В уроке 25 «Соли» из курса «Химия для чайников» узнаем, как правильно называть соли, их состав и научимся составлять химические формулы солей.
Как отмечалось в предыдущем уроке, в реакциях кислот с металлами выделяется простое вещество водород Н2. Кроме водорода, образуются и сложные вещества: ZnCl2, MgSO4 и др. Это представители класса широко распространенных в химии соединений — солей (рис. 102).
Здесь же мы рассмотрим состав солей, научимся составлять их формулы, узнаем, как называть соли.
Cостав солей
Сравним формулы кислот HCl и H2SO4 c формулами солей ZnCl2 и FeSO4. Мы видим, что в этих формулах одинаковые кислотные остатки Cl(I) и SO4(II). Но в молекулах кислот они соединены с атомами водорода Н, а в формульных единицах солей — с атомами цинка Zn и железа Fe. Значит, эти и другие соли можно рассматривать как продукты замещения атомов водорода в молекулах кислот на атомы металлов. Вещества, подобные ZnCl2 и FeSO4, относят к классу солей.
Соли — это сложные вещества, состоящие из атомов металлов и кислотных остатков.
В солях кислотные остатки соединяются с атомами металлов в соответствии с их валентностью. Для составления химической формулы соли необходимо знать валентность атома металла и валентность кислотного остатка. При этом пользуются тем же правилом, что и при составлении формул бинарных соединений. Для солей это правило следующее: сумма единиц валентности всех атомов металла должна быть равна сумме единиц валентности всех кислотных остатков.
Для примера составим формулу соли, в которую входят атомы кальция и кислотный остаток фосфорной кислоты PO4(III). Кальций проявляет постоянную валентность II, а валентность кислотного остатка PO4 равна III.
Названия солей
Соли образованы атомами разных металлов и различными кислотными остатками. Поэтому состав солей самый разнообразный. Давайте научимся давать им правильные названия.
Название соли состоит из названия кислотного остатка и названия металла в родительном падеже. Например, соль состава NaCl называют «хлорид натрия».
Если входящий в формульную единицу соли атом металла имеет переменную валентность, то она указывается римской цифрой в круглых скобках после его названия. Так, соль FeCl3 называют «хлорид железа(III)», а cоль FeCl2 — «хлорид железа(II)».
В таблице 10 приведены названия некоторых солей.
Соли — это вещества немолекулярного строения. Поэтому их состав выражают с помощью формульных единиц. В них отражено соотношение атомов металлов и кислотных остатков. Например, в формульной единице NaCl на один атом Na приходится один кислотный остаток Cl.
По химической формуле соли можно вычислить ее относительную формульную массу Mr, а также молярную массу M, например:
К солям относится не только поваренная соль (NaCl), но и мел, мрамор (СаСО3), сода (Na2CO3), марганцовка (KMnO4) и др.
Краткие выводы урока:
- Соли — сложные вещества, которые состоят из атомов металлов и кислотных остатков.
- Соли образуются при замещении атомов водорода в молекулах кислот на атомы металлов.
- Соли — вещества немолекулярного строения.
Надеюсь урок 25 «Соли» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.
Вы знаете, чем простые вещества отличаются от сложных? Напомню, что молекулы простых веществ состоят из атомов одного вида (сера S, золото Au, кислород O2), а сложные – из атомов разных видов (вода Н2О, фосфорная кислота Н3РО4, этиловый спирт С2Н5ОН). Тут резонно задать вопросом, а почему атомы не соединятся один с одним, ведь так всё будет гораздо проще, мы получим вещества с формулами вида НО, HS, CaOH и так далее. Но это решительно невозможно потому, что в дело вступает валентность.
Напомню, что валентность – это способность атома образовывать химическую связь. Вот представьте, что атом водорода хочет соединиться с атомом кислорода (это будет вода). И тут проблема:
водород всегда имеет валентность I, а кислород всегда имеет валентность II.
Это означает, что один атом водорода может образовать только одну связь и не больше. А атому кислорода подавай две и не меньше! Как же быть? А давайте-ка одному предложим соединиться с двумя атомами водорода. Это будет выглядеть так: Н-О-Н. Здесь тире означает ту самую химическую связь. И, как видно из этой простой схемы, все счастливы: каждый атом водорода получил одну связь, а единственный атом кислорода радостно образовал две. Таким образом, формула воды Н2О.
Перед тем, как мы начнём тренироваться, нужно запомнить две принципиально важные вещи. Мы их рассмотрим на примере оксида алюминия:
1. Валентность пишется над знаком элемента и всегда римскими цифрами. Валентность никогда не может быть дробной, это всегда целое число. Просто потому, что атома связаны одной, двумя, тремя связями. Атомы не могут быть связаны полутора, двумя с половиной или тремя четвертями связей.
2. Рядом со знаком элемента внизу справа находится индекс. Это важно запомнить! Индекс (он пишется привычной арабской цифрой) показывает, сколько атомов данного вида входит в молекулу. В нашем примере мы видим, что в молекуле оксида алюминия имеется два атома алюминия (справа внизу от знака алюминия цифра 2) и три атома кислорода (справа внизу от знака кислорода цифра 3). Индекс всегда целое число! Потому что в молекулу не может входит половина атома или полтора атома. Представьте для наглядности, что молекула – это семья, где есть родственники. В семье же не может быть две с половиной бабушки или полтора брата. По крайней мере, я таких не видела.
А теперь тренировка
Учитель химии просит
составить формулу вещества, при этом валентность атомов известна.
Напомню, что некоторые атомы, склонные к постоянству, всегда имеют одинаковую валентность. Она определяется группой, в которой атом стоит в таблице Менделеева. Так, металлы основной подгруппы первой группы всегда имеют валентность I, второй – II, третьей – III. Элементы основной подгруппы седьмой группы имеют валентность I (пока просто запомните это). Итак, нам нужно составить формулу оксида натрия. Сразу понимаем, что молекула состоит из атомов натрия и кислорода. Записываем это: NaO. Теперь вспоминаем про валентность (без неё никак): натрий – элемент основной подгруппы первой группы, имеющий валентность I, кислород тоже постоянен в привычках и имеет валентность II. Записываем и это:
Обратите внимание, что пока индексы обозначены X и Y, ведь мы же их не знаем. Репетитор по химии расскажет, что нужно найти наименьшее кратное и будет говорить всякие другие страшные слова, но мы будем действовать проще. Поставьте валентность по диагонали, превратив их в арабские цифры:
Смотрите, что произошло. Валентность кислорода II. Мы превращаем её в арабскую 2 и переносим по диагонали к натрию. Валентность натрия I. Мы превращаем её в арабскую 1 и переносим к кислороду. Вы скажете, что справа внизу от кислорода нет никаких единиц, в чём дело? А дело в том, что если в молекуле уже есть атом, то понятно, что он есть и он один. Мы же в формуле указали, что кислород присутствует, значит, он и есть в единственном числе. Таким образом формула оксида натрия Na2О.
