Решебник по химии 8 класс Габриелян §24

Основания, их классификация и химические свойства

Стр. 105

Вопрос

Вспомните названия изученных оснований и их состав. Какая группа атомов объединяет основания? Как она влияет на их общие химические свойства?

Из изученных оснований можно выделить следующие: гидроксид натрия NaOH, гидроксид калия KOH, гидроксид кальция Ca(OH)₂, гидроксид меди(II) Cu(OH)₂ и гидроксид магния Mg(OH)₂. Общая для всех этих веществ группа атомов, которая их объединяет, называется гидроксогруппой (–OH). Именно наличие гидроксогруппы обусловливает основные химические свойства оснований: способность вступать в реакцию нейтрализации с кислотами с образованием солей и воды, взаимодействовать с кислотными оксидами, реагировать с солями с образованием новых оснований и солей. Наличие гидроксогруппы также является причиной щелочной реакции среды у водных растворов оснований и их способности изменять окраску индикаторов. Гидроксогруппа определяет и поведение оснований при нагревании, когда нерастворимые основания разлагаются на оксиды металлов и воду.

Стр. 106

Лабораторный опыт 19

В пробирку налейте 1–2 мл раствора щёлочи и несколько капель фенолфталеина. Что наблюдаете? Затем добавьте в пробирку раствор кислоты до полного обесцвечивания содержимого. Объясните результат наблюдений. Запишите уравнение реакции.

При добавлении фенолфталеина в раствор щёлочи наблюдается его малиновое (ярко-розовое) окрашивание, так как фенолфталеин является индикатором, который приобретает этот цвет в щелочной среде. После добавления кислоты происходит постепенное исчезновение малинового цвета до полного обесцвечивания раствора. Это объясняется реакцией нейтрализации, при которой щёлочь взаимодействует с кислотой, образуя соль и воду. В результате этой реакции щелочная среда исчезает, и индикатор вновь становится бесцветным. Например, если в опыте использованы гидроксид натрия (NaOH) и соляная кислота (HCl), уравнение реакции выглядит следующим образом:

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

Стр. 106

Лабораторный опыт 20

Получите нерастворимый гидроксид меди(II) реакцией обмена. Для этого в пробирку с 1 мл раствора сульфата меди(II) налейте 2 мл раствора щёлочи. Что наблюдаете? К полученному осадку добавьте соляную или серную кислоту до полного его растворения. Объясните результаты наблюдений, запишите уравнения реакций.

При смешивании раствора сульфата меди(II) (CuSO₄) с раствором щёлочи (например, NaOH) образуется голубой студенистый осадок гидроксида меди(II) (Cu(OH)₂). Происходит реакция обмена с образованием нерастворимого основания:

CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄

После добавления к осадку гидроксида меди(II) раствора серной (H₂SO₄) или соляной кислоты (HCl) осадок постепенно растворяется, раствор приобретает прозрачность и голубой цвет, так как образуется растворимая соль меди(II). Гидроксид меди(II) реагирует с кислотой с образованием растворимой соли и воды (реакция нейтрализации):

Cu(OH)₂ + H₂SO₄ → CuSO₄ + 2H₂O

или

Cu(OH)₂ + 2HCl → CuCl₂ + 2H₂O

Растворение осадка объясняется тем, что образовавшаяся соль меди(II) является растворимой в воде.

Стр. 107

Лабораторный опыт 21

Получите нерастворимый гидроксид меди(II) реакцией обмена. Для этого в пробирку с 1 мл раствора сульфата меди(II) добавьте 2 мл раствора щёлочи. Пробирку с осадком гидроксида меди(II) закрепите в держателе или лапке штатива и нагрейте. Что наблюдаете? Запишите уравнение реакции.

При смешивании раствора сульфата меди(II) с раствором щёлочи сначала образуется голубой студенистый осадок гидроксида меди(II):

CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄

При нагревании пробирки с осадком гидроксида меди(II) наблюдается изменение цвета осадка с голубого на чёрный, так как гидроксид меди(II) при нагревании разлагается с образованием чёрного осадка оксида меди(II) и воды:

Cu(OH)₂ → CuO↓ + H₂O

В результате реакции наблюдаем чёрный порошкообразный осадок.

Стр. 107

Проверьте свои знания

1. Дайте определение оснований, предложите классификацию по двум признакам и способы образования названий.

Основания — это сложные химические вещества, состоящие из атомов металла и одной или нескольких гидроксогрупп (–OH). Основания можно классифицировать по двум основным признакам: по кислотности и по растворимости. По кислотности выделяют однокислотные (с одной гидроксогруппой, например, NaOH) и двухкислотные (с двумя гидроксогруппами, например, Ca(OH)₂) основания. По растворимости основания делятся на растворимые в воде (щёлочи, например, KOH, Ba(OH)₂) и нерастворимые (например, Cu(OH)₂, Fe(OH)₃).

Названия оснований образуются от слова «гидроксид» и названия металла в родительном падеже. Если металл проявляет переменную валентность, в названии указывают его валентность римскими цифрами в скобках после названия металла. Например, Cu(OH)₂ — гидроксид меди(II), Fe(OH)₃ — гидроксид железа(III).

2. Перечислите химические свойства оснований и подтвердите их уравнениями реакций.

Основания проявляют несколько типичных химических свойств.

