 или СН3СООН?

9.При действии какого вещества на раствор карбоната натрия будет наблюдаться выделение газа: КС1, NaOH, НС1, H3B03, NH3?

10.Возможны ли следующие реакции:

11.Укажите две кислоты в реакции N205 + Н20 = 2HN03. Какая из них сильнее?

Основания

Основания уже известны нам как вещества, нейтрализующие кислоты. Сущность их действия заключается в связывании подвижного водорода кислот. Свойства вещества как основания проявляются в создании щелочной среды в растворе. Название среды происходит от щелочи, т. е. сильного основания. Как и в случае кислот, будем использовать два определения оснований.

Основания - это вещества, реагирующие с кислотами с образованием солей и существующие в водной среде.

Вещества класса оснований (табл. 3.5) не имеют такого единства строения и состава, как кислоты. Сюда относятся гидроксиды металлов, аммиак и органические амины. Оксиды металлов не включаются в класс

оснований, потому что они реагируют с водой, превращаясь в гидроксиды.

Рассмотрим и другое определение основания:

Основание - это вещество, создающее в растворе щелочную среду.

Основные свойства могут проявлять вещества разных классов. Приготовив растворы соды Na2C03 и питьевой соды NaHC03 и добавив индикатор, мы убедились бы, что обе эти соли создают щелочную среду.

Таблица3.3. Некоторые практически важные основания

Основания реагируют с кислотами, образуя соль и воду или только соль:

Характерной группой атомов в структуре оснований является гидроксил ОН. Соединяясь с атомом водорода кислоты, гидроксил превращается в воду. Но водород кислоты может связываться не только гидроксилом, но и азотом аммиака, кислородом оксидов металлов и др. Поэтому класс оснований так разноро-

ден. Число атомов водорода, которые данное основание может присоединить от кислоты, называетсякислотностью. Бывают однокислотные, двухкислотные основания и т. д. Кислотность оснований не следует путать с кислотностью как наличием кислотных свойств.

задание 3.26. Напишите уравнение химической реакции между двухкислотным основанием и трехосновной кислотой.

К сильным основаниям, называемым также щелочами, относятся гидроксиды элементов группы IA от лития до франция и группы IIА от кальция до радия. Гидроксиды остальных металлов являются слабыми основаниями. Все они мало растворимы в воде. Щелочная среда в растворах оснований обнаруживается не только окраской индикаторов, но и ощущением мылкости. Это объясняется действием оснований на белки кожи. Щелочи в крепких растворах производят разъедающее действие, так как быстро разрушают белки и жиры клеток. Шерстяные ткани значительно быстрее разрушаются щелочами, чем кислотами.

Гидроксиды металлов реагируют не только с кислотами, но и с кислотными оксидами:

Другая разновидность оснований - аммиак и органические амины - реагируют только с кислотами:

Многие вещества, традиционно не включаемые в класс оснований, не только могут проявлять основные свойства, но и быть более сильными основаниями, чем обычные щелочи. Рассмотрим две реакции оксида калия:

Первая реакция показывает, что оксид калия нейтрализует кислоту, проявляя основные свойства. Из второй реакции следует, что это вещество в водной среде превращается в основание, оказываясь, таким образом, еще более сильным основанием, чем гидроксид калия. Сильнейшими основаниями являются и продукты замещения водорода на металл в водородных соединениях, не относящихся к кислотам. Аммиак содержит водород, но не является кислотой. Тем не менее он реагирует с натрием:

Естественно, что продукт реакции NaNH2 связывает водород кислот и даже воды и оказывается более сильным основанием, чем щелочь NaOH:

Кроме щелочей, в качестве оснований часто применяют соли, особенно карбонат натрия (соду) Na2C03 и гидрокарбонат натрия (пищевую соду) NaHC03.

Основные свойства карбоната натрия сильнее, чем у аммиака, а пищевой соды - слабее. Раствор карбоната натрия в отличие от щелочей не оказывает опасного разъедающего действия на кожу, а действие гидрокарбоната натрия настолько мягкое, что его можно применять для полоскания полости рта и горла. Гидрокарбонат натрия всегда содержится в крови и создает слабую щелочную среду.