Другой случай. Нам нужна формула оксида цинка. Кислород с валентностью II встречается с цинком, который тоже всегда имеет валентность II. Это идеальная пара, смотрите:
Цинк образует две связи и кислород образует две связи, значит, им больше ничего не нужно, эти два атома свяжутся друг с другом с помощью двух связей. Не надо ничего переносить по диагонали, достаточно понять, что если валентности равны, то атомы соединяются один к одному, то есть формула оксида цинка ZnO.
Теперь разберём пример посложнее. В учебнике химии задание: составить формулу оксида железа (III). Обратите внимание, что тут указана валентность железа. Так пишут в случае, когда элемент может обладать разной валентность. Например, желез может быть двухвалентным или трёхвалентным. Чтобы было понятно, о каком именно идёт речь, валентность указывают в скобках. Итак, действуем привычным способом:
Что мы видим? Валентности, увы, разные, следовательно атомы не соединяются один к одному. Тогда без колебаний действуем как в первом примере: используем перенос по диагонали. Валентность железа III превращаем в арабскую 3 и приписываем справа внизу к кислороду. Валентность кислорода II превращаем в арабскую 2 и приписываем внизу справа к железу. Вуаля!
Вот так симпатично и выглядит оксид железа (III) Fe2О3!
Продолжаем. Хотите узнать формулу оксида серы (VI)? Это просто. Давайте сразу запишем:
Тут придётся слегка напрячься. По идее мы можем сделать перенос по диагонали и получить формулу S2О6. Но это неверно, будьте внимательны! Дело в том, что в такой куче получается слишком много атомов, а ведь их можно просто уменьшить в два раза, получив более простую (и правильную!) формулу SО3.
Ну и в заключение ещё один пример, который может встретиться в контрольной по химии. Как выглядит оксид азота (V)? Азот, кстати, тоже любит хулиганить и выступать с разной валентностью. Конкретно в этом случае у него валентность V. Думаю, теперь уже без заумных пояснений понятно, что формула будет такой:
Ура!
Но спешу вас немного огорчить: пока мы натренировались составлять формулы, если известна валентность. В следующий раз мы будет решать обратную задачу: зная формулу, будем определять валентность. Это уже гораздо проще, так что готовьте чай и печеньки.
Пожалуйста, пишите в комментариях, что осталось непонятным, и я обязательно дам дополнительные пояснения. Жалуйтесь на сложности в изучении школьного курса и говорите, что вас испугало в учебнике химии. И тогда следующая статья будет рассказывать именно об этой проблеме.
Содержание:
Понятие о солях:
В предыдущем параграфе продукты замещения атомов водорода атомами металла имели формулы
Для этого разделим каждую формулу черточкой на две части:
Легко заметить, что первая составная часть формулы представлена металлическими элементами, а вторая — кислотными остатками. Кроме рассмотренных примеров, существует много веществ, формулы которых содержат металлические и кислотные остатки. Все они относятся к классу соединений, который получил название соли.
Соли — это сложные вещества, образованные атомами металлов и кислотными остатками
В отличие от кислот, представители класса солей имеют немолекулярное строение, их структурными частями являются ионы — катионы металлов и анионы кислотных остатков.
Формулу солей в общем виде можно записать так:
Номенклатура солей
Номенклатура солей (речь пойдет о так называемых средних солях, которые соответствуют приведенной общей формуле и являются продуктами полного замещения атомов водорода в кислоте). Название солей состоит из двух слов: названия металлического элемента и названия кислотного остатка в именительном падеже, например — хлорид натрия.
Если металл имеет переменную валентность, ее указывают в круглых скобках после его символа без интервала, например: — сульфат железа
Кроме современных названий солей, которые отвечают указанным правилам, за некоторыми солями сохранились исторические названия, например: — поваренная соль.
Определение валентности металлов в формулах солей и составление формул солей по валентности. Определяя валентность металла в формуле соли или составляя формулы солей, придерживаются общего правила, как при определении валентности элементов в бинарных соединениях и составлении их формул.
Сумма единиц валентности одной части формулы соли (атомов металла) равна сумме единиц валентности второй ее части (кислотного остатка).
Пример №
Определить валентность хрома в солях, формулы которых: и назвать их.
Решение
Обе соли содержат двухвалентный кислотный остаток серной кислоты.
Сумма единиц валентности кислотного остатка в первой формуле равна 2. Такой же должна быть и сумма валентностей атомов хрома. Поскольку атом хрома в этой формуле один, то обе валентности принадлежат ему. Следовательно, хром в формуле двухвалентен.
Во второй формуле кислотных остатков — три. Поэтому сумма единиц их валентностей составляет Атомов хрома в этой формуле два, а сумма единиц их валентностей также равна 6. Значит, валентность одного атома хрома в соединении составляет
Ответ:
Пример №
Составить формулу нитрата алюминия.
Решение
1. Записываем символы металла и кислотного остатка:
2. Над металлом и кислотным остатком проставляем валентность:
3. Для единиц валентности металла и кислотного остатка находим наименьшее общее кратное: это число 3.
4. Делением общего кратного 3 на валентность металла и кислотного остатка находим индексы:
а) (индекс алюминия);
б) (индекс кислотного остатка).
Полученные индексы вписываем в формулу нитрата алюминия:
Ответ:
Из общей формулы солей следует, что индекс металла совпадает с валентностью кислотного остатка, а индекс кислотного остатка — с валентностью металла. Однако, как и у оксидов, в формулах кислот четных индексов нет. Поэтому при составлении формул кислот по валентности проводят сокращение четных индексов.
Физические свойства солей
При нормальных условиях соли находятся только в твердом состоянии. Это тугоплавкие кристаллические вещества, поэтому, чтобы перевести их в жидкое состояние, а тем более в парообразное, нужны высокие температуры. Так, температура плавления сульфида бария равна
По способности растворяться в воде соли делят на растворимые (хлорид натрия, нитрат калия), малорастворимые (сульфит магния, хлорид свинца и нерастворимые (карбонат кальция, сульфат бария). Информация о растворимости солей и кислот содержится в таблице растворимости этих соединений в воде (см. Приложение).
Соли — это вещества без запаха, разного вкуса. Может показаться, что класс веществ «Соли» получил такое название благодаря соленому вкусу его соединений. В действительности же с «чистым» соленым вкусом существует лишь одна соль, и вам она хорошо известна, это — хлорид натрия. Врачи предостерегают от избыточного употребления поваренной соли, однако в жизненно необходимых порциях хлорида натрия нуждается организм и человека, и животных. Она нужна для поддержания состава крови, а также вырабатывания желудочного сока. Физраствор, который используется для лечения больных,— ничто иное, как раствор хлорида натрия.