При взаимодействии с кислотами основания образуют соль и воду, эта реакция называется нейтрализацией. Например:

Ba(OH)₂ + 2HNO₃ → Ba(NO₃)₂ + 2H₂O.

Нерастворимые основания также могут вступать в реакцию с кислотами:

Fe(OH)₂ + 2HCl → FeCl₂ + 2H₂O.

Основания реагируют с кислотными оксидами, образуя соль и воду, например:

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O.

Растворимые основания вступают в реакцию с растворами солей, образуя нерастворимые основания или новые соли:

CuSO₄ + 2KOH → Cu(OH)₂↓ + K₂SO₄.

Нерастворимые основания при нагревании разлагаются на соответствующий оксид и воду:

Cu(OH)₂ → CuO + H₂O.

3. Сравните свойства оснований со свойствами оксидов.

Основания и оксиды обладают как схожими, так и различными свойствами. Основные оксиды (оксиды металлов IА и IIА групп, кроме магния) и растворимые основания (щёлочи) могут взаимодействовать с кислотами и кислотными оксидами, образуя соль и воду. Это их общее свойство. Однако оксиды, в отличие от оснований, не содержат гидроксогрупп и не проявляют мыльных свойств, не окрашивают индикаторы, поскольку не создают щелочную среду без предварительного взаимодействия с водой. Кроме того, оксиды не разлагаются при нагревании так, как это делают нерастворимые основания. Таким образом, несмотря на определённое сходство в химическом поведении, основания отличаются от оксидов по структуре и некоторым характерным свойствам.

Стр. 108

Примените свои знания

4. Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: Li → Li₂O → LiOH → Li₂CO₃ → CO₂.

Литий взаимодействует с кислородом, образуя оксид лития: 4Li + O₂ → 2Li₂O.

Полученный оксид лития взаимодействует с водой и образует гидроксид лития: Li₂O + H₂O → 2LiOH.

Гидроксид лития реагирует с углекислым газом, в результате образуется карбонат лития и вода: 2LiOH + CO₂ → Li₂CO₃ + H₂O.

При нагревании карбоната лития происходит его разложение, в результате образуются оксид лития и углекислый газ: Li₂CO₃ → Li₂O + CO₂.

5. К 120 мл воды добавили 48 г раствора гидроксида натрия с массовой долей щёлочи 25%. Найдите массовую долю щёлочи в полученном растворе.

Масса чистого вещества гидроксида натрия составляет 25% от 48 г, это равно 12 г. Масса конечного раствора равна сумме массы воды (120 г, так как плотность воды примерно 1 г/мл) и исходного раствора гидроксида натрия (48 г). Общая масса полученного раствора — 168 г. Массовая доля гидроксида натрия в новом растворе равна отношению массы чистого вещества к общей массе раствора, умноженному на 100%: 12 г / 168 г × 100% ≈ 7,14%.

Таким образом, массовая доля щёлочи в полученном растворе равна примерно 7,14%.

6. Найдите массу осадка, выпавшего при добавлении к 160 г 2%-ного раствора сульфата меди(II) необходимого количества раствора гидроксида натрия. Какое количество вещества гидроксида натрия вступило в реакцию?

Сначала найдём массу вещества сульфата меди(II) в растворе: 160 г × 2% = 3,2 г CuSO₄. Молярная масса сульфата меди(II) CuSO₄ примерно равна 160 г/моль. Тогда количество вещества CuSO₄ составит 3,2 г / 160 г/моль = 0,02 моль.

Уравнение реакции:

CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄.

Из уравнения следует, что на 1 моль сульфата меди(II) нужно 2 моль NaOH. На 0,02 моль CuSO₄ потребуется 0,04 моль NaOH.

Рассчитаем массу осадка Cu(OH)₂. Его молярная масса примерно равна 98 г/моль. Тогда масса осадка равна 0,02 моль × 98 г/моль = 1,96 г.

Ответ: масса осадка гидроксида меди(II) равна 1,96 г; количество гидроксида натрия, вступившего в реакцию, равно 0,04 моль.

Стр. 108

Используйте дополнительную информацию

7. Подготовьте сообщение о получении, свойствах и применении одной из едких щелочей.

Сообщение

Гидроксид натрия (едкий натр)

Гидроксид натрия, или едкий натр (формула NaOH), — это твёрдое белое вещество, очень гигроскопичное и хорошо растворимое в воде с выделением большого количества тепла. Его получают несколькими способами, наиболее распространённым является электролиз водного раствора хлорида натрия (поваренной соли), в результате чего образуются водород, хлор и гидроксид натрия.

Гидроксид натрия проявляет сильные щелочные свойства: активно взаимодействует с кислотами (образует соль и воду), кислотными оксидами (например, CO₂), амфотерными металлами (алюминий, цинк) и солями менее активных металлов, осаждая их гидроксиды. Также он взаимодействует с жирами, образуя мыла.

Благодаря таким свойствам гидроксид натрия широко применяется в различных отраслях промышленности и быту. Его используют в производстве мыла, моющих и чистящих средств, в целлюлозно-бумажной промышленности для варки бумаги, в нефтяной отрасли для очистки нефтепродуктов, а также в химической промышленности для синтеза различных веществ. В пищевой промышленности гидроксид натрия используется для очистки оборудования и регулирования кислотности продукции. Однако работа с этим веществом требует строгого соблюдения мер безопасности, так как едкий натр обладает сильным разъедающим действием на кожу и слизистые оболочки.