На примере гидрокарбоната натрия можно убедиться, что существуют вещества, и надо сказать, очень многочисленные, проявляющие одновременно и кислотные, и основные свойства. Гидрокарбонат натрия реагирует и с сильной кислотой, и со щелочью, чем и обнаруживается его кислотно-основнаядвойственность:

Далее это явление будет рассмотрено подробно.

ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1. Напишите уравнения реакций аммиака с уксусной и лимонной кислотами.

2. Напишите уравнения реакций этиламина и этилендиамина с серной кислотой.

3. К раствору, содержащему гидроксид натрия и аммиак, добавляют серную кислоту. Напишите последовательно протекающие реакции нейтрализации.

4.Полоски красной лакмусовой бумаги, смоченные водой, поместили над поверхностью растворов гидроксида калия и аммиака. Изменится ли цвет лакмуса?

5. Хлороводород объемом 2,69 л (нормальные условия) поглощен раствором, содержащим 3,2 г гидроксида натрия. Стал ли раствор нейтральным? Рассчитайте количество вещества, которое следует добавить для достижения нейтральной реакции.

6. Реагирует ли оксид кальция со следующими веществами: NH3, HBr, LiOH, С02? Напишите уравнения реакций.

7.В воде растворили 2 г гидроксида натрия и 2 г серной кислоты. Как поведет себя в полученном растворе фенолфталеин, имеющий розовую окраску только в щелочной среде?

8. Возможно ли протекание химической реакции

2NH4C1 + Са(ОН)2 = 2NH3 + СаС12 + 2Н20

Соли

Соли - наиболее обычные и многочисленные неорганические вещества. Характерными признаками солей являются: кристаллическое состояние при обычных условиях и довольно высокие температуры плавления. Типичные соли в большей или меньшей мере растворимы в воде. Растворы солей могут быть нейтральными, щелочными и кислыми. Кристаллы и растворы многих солей имеют характерную окраску. Среди веществ, которые почти всегда имеются дома, окрашенной солью является перманганат калия КМп04. Еще две соли, применяемые в быту, - пищевая (поваренная) соль и пищевая (питьевая) сода - не окрашены, т. е. белые. Если перед нами имеется ве-

щество, по внешнему виду похожее на пищевую соль, то весьма вероятно, что это тоже какая-то соль. Именно сходство многих солей с хлоридом натрия по внешнему виду и по способности растворяться в воде обусловило название этого класса веществ. Из предыдущих разделов нам известно также, что соли являются продуктами реакций нейтрализации. О хлориде натрия можно сказать, что эта соль - продукт нейтрализации соляной кислоты гидроксидом натрия (с. 86).

Кристаллические структуры солей ионные. В них определенным образом чередуются атомы (ионы) металлов и кислотные остатки. Последние могут быть как одноатомными, так и многоатомными. В разделе 1.3 приведен пример кристаллической структуры хлорида натрия.

Соли - это вещества с ионной кристаллической структурой, которые можно рассматривать как продукты нейтрализации кислот основаниями.

Своей ионной структурой соли резко отличаются от кислот. Замена в солях одного металла на другой дает разные соли, а замена металла на водород дает кислоту - вещество другого класса. Все соли - кристаллические вещества, а кислоты, как правило, жидкости или газы. Структурную формулу соли можно написать лишь в том случае, когда известно координационное число атома металла. Если оно неизвестно, то в структурной формуле следует показать только строение кислотного остатка.

Например, структурная формула фосфата калия К3Р04 записывается так:

Соли представляют собой более обширный класс химических соединений, чем кислоты и основания, так как каждой кислоте соответствует семейство со-

лей, образующихся при нейтрализации разными основаниями. Число солей возрастает также и потому, что есть соли неустойчивых кислот, которые упоминаются в химии лишь как вещества, от которых производятся соответствующие соли. Известна соль дитионит цинка ZnS204, образующаяся по реакции

Кристаллогидратом называется твердое соединение соли (или вещества другого класса) с водой, представляющее собой индивидуальное вещество.