Соли бериллия — сладкие на вкус, соли магния — горькие, карбонат кальция (мел) — безвкусный. В большинстве своем соли имеют смешанный вкус — кисло-сладкий, горько-соленый.
Помните! В химическом кабинете соли ни в коем случае не пробуют на вкус!
Большинство солей белого цвета. Цвет перманганата калия фиолетовый,хлорида железа — коричнево-красный, ортофосфата серебра — желтый.
Внимательно рассмотрите образцы солей, которые учитель демонстрирует вам на урюке, и определите цвет и растворимость каждой из них.
Итоги:
- К классу солей относятся сложные вещества, образованные атомами металлов и кислотными остатками.
- В формулах солей сумма единиц валентности металла равна сумме единиц валентности кислотного остатка.
- Составляя формулу соли, необходимо знать валентность металла и кислотного остатка.
- По современной номенклатуре, названия солей образуют из названия металла и названия кислотного остатка и проставляют валентность металлов, у которых она имеет несколько значений.
Наиболее распространенной из солей угольной кислоты является карбонат кальция Кроме того, что эта соль — основная составляющая мрамора, мела, известняка, доломита, существует также несколько необычная форма нахождения ее в природе — из карбоната кальция и незначительного количества других веществ в теле некоторых моллюсков формируются жемчужины. Это округлые, гладкие, с перламутровым отблеском образования, в состав которых входит 86—90 % карбоната кальция, 6—12 % органического клейкого вещества конхиолина, выделяемого моллюском, когда в его раковину попадет посторонний предмет, и вода. Конхиолин крепко склеивает тоненькие пластинки карбоната кальция.
Жемчужина формируется в раковине моллюска вокруг раздражителей — чаще всего песчинок — и приблизительно за 12 лет вырастает величиной с горошину. Большие жемчужины правильной формы — чрезвычайная редкость.
Жемчуг издавна используют в качестве украшений. Особенно ценятся жемчужины правильной шарообразной формы. Они очень дорогостоящие: жемчужина диаметром 1 см стоит около 4000 долларов.
Средняя продолжительность хранения жемчужин составляет от 250 до 500 лет, после чего они теряют блеск и их легко измельчить в порошок.
Скелет других водных обитателей — коралловых полипов — по составу близок к жемчугу. Большие скопления коралловых полипов образуют коралловые рифы. В результате археологических раскопок обнаружилось, что люди издавна изготавливают украшения из кораллов (так называется скелет коралловых полипов). Благодаря несколько иному составу, чем у жемчужин, такие изделия сохраняются дольше. В зависимости от содержания органических веществ, кораллы бывают разного цвета: розовые, красные и даже черные. Изготовленные из таких кораллов украшения — ожерелья, серьги, кольца — считаются самыми дорогими. Владельцам кораллов нужно знать, что даже при легком нагревании эти драгоценности теряют свой цвет.
Что такое соли
К классу солей принадлежит соединение, которое мы употребляем ежедневно вместе с пищей. Это — поваренная соль Вам известно, что она состоит из ионов
Соль — соединение, в состав которого входят катионы металлического элемента и анионы кислотного остатка.
Ион кислотного остатка имеет отрицательный заряд; его значение совпадает со значением валентности этого остатка:
- кислота
- кислотный остаток
- анион кислотного остатка
Формулы солей. Для солей, как и кислот, существуют две общие формулы — и Первой формуле соответствуют соли, которые содержат анионы кислотных остатков безоксигеновых кислот, а второй — соли, анионы которых происходят от оксиген-содержащих кислот.
Примеры формул солей
Для того чтобы составить формулу соли, необходимо знать заряды катиона и аниона, а также учитывать то, что соединение электро-нейтрально. Для выяснения значений зарядов ионов можно использовать таблицу, размещенную на форзаце 2 (так называемая таблица растворимости).
Составим формулу соли, которая содержит катионы и анионы В состав соли входят ионы, значения зарядов которых не одинаковы: 2 и 3. Наименьшее число, которое делится без остатка на 2 и 3, — число 6. Делим его на значения зарядов катиона (6 : 2 = 3) и аниона (6:3 = 2). Получаем количество этих ионов в формульной единице соединения, т. е. соответствующие индексы в химической формуле соли:
Графические формулы для солей, как и для других ионных соединений, не составляют.
Названия солей
Для каждой соли существует химическое название, а для некоторых солей — еще и тривиальные названия (табл. 2). Химическое название соли состоит из двух слов. Первое слово — название металлического элемента, а второе происходит от химического названия соответствующей кислоты.
Формулы и названия некоторых солей
Если элемент имеет переменную валентность, то ее значение указывают после названия элемента (табл. 2, рис. 12). Склоняется только второе слово химического названия соли.
Существуют соли, образованные только неметаллическими элементами. В их состав входят катионы аммония Примеры формул и названий таких соединений:
- — аммоний хлорид;
- — аммоний сульфат;
- — аммоний нитрат.
Два последних соединения применяют в качестве азотных удобрений.
Соли аммония происходят от основания (§ 11).
Распространенность в природе
В земной коре содержится много солей (рис. 13). В основном, это силикаты. Среди них встречаются и драгоценные камни: голубой топаз (алюминий силикат), золотистый циркон (цирконий силикат), бесцветный фенакит (бериллий силикат) и др.
Существует много залежей натрий хлорида NaCl (каменная соль), калий хлорида КС1, кальций карбоната СаС03 (мел, мрамор, известняк). Последнее соединение составляет основу ракушек, яичной скорлупы (рис. 14). Сульфиды и другие являются рудами; из них получают металлы.
Различные соли находятся в растворенном состоянии в гидросфере. В морской воде преобладают хлориды Натрия и Магния, а в пресной — соли Кальция и Магния (в основном карбонатной и сульфатной кислот).
Выводы:
Соль — ионное соединение, в состав которого входят катионы металлического элемента и анионы кислотного остатка. Для солей существуют общие формулы
Каждая соль имеет химическое название, а некоторые соли — еще и тривиальные названия. Соли очень распространены в природе.
Свойства и применение солей
Физические свойства солей: Соли, как и другие ионные соединения, при обычных условиях являются кристаллическими веществами. Они обычно имеют высокие температуры плавления:
Часть солей растворяется в воде, некоторые являются малорастворимыми (рис. 31), а остальные — нерастворимые. Соответствующая информация помещена в таблице растворимости (форзац 2).
Образование растворов солей часто сопровождается тепловыми эффектами. Например, при растворении натрий карбоната выделяется небольшое количество теплоты и раствор немного нагревается. А во время приготовления раствора натрий нитрата можно зафиксировать незначительное понижение температуры.
Лишь одна соль — натрий хлорид — имеет соленый вкус. Многие другие растворимые соли горькие, а соли Плюмбума и Бериллия сладкие, но чрезвычайно ядовитые. Определяя вкус различных солей, некоторые алхимики, вероятно, поплатились за это жизнью.
Соли по-разному влияют на растения, животных, человека. Среди них есть соединения, которые содержат необходимые для растений элементы; их применяют в качестве удобрений. А поваренную соль мы ежедневно употребляем вместе с пищей, чтобы пополнить ее запасы в организме (это соединение постоянно выводится из организма вместе с потом и мочой).
Химические свойства солей: Соли вступают в разнообразные реакции с простыми и сложными веществами.
Реакции с металлами
Соль в водном растворе может реагировать с металлом с образованием новой соли и другого металла (рис. 32). Часто говорят, что один металл «вытесняет» другой из раствора соли. Реакция происходит, если металл-реагент активнее, чем металл-продукт, т. е. находится в ряду активности слева от него (форзац 2):
Изучая основания и кислоты, вы узнали о реакциях этих соединений с солями. Кроме того, соли также могут взаимодействовать друг с другом. Все упомянутые реакции относят к реакциям обмена.
Реакции со щелочами
Реакция между солью и щелочью происходит лишь в растворе (нерастворимые соли со щелочами не взаимодействуют). Она возможна, если один из ее продуктов — основание или соль — выпадает в осадок (рис. 33):
Для прогнозирования возможности таких реакций используют таблицу растворимости (форзац 2).
Если к раствору купрум(II) сульфата добавить столько раствора щелочи, сколько необходимо для полного превращения соли в купрум(II) гидроксид, то после отстаивания над осадком увидим бесцветный раствор. Он будет содержать лишь натрий сульфат (ионы ).
Реакции с кислотами
Соль (как растворимая, так и нерастворимая) может взаимодействовать с кислотой с образованием новой соли и новой кислоты. Такие реакции часто сопровождаются выделением осадка (рис. 34) или газа
но иногда остаются незаметными:
Случаи, в которых реакция между солью и кислотой возможна, указаны в §12(с. 81).
Реакции с другими солями
Взаимодействие между двумя солями происходит лишь в растворе (реагенты должны быть растворимыми в воде) с образованием двух новых солей. Реакция возможна, если один из ее продуктов выпадает в осадок (рис. 35), т. е. является нерастворимым или малорастворимым соединением.
Примеры реакций между двумя солями:
Термическое разложение солей
Оксиген-содержащие соли, образованные газообразными, летучими или неустойчивыми оксидами, при нагревании разлагаются. Продуктами этих реакций, как правило, являются два соответствующих оксида:
Нитраты, как и нитратная кислота, происходят от нитроген(V) оксида Однако при нагревании нитратов этот оксид не образуется, поскольку он термически неустойчив:
Соли щелочных элементов либо не разлагаются (карбонаты, сульфаты), либо их разложение происходит своеобразно. Некоторые из таких реакций используют в лаборатории для получения кислорода:
Изложенный материал обобщен в схеме 5.
1 – Так разлагаются нитраты металлических элементов от Магния до Купрума включительно (см. ряд активности металлов).
Применение солей
Многие соли применяются на практике. Натрий хлорид является сырьем для промышленного получения хлора, хлоридной кислоты, натрий гидроксида, соды. Это соединение незаменимо для приготовления пищи, консервирования. Хлорид, сульфат, нитрат Калия, фосфаты Кальция, некоторые другие соли применяют в качестве минеральных удобрений (рис. 36). Кальций карбонат в виде камня известняка используют в строительстве, а на заводах из него производят известь.
На основе искусственно полученной соли изготовляют зубную пасту. В школе пишут на доске мелом, а это — также кальций карбонат. Кальций сульфат (гипс) применяют в строительстве и медицине. Простым средством для мытья и чистки посуды, предметов домашнего обихода, смягчения воды перед стиркой является кальцинированная сода, или натрий карбонат. Кальцинированную соду вместе с мелом или известняком используют в производстве стекла.
Выводы:
Соли — ионные вещества. Они имеют высокие температуры плавления, различную растворимость в воде.
Соли взаимодействуют с металлами с образованием другой соли и другого металла. Такие реакции происходят, если металл-реагент более активный, чем металл-продукт (это определяют с помощью ряда активности металлов).
Соли вступают в реакции обмена со щелочами, кислотами, другими солями. Некоторые оксигенсодержащие соли при нагревании разлагаются на соответствующие оксиды. Многие соли используются на практике.
Кислые соли
Вы знаете, что при реакции кислоты со щелочью атомы Гидрогена каждой молекулы кислоты «заменяются» атомами (точнее — ионами) металлического элемента:
А возможна ли замена только части атомов Гидрогена в молекуле многоосновной кислоты? Да. В результате соответствующих реакций образуются так называемые кислые соли:
Кислые соли содержатся в растворенном состоянии в пресной воде. При ее кипячении эти соединения разлагаются
и на стенках сосуда образуется накипь — смесь карбонатов и
Кислые соли Кальция и ортофосфатной кислоты составляют основу фосфорных удобрений — преципитата и суперфосфата соответственно. Кислая соль Натрия и карбонатной кислоты известна каждой домохозяйке, зто — питьевая (пищевая) сода (рис. 37).
Способы получения солей
Соли можно получать значительно большим количеством способов, чем оксиды, основания или кислоты.
Три способа получения солей предполагают проведение химических реакций с участием металлов.
Способ 1: металл + неметалл соль. Этим способом можно получать безоксиге-новые соли:
Способ 2: металл + кислота (раствор) соль + водород.
В такие реакции вступают сульфатная (в разбавленном растворе), хлоридная, некоторые другие кислоты и металлы, находящиеся в ряду активности слева от водорода:
Способ 3: металл 1 + соль 1 (в растворе) металл 2 + соль 2.
Вам известно, что такая реакция возможна, если металл 1 активнее металла 2, т. е. металл 1 находится в ряду активности слева от металла 2:
Несколько других способов получения солей предусматривают использование реакций между соединениями, которые проявляют основные и кислотные свойства (§ 9, 11 —13).
Способ 4: основание (амфотерный гидроксид) + кислота (амфотерный гидроксид) соль + вода (рис. 42):
Способ 5: основный (амфотерный) оксид + кислотный (амфотерный) оксид соль:
Способ 6: основание + кислотный (амфотерный) оксид соль + вода:
Способ 7: кислота + основный (амфотерный) оксид соль + вода:
Соли также получают с помощью реакций обмена с участием солей (§ 14).