В виде безводных кристаллов из растворов выделяются некоторые соли натрия, калия, аммония и нерастворимые осадки солей при протекании обменных реакций. Остальные растворимые соли кристаллизуются с различным числом молекул воды.

пример3.1. При охлаждении 40% -го раствора карбоната натрия до 20 °С выделились бесцветные кристаллы, которые были отфильтрованы, высушены и взвешены. Их масса составила 14,3 г. Вещество поместили в открытой чашке в эксикаторе с Р205. Масса вещества постепенно уменьшилась до 5,3 г, а его кристаллы рассыпались в белый порошок. Объясните происходящие явления и установите формулу вещества.

РЕШЕНИЕ. Из раствора выделился кристаллогидрат, который постепенно терял воду:

По стехиометрическому правилу

Итак, получаем формулу кристаллогидрата карбоната натрия Na2C03 • 10Н2О.

Название кристаллогидрата состоит из слова гидрат с приставкой греческого числительного и названия самой соли:

Большинство кристаллогидратов при нагревании теряют воду и превращаются в безводные соли. Потеря воды без нагревания в сухом воздухе называется выветриванием. В некоторых кристаллогидратах вода удерживается очень прочно. Соль СаС12 • 6Н20 окончательно теряет воду лишь при 300 °С. Безводный хлорид кальция поглощает пары воды и применяется для высушивания других веществ.

Кристаллы одной и той же соли могут содержать разное число молекул воды в зависимости от температуры кристаллизации. Карбонат натрия при температуре

выше 32 °С вместо кристаллогидрата Na2C03 • 10Н20 образует Na2C03 • Н20.

Природа солей, как уже говорилось, двойственна. Они содержат и кислотный остаток, и металл из основания (только соли аммиака и органических аминов представляют собой продукты непосредственного соединения кислоты с основанием). Это ведет к тому, что в свойствах солей проявляются и кислотные, и основные признаки. Растворы солей алюминия, цинка, железа и многих других металлов имеют кислую реакцию, окрашивают лакмус в красный цвет. Растворы солей угольной, уксусной и других слабых кислот имеют щелочную реакцию и окрашивают лакмус в синий цвет. Растворы солей сильных кислот и оснований имеют нейтральную реакцию. Способность солей создавать ту или иную среду используется практически. Вместо щелочи NaOH с сильным разъедающим действием часто вполне достаточно применить более безопасный карбонат натрия.

Zn + 2S02 = ZnS204

Соответствующая ей дитионовая кислота H2S204 в индивидуальном виде не существует, так как разлагается в момент образования.

задание3.27. Напишите реакции нейтрализации уксусной кислоты гидроксидом кальция и серной кислоты аммиаком.

Сведения о некоторых хорошо известных солях приведены в табл. 3.4. Соли находят разнообразное практическое применение в промышленности, сельском хозяйстве и быту. Еще более интересны они тем, что всегда содержатся в живых организмах. К таким солям относятся хлорид натрия, хлорид калия, хлорид магния, фосфат кальция, гидрокарбонат натрия и ряд других. Многим солям, как и веществам других классов, присуща ядовитость. Неизвестные кристаллы и растворы никогда нельзя пробовать на вкус.

Таблица 3.4. Некоторые практически важные соли

Продолжение табл.

Среди солей есть как растворимые, так и нерастворимые в воде вещества. Данные о растворимости приведены на втором форзаце. У растворов солей есть общее свойство - хорошая электрическая проводимость. Растворы кислот и оснований тоже проводят электричество, но проводимость сильных кислот и оснований превышает проводимость солей (при прочих равных условиях), а проводимость слабых - меньше, чем проводимость солей.

опыт3.1. В цепи электрической лампы разрезают один провод, снимают изоляцию на 3-4 см и надевают на концы изолирующие трубки (прозрачные корпуса от шариковых ручек). Включив вилку в сеть, опускают трубки одновременно в стакан с раствором пищевой соли. Содержание соли можно изменять в пределах двух чайных ложек. Наблюдают яркость горения лампы, зависящую от количества растворенной соли.

Частицы солей в растворе с разной степенью прочности соединяются с молекулами воды. Некоторые соли выделяются из растворов в виде безводных кристаллов, а другие - в виде кристаллогидратов.

Кристаллогидратом называется твердое соединение соли (или вещества другого класса) с водой, представляющее собой индивидуальное вещество.

В виде безводных кристаллов из растворов выделяются некоторые соли натрия, калия, аммония и нерастворимые осадки солей при протекании обменных реакций. Остальные растворимые соли кристаллизуются с различным числом молекул воды.

пример3.1. При охлаждении 40% -го раствора карбоната натрия до 20 °С выделились бесцветные кристаллы, которые были отфильтрованы, высушены и взвешены. Их масса составила 14,3 г. Вещество поместили в открытой чашке в эксикаторе с Р205. Масса вещества постепенно уменьшилась до 5,3 г, а его кристаллы рассыпались в белый порошок. Объясните происходящие явления и установите формулу вещества.

РЕШЕНИЕ. Из раствора выделился кристаллогидрат, который постепенно терял воду:

По стехиометрическому правилу

Итак, получаем формулу кристаллогидрата карбоната натрия Na2C03 • 10Н2О.

Название кристаллогидрата состоит из слова гидрат с приставкой греческого числительного и названия самой соли:

Большинство кристаллогидратов при нагревании теряют воду и превращаются в безводные соли. Потеря воды без нагревания в сухом воздухе называется выветриванием. В некоторых кристаллогидратах вода удерживается очень прочно. Соль СаС12 • 6Н20 окончательно теряет воду лишь при 300 °С. Безводный хлорид кальция поглощает пары воды и применяется для высушивания других веществ.

Кристаллы одной и той же соли могут содержать разное число молекул воды в зависимости от температуры кристаллизации. Карбонат натрия при температуре

выше 32 °С вместо кристаллогидрата Na2C03 • 10Н20 образует Na2C03 • Н20.

Природа солей, как уже говорилось, двойственна. Они содержат и кислотный остаток, и металл из основания (только соли аммиака и органических аминов представляют собой продукты непосредственного соединения кислоты с основанием). Это ведет к тому, что в свойствах солей проявляются и кислотные, и основные признаки. Растворы солей алюминия, цинка, железа и многих других металлов имеют кислую реакцию, окрашивают лакмус в красный цвет. Растворы солей угольной, уксусной и других слабых кислот имеют щелочную реакцию и окрашивают лакмус в синий цвет. Растворы солей сильных кислот и оснований имеют нейтральную реакцию. Способность солей создавать ту или иную среду используется практически. Вместо щелочи NaOH с сильным разъедающим действием часто вполне достаточно применить более безопасный карбонат натрия.

Выше уже приводились важнейшие способы получения солей. Обобщим их на примере получения сульфата магния MgS04.

Реакция металла с кислотой:

Mg + H2S04 = MgS04 + Н2

Реакция оксида металла с кислотой: MgO + H2S04 = MgS04 + Н20

Реакция кислотного оксида с основанием: Mg(OH)2 + S03 = MgS04 + Н20

Реакция соединения оксидов:

MgO + S03 = MgS04

Реакция нейтрализации:

Mg(OH)2 + H2S04 = MgS04 + 2Н20

Химические свойства.Для солей в водных растворах характерны реакции обмена с кислотами, основаниями и другими солями, а также реакции замещения с металлами.

Реакции обмена идут в направлении образования слабой кислоты, слабого основания, нерастворимого твердого вещества или газа.

задание 3.28. Укажите причину протекания следующих реакций:

Реакции замещения у солей можно наблюдать в следующих опытах.

w опыт 3.2. В голубой раствор сульфата меди опускают скрепку или гвоздик. На поверхности железа появляется розовый слой меди:

опыт 3.3. В раствор нитрата свинца Pb(N03)2 опускают цинковую гранулу. На ее поверхности образуется толстый рыхлый слой кристаллов свинца - «свинцовая шуба»:

По способности замещать друг друга в водных растворах солей металлы располагаются вэлектрохимический ряд напряжений:

Mg, Al, Zn, Cr, Fe, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pt, Au1

! Каждый металл способен вытеснять из солей другие металлы, стоящие в ряду правее, а также водород из кислот. Исключение составляют магний и алюминий, которые замещают другие металлы, но сами из растворов солей в виде металлов не выделяются.