Способ 8: соль 1 + кислота 1 соль 2 + кислота 2:
Способ 9: соль 1 + щелочь соль 2 + основание:
Способ 10: соль 1 -I- соль 2 —> соль 3 + соль 4 (рис. 43):
Это интересно. Солис и некоторые другие до сих пор не получены.
Способы 5 и 6 непригодны для получения солей безоксигеновых кислот, поскольку эти кислоты не имеют кислотных оксидов.
Выбирая способы 8—10, учитывают то, что реакция обмена возможна в случае образования осадка, газа или слабой кислоты (§11, 12, 14).
Вышеизложенное обобщено в схеме 9.
Пример №
Предложить максимальное количество способов получения магний сульфата
Решение
Магний сульфат — оксигенсодержащая соль. Поэтому способ 1 для получения соединения не подходит.
Эту соль можно получить, исходя из металла (способы 2 и 3):
Магний сульфат может образоваться в результате реакций между соответствующими соединениями основного и кислотного характера (способы 4—7):
Для реакции соли с кислотой (способ 8) нужно взять соль Магния, образованную слабой или летучей кислотой либо способной разлагаться с выделением газа, и сульфатную кислоту:
Реакция соли со щелочью (способ 9) для получения магний сульфата не подходит, поскольку одним из реагентов должен быть гидроксид а он является малорастворимым соединением.
Магний сульфат растворяется в воде. Учитывая это, выберем для реакции между двумя солями (способ 10) такие реагенты:
Выводы:
Соли получают несколькими способами. Часть способов основана на реакциях металлов с неметаллами, кислотами, солями. Другие способы предусматривают осуществление реакций между соединениями с основными и кислотными свойствами, а также реакций обмена с участием солей.
Химические свойства солей
Соли, как и другие классы неорганических соединений, способны участвовать в химических реакциях.
Взаимодействие солей с металлами
Соли (в растворе) взаимодействуют с металлами, расположенными в вытесни-тельном ряду до того металла, из атомов которого они образовались. В результате реакции образуются новая соль и металл.
Опыт 1. Четыре химических стакана наполним растворами солей: два — сульфатом меди и еще два — сульфатом железа В стакан с сульфатом меди опустим железную пластину, второй оставим для сравнения. То же проделаем с растворами сульфата железа но в один из стаканов опустим медную пластину. Вскоре в стакане с железной пластиной голубой раствор станет светлее по сравнению с контрольным раствором. А в стакане с медной пластиной коричневая окраска раствора сульфата железа не изменится и будет одинаковой с контрольным раствором. Через 5—10 мин достанем железную пластину и увидим, что та ее часть, которая находилась в растворе сульфата меди покрылась слоем меди. Достанем также медную пластину — с ней не произошло никаких изменений, и цвет растворов сульфата железа в обоих стаканах остался одинаковым. Запишем уравнения реакций:
В реакции, которая состоялась, атомы простого вещества замещают атомы металлического элемента в сложном веществе. Поэтому эта реакция относится к реакциям замещения. Результаты опыта согласовываются с местом в вытеснительном ряду металлов, взятых для проведения опыта.
Взаимодействие солей с основаниями (щелочами)
В предыдущем параграфе вы узнали о том, что единственный способ, которым можно получить нерастворимое основание определенного металлического элемента,— это взаимодействие его растворенной в воде соли со щелочью. Такое взаимодействие мы рассматривали и при изучении свойств щелочей. Поэтому вспомним, что для протекания реакции вещества должны находиться в растворенном состоянии, а один из образовавшихся продуктов реакции — выпадать в осадок, например:
Взаимодействие солей с кислотами
Соли вступают в реакцию обмена с кислотами при условии, что среди продуктов реакции есть осадок или газ. (Вспомните взаимодействие соляной кислоты с нитратом серебра или питьевой соды — с уксусной кислотой.) Проведем соответствующие опыты.
Опыт 2. К раствору хлорида бария добавим раствор серной кислоты Реакция происходит быстро и завершается образованием белого осадка:
Среди образовавшихся продуктов нерастворимым веществом является сульфат бария.
Взаимодействие солей с солями
Повторим опыт 2, заменив серную кислоту на одну из ее растворимых солей.
Опыт 3. К раствору сульфата натрия добавим раствор хлорида бария Взаимодействие происходит так же быстро, и так же образуется белый осадок:
С помощью раствора хлорид бария или другого растворенного в воде соединения бария можно обнаружить в растворе серную кислоту и ее соли.
Опыт 4. К раствору карбоната натрия добавим раствор азотной кислоты. Наблюдается выделение газообразного вещества. Поднесенная к отверстию пробирки зажженная спичка гаснет. Следовательно, выделяется углекислый газ:
Для формулировки окончательного обоснованного вывода о химических свойствах солей проведите химический эксперимент, предусмотренный лабораторными опытами 7, 8, 9.
Итоги:
- Взаимодействие солей с другими веществами происходит в растворе.
- Одним из продуктов взаимодействия солей с другими веществами всегда является соль.
- Соли проявляют такие типичные химические свойства:
- Соли серной кислоты можно обнаружить в растворе с помощью растворов солей бария.
Соли, при образовании которых в молекуле кислоты все атомы водорода замещаются атомами металла, получили название средних солей. Средние соли не содержат ни атомов водорода, ни гидроксильных групп, а в их состав входят атомы одного металлического элемента, например:
Кроме средних, существуют еще и другие соли, в частности кислые, основные, двойные.
Кислые соли являются продуктом неполного замещения атомов водорода в молекуле кислоты на металл. Поэтому кислотные остатки таких солей содержат атомы водорода, например:
В молекулах серной и ортофосфорной кислот замещен на металл 1 атом водорода, поэтому остатки одновалентны. В формуле замещены на металл 2 атома водорода, следовательно, валентность кислотного остатка равна 2. Как видим, кислые соли образуются кислотами, которые содержат 2 и более атомов водорода. Наличие одного атома водорода в составе кислых солей обозначают, добавляя слово «гидро», двух — «дигидро»: — гидросульфат калия; — дигидросульфат калия; — гидрофосфат калия.
Основными называют соли, полученные частичной нейтрализацией основания кислотой (например, — гидроксохлорид магния), двойными — соли, полученные замещением атомов водорода атомами двух металлов (например, — сульфат калия алюминия).
Какая образуется соль — средняя, кислая или основная — зависит от количества взятых для проведения реакции реагентов.
Соли в природе
По распространенности неорганических соединений в природе соли занимают второе место после оксидов. Так, горные породы и глина состоят из солей кремниевой кислоты, которые имеют сложное строение. Их формулы записывают с помощью формул оксидов, например формула полевого шпата — глины —
Местонахождение залежей солей в Украине представлено на рисунке 15.