задание 3.29. Железная пластинка до погружения в раствор сульфата меди имела массу 5,3 г, а после - 5,44 г. Рассчитайте массу образовавшейся меди.

1 Более полный ряд дан в разделе 13.

Кристаллические соли характеризуются разной термической устойчивостью. Наиболее устойчивы, как правило, бинарные соли. При нагревании они плавятся, а многие и кипят без разложения. Соли металлов группы IA с остатками кислородных кислот тоже термически устойчивы. Соли других металлов с остатками кислородных кислот при достаточном повышении температуры обычно разлагаются с выделением летучих оксидов неметаллов и продуктов их превращения, среди которых часто оказывается кислород:

Рассмотрим важнейшие разновидности солей.

Бинарные соли.Выше было отмечено, что бинарные соединения галогенов и серы с металлами являются солями. Галогениды представляют собой очень широко распространенную разновидность солей. В природе они встречаются в морской воде и в виде твердых месторождений. Среди галогенидов особое положение занимают фториды. Их растворимость как бы противоположна растворимости остальных галогенидов. У серебра, образующего нерастворимые хлорид, бромид и иодид, фторид оказывается хорошо растворимой солью. Наоборот, у кальция хорошо растворимы хлорид, бромид и иодид, но не растворим фторид.

Соли кислородсодержащих кислот.Все неметаллы и некоторые металлы образуют кислородсодержащие кислоты. Соответствующие им соли очень многочисленны. В природе широко распространены силикаты, карбонаты, сульфаты и фосфаты. Металл в солях этого типа всегда связан с кислородом. Растворимые в воде соли кислородсодержащих кислот почти всегда образуют кристаллогидраты.

задание 3.30. Напишите структурные формулы кислотных остатков карбонатов, фосфатов и сульфатов.

В названиях солей кислородсодержащих кислот остаток кислоты называется в соответствии с данными последней колонки табл. 3.4.

Соли органических кислот.Известно очень много органических кислот. Соли простейших органических кислот - уксусной, щавелевой Н2С204, муравьиной НСООН - не имеют существенных отличий от обычных неорганических солей. Но соли кислот с большим числом атомов углерода приобретают совершенно новые свойства. Смесь натриевых солей карбоновых кислот СnН2n+1СООН (п > 7) известна как обычное мыло. Из-за наличия длинной углеродной цепочки мыло не кристаллизуется и не растворяется в воде, как другие соли. Вместо этого оно образует тонкую пленку на поверхности воды.

Соли аммиака и органических аминов.Эти соли вместо атомов металлов содержат многоатомные частицы, состоящие из молекулы NH3 или органического амина и присоединенного к ним водорода кислоты:

Соли аммония и его органических производных имеют все характерные свойства солей. Главная особенность их заключается в реакциях со щелочами - наблюдается выделение аммиака или аминов:

При повышении температуры соли аммония разлагаются на аммиак и кислоту:

задание 3.31.Напишите реакцию бромида этиламмония с гидроксидом кальция.

Двойные соли.Известно много солей, содержащих два разных металла при одном кислотном остатке. Такие соли называются двойными.

задание 3.32. Найдите пример двойной соли в изученном материале.

Двойные соли часто кристаллизуются из растворов. Для этого требуется, чтобы двойная соль оказалась менее растворима, чем каждая из двух содержащихся в растворе солей.

опыт 3.4.Можно приготовить по 100 г 11%-го раствора сульфата калия и 22%-го раствора сульфата алюминия. При их смешении выделяется белый осадок двойной соли:

Содержание в растворе этой двойной соли не превышает 6%. Поэтому часть ее выделяется в осадок.

Кислые соли.Нам хорошо известен гидрокарбонат натрия NaHCOg. Это кислая соль, продукт частичной нейтрализации угольной кислоты. Образование кислых солей возможно вследствие того, что многоосновные кислоты нейтрализуются ступенчато:

Если щелочь взята в недостатке, то нейтрализация оказывается незавершенной, и образуется кислая соль или смесь солей.