Наиболее известная вам соль — хлорид натрия или поваренная соль (минерал такого состава называется галит). Месторождения этой соли в Украине расположены вблизи г. Артемовен Донецкой области, в Автономной Республике Крым, в Карпатах. Человек очень давно оценил значение хлорида натрия и стал использовать эту соль как пищевой продукт и консервант (соление рыбы, мяса, грибов, квашение овощей и т. п.). Было время, когда соль стоила дороже золота: еще в старину возник обычай встречать гостей хлебом-солью. Существует поговорка: «Чтобы узнать человека, нужно с ним пуд соли съесть». Пуд долгое время был распространенной единицей массы, он равен 16 кг. Человек за год потребляет около 3 кг соли. Нетрудно подсчитать, что два человека пуд соли съедят примерно за 2,5—3 года. Так жизненный опыт подтверждает мудрость этой поговорки.
Как сырье хлорид натрия используется для производства гидроксида натрия, натрия, хлора, соляной кислоты, мыла, синтетических моющих средств. В пищевой, кондитерской и фармацевтической промышленности используют такие соли: хлорид натрия, карбонат натрия, нитрат натрия, сульфат магния и другие.
Карбонат кальция является основной составляющей известняка, мрамора, мела. Известняк используют для получения оксида кальция (негашеной извести), известкования кислых почв (уменьшение в них содержания кислот), удаления из состава чугуна (во время его производства) таких кислотных оксидов, как оксид кремния и оксид фосфора Вместе с глиной и песком известняк используют в производстве цемента.
Кости позвоночных животных и человека содержат ортофосфат кальция а зубы — еще и фторид кальция Если на зубной пасте отмечено, что она содержит фтор, в действительности это означает наличие в ней фторида кальция и других соединений фтора.
Соли входят также в состав крови, клеточного сока, нервной и мускульной тканей.
Из курсов природоведения и ботаники вам известно, что для полноценного роста и развития растениям нужны химические элементы калий, азот, фосфор. Их вносят в почву в виде минеральных удобрений. По своему составу почти все минеральные удобрения — это соли, в частности
Широко применяется и соль сульфата кальция Порошок природного минерала гипса нагревают до температуры и превращают в алебастр Как видно из приведенных формул, в алебастре на 1 моль сульфата кальция приходится в 4 раза меньше молей воды, чем в гипсе. Гипсовые повязки, гипсовые строительные материалы, барельефы, статуи и т. п. сделаны из алебастра, который после смешивания с водой твердеет и становится гипсом.
Карбонат натрия применяют для изготовления стекла, бумаги, тканей, в мыловарении.
В плавательных бассейнах цвет воды обусловлен наличием в ней сульфата меди Эту соль добавляют в воду не для подкрашивания, а чтобы не допустить размножения и роста водорослей.
Хлорид калия распространен в природе в виде минерала сильвина. Это вещество используют в качестве калийного удобрения, а также в производстве калия и гидроксида калия.
Из ортофосфата кальция получают ортофосфорную кислоту и фосфорные удобрения.
Сульфат бария применяют как рентгеноконтрастное вещество в медицинской практике.
Ознакомившись с рисунком 16, вы пополните знания о применении солей новыми сведениями.
Приведенные здесь примеры — лишь небольшая часть того, как используются соли.
Итоги:
- Соли относятся к распространенным в природе сложным неорганическим веществам, среди которых больше всего хлоридов, силикатов, карбонатов, сульфатов, ортофосфатов.
- Часть солей используется непосредственно после добычи, а часть поддается химической переработке с целью получения новых веществ.
- Соли находят самое разнообразное применение в химической промышленности и многих других отраслях народного хозяйства, а также в быту.
Вода морей и океанов из-за содержащихся в ней различных солей на вкус солено-горькая. 100 г морской воды в среднем содержат 3,5 г солей, среди которых хлорида натрия почти 78 %. Моря и океаны имеют разную соленость — YaK называют содержание солей в единице объема морской воды. Однако состав солей в морской воде практически одинаков. Поэтому ученые считают, что Мировой океан в давние времена был единым.
Морские растения и животные приспособились к жизни в соленой воде. Более того, в их организмах накапливаются ионы, которые входят в состав солей морей и океанов. Морепродукты богаты кальцием, кремнием, иодом, медью, магнием, фосфором и другими элементами.
Используя сведения из географии и различных информационных источников, подготовьте рассказ (сообщение, реферат) о распространении какой-либо соли в природе и ее использовании.
Поработайте самостоятельно с дополнительной литературой, Интернетом и выясните, на каких химических свойствах солей основывается производство из них других веществ. Рассказ подтвердите примерами.
Справочный материал по солям
Соли можно получить многими способами:
1) взаимодействием металла с кислотой:
(Какой это тип реакции?)
Вспомните особенности взаимодействия кислот с металлами. Для получения солей каких металлов можно применить этот способ?
2) взаимодействием оксида металла с кислотой:
3) взаимодействием гидроксида металла с кислотой:
4) взаимодействием соли с кислотой:
5) взаимодействием основного или амфотерного оксида с кислотным оксидом:
6) взаимодействием металла с раствором соли другого металла:
7) взаимодействием металла с неметаллом (получают соли бескислородных кислот):
Итоги:
- В результате химических реакций образуются различные соединения. Это позволяет из соответствующих реагентов получать необходимые вещества.
- К общим способам получения оксидов относятся: окисление простых и сложных веществ, разложение нерастворимых гидроксидов при нагревании и др.
- К общим способам получения растворимых оснований (щелочей) относятся: взаимодействие металлов с водой, взаимодействие оксидов с водой и электролиз (разложение) растворов солей бескислородных кислот.
- Нерастворимые основания получают взаимодействием раствора их соли с раствором щелочи.
- Соли получают взаимодействием простого вещества (металла), сложных веществ (оксида металла, гидроксида металла, соли) с веществами, в состав которых входит кислотный остаток (кислота, соль), а также взаимодействием кислотных оксидов с основными оксидами или щелочами.
В лаборатории щелочь можно получить из металла и из оксида. Но чистых металлов натрия, калия, кальция, бария и их оксидов в природе не существует. Поэтому этими способами получают щелочи лишь в лабораториях. Чтобы обеспечить щелочами различные производства, нужны другие способы их получения из природного сырья. Впервые щелочь была получена электролизом (разложением постоянным электрическим током) раствора соли хлорида натрия. Электролиз стал основным промышленным способом производства щелочей гидроксида натрия и гидроксида калия.
Как происходит электролиз, вы будете изучать позже. А пока запишем суммарное уравнение электролиза водного раствора хлорида натрия:
Из записи уравнения видно, что из доступных природных веществ — поваренной соли и воды — получают три новых вещества, которых в природе нет, но каждое из них используется в промышленности, а значит есть потребность в их получении.
Классификация
Заполните таблицу.
Химическая формула | Название | Тип соли |
(CuOH)2CO3 | ? | ? |
Fe2(SO4)3 | ? | ? |
(NH4)2Cr2O7 | ? | ? |
BaClNO3 | ? | ? |
NaKSO4 | ? | ? |
Какие соли вам известны ? Как можно отличить соли друг от друга?
Соли получаются в результате замещения атомов водорода в молекуле кислоты атомами металла, а в основаниях гидроксильной группы (ОН.) кислотными остатками.
Солями называются вещества, в составе которых содержатся атомы металла (или аммония) и кислотный остаток. Соли классифицируют по их составу.
Графические формулы
Нормальные, кислые и двойные соли рассматриваются как продукты замещения атомов водорода в молекуле кислоты атомами металла.
Основные же соли рассматриваются как продукты замещения гидроксильной группы кислотным остатком.
Номенклатура
Нормальные соли. Соли, полученные в результате полного замещения атомов водорода, относящихся к основности кислот, атомами металлов, называются нормальными солями.
При наименовании нормальных солей, если металл обладает постоянной валентностью, то вначале дается название кислотного остатка, а затем название металла. Если же металл имеет переменную валентность, то вначале дается название кислотного остатка, следом название металла и его валентность (в скобках римскими цифрами).
Нормальная соль | Название | Нормальная соль | Название | |
Ah(SO4)3 | Сульфат алюминия | FeSO4 | Сульфат железа (II) |
Кислые соли
Соли, полученные в результате частичного замещения атомов водорода, относящихся к основности кислоты, атомами металлов (или же сложными ионами, например, ионами аммония), называются кислыми солями.
При наименовании кислых солей вначале дается название кислотного остатка с указанием на греческом количества атомов водорода, относящихся к основности кислоты и не замещенных металлом, с приставкой «гидро». При одном атоме водорода приставка «моно» не употребляется.
Кислые соли | ||||
Гидросоли | Дигидросоли | |||
Формула | Название | Формула | Название | |
CaHPO4 | гидроортофосфат кальция | NH4H2PO4 | дигидроортофосфат аммония |
Основные соли
Соли, полученные в результате частичного замещения гидроксильных групп оснований кислотными остатками, называются основными солями.
Как и нормальные соли, при наименовании основных солей к кислотным остаткам здесь добавляется приставка «гидроксо» с указанием на греческом количества гидроксильных групп (ОН), не замещенных кислотным остатком. Если гидроксильная группа одна, то приставка «моно» не употребляется.
Основные соли | ||||
Гидросоли | Дигидросоли | |||
Формула | Название | Формула | Название | |
Al(OH)Cl2 | гидроксохлорид алюминия | Al(OH)2Cl | дигидроксохлорид алюминия |
Двойные соли. Соли, полученные в результате замещения атомами двух разных металлов атомов водорода, относящихся к основности кислот в многоосновных кислотах, называются двойными солями.
При наименовании двойных солей после названия кислотного остатка даются оба названия металлов.
Двойная соль | Название | Двойная соль | Название |
NaKCO3 | карбонат натрия-калия | Na2KPO4 | ортофосфат динатрия-калия |
Смешанные соли
Соли, полученные в результате замещения гидроксильных групп в многокислотных основаниях двумя различными кислотными остатками, называются смешанными солями.
Если в составе смешанных солей содержатся бескислородные и кислородсодержащие кислотные остатки, то вначале даются названия бескислородных, а затем кислородсодержащих кислотных остатков.
Смешанная соль | Название | Смешанная соль | Название |
CaCl(OCl) (или CaOC2) | Хлорид гипохлорит кальция | BaClNO3 | хлорид нитрат бария |
Получение
При взаимодействии металлов с неметаллами
2Fe + ЗСЕ 2FeCl3
2Na + Cl2 2NaCl
При взаимодействии металлов с солями. Начиная с элемента Mg в ряду активности металлов, каждый металл вытесняет последующие металлы из растворов их солей.
Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu
При взаимодействии солей с солями. Такие реакции протекают в растворе в том случае, если обе исходные соли растворимы в воде и при их взаимодействии получится нерастворимая в воде соль.
Ca(NO3)2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + 2NaNO3
Соли не вступают в реакцию с нерастворимыми в воде солями и основаниями.
Ca(NO3)2 + Cu(OH)2 реакция не протекает
При взаимодействии однокислотных оснований с одноосновными кислотами, независимо от количества их молей, всегда получится нормальная соль.
KOH + HCI → KCl + H2O
При взаимодействии многоосновных кислот с многокислотными основаниями, в зависимости от количества молей веществ, получаются нормальная соль, кислая соль или основная соль. Для этого следует сравнить количество атомов водорода, показывающих основность кислоты, с количеством гидроксильных групп (ОН), выражающих кислотность основания.
При добавлении многоосновной кислоты к смеси двух различных оснований получится двойная соль.
NaOH + KOH + H2SO4 → 2H2O + NaKSO4
При нейтрализации одного многокислогного основания двумя различными кислотами получится смешанная соль.
Ca(OH)2+ HCl + HBr → CaClBr+ 2H2O
Физические и химические свойства солей
Определите вещества в соответствии с вопросительными знаками. Какие из представленных солей нерастворимы в воде?
Физические свойства:
Соли это твердые вещества с разной способностью к растворению и цветом. Все соли натрия (Na), калия (К) и аммония (NH), а также кислые соли растворяются в воде. C увеличением количества атомов водорода, относящихся к основности кислых солей, увеличивается и их растворимость в воде (за исключением NaHCO3).
Ca3(PO4)2 → CaHPO4 → Ca(H2PQ4)2
увеличивается растворимость
Солям в основном присуща высокая температура плавления и кипения.
Растворимость солей в воде | |
Нерастворимые и малорастворимые | Растворимые |
СaS04, BaS04, SrS04, PbS04, Ag2S04 | Остальные сульфаты растворяются в воде |
AgCl, PbCl2, Hg2Cl2 | Другие хлориды растворяются в воде |
FeS, CuS, PbS, ZnS и др. | Na2S, K2S, (NH4)2S |
Другие ортофосфаты не растворяются вводе | Na3PO4, K3PO4, (NH4)3PO4 |
Другие силикаты не растворяются в воде | Na2SiO3, K2SiO3 |
Другие карбонаты не растворяются в воде | Na2CO3, K2CO3, (NH4)2CO3 |
Все соли азотной кислоты, Na, К, NH4 растворяются в воде |
Химические свойства:
C химическими свойствами солей вы ознакомились при изучении свойств щелочей и кислот, способов получения оксидов и солей.