пример 3.2. В растворе смешаны 0,1 моль углекислого газа и 0,16 моль гидроксида натрия. Найдите массы веществ после окончания реакции.

РЕШЕНИЕ. Напишем уравнения реакций.

В первой стадии нейтрализации щелочь прореагировала не полностью, и пойдет вторая стадия

В растворе будет содержаться смесь 3,36 г питьевой соды и 6,36 г соды.

По составу кислая соль NaHC03 промежуточна между обычной (средней) солью и кислотой. Кроме того, она проявляет свойства основания, так как создает щелочную среду. Иначе как хамелеоном ее не назовешь!

задание з.зз. Напишите реакции дигидрофосфата калия с серной кислотой и гидроксидом калия.

Кислые соли могут быть получены еще двумя способами:

- по обменной реакции соли многоосновной кислоты с сильной кислотой при недостатке последней:

Na2C03 + НС1 = NaHC03 + NaCl

- по обменной реакции между солью многоосновной кислоты и самой кислотой:

Na2C03 + Н2С03 = 2NaHC03

задание 3.34. Напишите реакцию фосфата калия с двойным количеством вещества фосфорной кислоты.

Основные соли. По аналогии с кислыми солями основные соли можно понять как продукты частичной

нейтрализации многокислотных оснований кислотами. В небольших количествах основные соли могут содержаться в растворах, но значительно реже, чем кислые соли, выделяются в виде индивидуальных веществ. Этому мешает нерастворимость большинства гидроксидов металлов.

Предположим, что требуется превратить 0,1 моль нитрата цинка Zn(N03)2 в основную соль Zn(OH)N03. Для этого берем 0,1 моль гидроксида натрия. Вместо ожидаемой реакции идет образование нерастворимого гидроксида цинка, а половина взятого количества соли остается в растворе:

Если основная соль оказывается очень мало растворимым веществом, то она выпадает в осадок даже тогда, когда этого трудно ожидать.

опыт 3.5.К голубому раствору сульфата меди добавляют раствор карбоната натрия. Образуется светло-зеленый осадок основного карбоната меди и выделяется газ:

Основной карбонат меди встречается в природе в виде красивого минерала малахита.

ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1. Установите формулы солей, имеющих следующий состав по массе: а) 26,53% -хрома, 24,49% -серы и кислород; б) 5,22% -водорода, 12,7% -азота, 26,96% -фтора и кислород; в) 34,43% -железо, остальное хлор.

2. Приведите примеры: а) трех солей одной кислоты; б) трех солей одного основания.

3.Раствор какого вещества лучше проводит электричество: аммиак, ацетат аммония, уксусная кислота?

4.Напишите четыре разнотипные реакции, одним из продуктов которых является бромид калия.

5. Из одной бюретки по каплям добавляют раствор карбоната натрия в раствор хлороводорода, а из другой - раствор хлороводорода в раствор карбоната натрия. Напишите уравнения происходящих реакций.

6. Напишите формулы всех натриевых солей лимонной кислоты.

7. Смешали растворы, содержащие 19,6 г фосфорной кислоты и 16,0 г гидроксида натрия. Напишите уравнение реакции.

8. Смешали растворы, содержащие 14,7 г фосфорной кислоты и 14,0 г гидроксида калия. Рассчитайте массы продуктов нейтрализации.

9.Какие массы карбоната натрия и уксусной кислоты должны быть взяты для получения 30,6 г ацетата натрия в виде кристаллогидрата?

10.Рассчитайте массовую долю воды в кристаллогидрате иодида магния.

11.Определите формулу кристаллогидрата, состоящего из 12,85% натрия, 8,65% фосфора, 6,98% водорода, остальное кислород.

12.С какими из следующих веществ сульфид калия может реагировать в растворе: карбонат натрия, гидрокарбонат натрия, аммиак, уксусная кислота?

Доверь свою работу ✍️ кандидату наук!
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой



Поиск по сайту:







©2015-2020 mykonspekts.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.