Кислые, основные, в том числе и двойные соли могут проявлять многие химические свойства нормальных солей. Кроме того, кислые соли легко нейтрализуются щелочами, а основные соли кислотами.
NaHSO4 + NaOH Na2SO4 +H2O
Mg(OH)Cl + HCl → MgCl2 + H2O
Основные соли могут взаимодействовать с щелочами.
Al(OH)2Cl+ NaOH → Al(OH)3↓ +NaCl
При нагревании большинства кислых солей (кроме солей аммония) они разлагаются с образованием нормальной соли.
При разложении солей металлов (кроме Hg(NO3)2) всегда выделяется твердый остаток (или оксид металла, или же полученная новая соль в твердом виде). Поэтому разложение этих солей происходит как в 1-ом графике. При разложении большинства аммонийных солей твердый остаток не выделяется. Вот почему их разложение происходит как во 2-ом графике.
Некоторые соли при взаимодействии с водой образуют вещества кристаллогидраты.
Na2CO3 +10H2O → Na2CO3 . 10H2O
кристаллическая сода
При нагревании кристаллогидраты вновь обезвоживаются.
CuSO4 . 5H2O CuSO4+ 5H2O
синий кристалл белый кристалл
Вода, входящая в состав кристаллов в виде химических соединений, называется кристаллизационной водой. Кристаллогидрат это не просто набор из воды и соли, а вещество. Вода и соль лишь условно разделены точкой.
Многоосновные кислоты, вступая в реакцию соединения с нормальными солями, образуют кислую соль.
Применение солей
Большинство солей широко применяются в промышленности и быту. Так, например, всем хорошо известно применение поваренной соли (NaCl) в быту. В промышленности ее используют при получении гидроксида натрия, соды, хлора, натрия и др. Соли азотной и оргофосфорной кислот в основном считаются минеральными удобрениями.
Многие средства защиты растений от болезнетворных микробов и вредителей, ряд лекарственных препаратов также относятся к классу солей. Более подробные сведения о применении отдельных солей будут представлены при изучении химических элементов.
Генетическая связь между классами неорганических соединений
Обратите внимание на пробирки и содержащиеся в них вещества. Определите генетическую связь между этими веществами и запишите уравнения реакций.
Возможность получения из представителей одного класса неорганических соединений представителей другого класса свидетельствует о наличии между ними генетической связи. Взаимосвязь между веществами отдельных классов можно проследить по нижеприведенной схеме:
Получение одного представителя неорганических соединений из другого основывается на их химических свойствах. Приведем один пример относительно генетических связей неорганических соединений.
В качестве примера генетической связи между неорганическими веществами можно привести следующие схемы.
Задача:
Какие вещества взаимодействуют и с Na2CO3, и с Zn(OH)2?
1) HCl 2) MgSO4 3)K0H 4) Ca(OH)2 5) H2SO4
Решение: Na2CO3, вступая в реакцию с сильными кислотами (HC1, HBr, HI, HNO2, H2SO4, H2PO4), выделяет соль и CO2.
В таком случае:
1) Na2CO3+ 2HC1 → 2NaCl + C02↑ + H2O
2) Na2CO3+ H2SO4 → Na2SO4+ CO2↑ + H2O
Поскольку Zn(OH)2 является амфотерным основанием, оно вступает в реакцию как с сильными кислотами (HC1, HBr, HI, HNO3, H3PO4, H2SO4), так и с щелочами (NaOH, КОН, Ca(OH)2, Ba(OH)2). В таком случае:
1) Zn(OH)2+ 2HC1 → ZnCl2+ 2H2O
2) Ca(OH)2 + Zn(OH)2 → CaZnO + 2H2O
3) Zn(OH)2+ H2SO4→ ZnSO4+ 2H2O
В то время как Zn(OH)2 вступает в реакцию с КОН, Na2CO3 в эту реакцию не вступает.
C другой стороны, основание Zn(OH)2, находящееся в виде осадка, не вступает в реакцию ни с одной солью.
Ответ: 1, 4, 5
- Хлор в химии
- Сера в химии
- Азот в химии
- Фосфор в химии
- Озон как химический элемент
- Оксиды в химии
- Основания в химии
- Кислоты в химии
Е.Н.ФРЕНКЕЛЬ
Самоучитель по химии
Пособие для тех, кто не знает, но хочет
узнать и понять химию
Продолжение. Начало см. в № 13/2007
Глава 2. Важнейшие классы
неорганических соединений
2.1. Оксиды
Оксиды – сложные вещества, которые состоят из
атомов двух химических элементов, один из
которых кислород.
Определим, какое из следующих соединений оксид:
PH3, H3PO4, P2O5.
К оксидам относят соединение P2O5.
Два других вещества – не оксиды: в состав РН3
не входит атом кислорода, а в состав H3PO4 входят
атомы трех химических элементов – H, Р, O.
Названия оксидов складываются из двух слов:
первое слово – «оксид», второе слово – название
химического элемента, образующего данный оксид,
в родительном падеже. Например: СаО – оксид
кальция.
Если оксид образован химическим элементом с
переменной валентностью, то после названия
элемента нужно указать его валентность.
Например: Fe2О3 – оксид железа(III), FеО –
оксид железа(II).
Задание 2.1. Среди следующих соединений
найдите оксиды и назовите их:
N2O3, NH3, MnO2, H2O,
HCl, NaOH, Na2O, P2O5, H2SO4.
Задание 2.2. Составьте формулы следующих
оксидов:
оксид хрома(III), оксид углерода(IV), оксид магния,
оксид серы(VI), оксид азота(V), оксид калия, оксид
марганца(VI).
Многие оксиды могут реагировать с кислотами
или основаниями. В таких реакциях получаются
соли. Поэтому такие оксиды называются солеобразующими.
Однако существует небольшая группа оксидов,
которые к таким реакциям не способны. Такие
оксиды называют несолеобразующими.
Задание 2.3. Назовите несолеобразующие оксиды:
H2O, CO, N2O, NO, F2O.
Некоторые оксиды имеют особые (тривиальные)
названия: Н2О – вода, СО – угарный газ, СО2
– углекислый газ и др.
Солеобразующие оксиды подразделяют на три
группы: основные, кислотные, амфотерные.
Точно установить характер оксида можно, только
изучая его химические свойства. Например,
кислотные оксиды реагируют с основаниями и не
реагируют с кислотами. Основные оксиды реагируют
с кислотами и не реагируют с основаниями.
Амфотерные оксиды могут реагировать и с
кислотами, и с основаниями.
По формуле оксида можно определить, какими
свойствами он обладает. Правда, иногда эта оценка
будет приблизительной.
• Неметаллы образуют только кислотные и
безразличные оксиды.
• Металлы в зависимости от валентности могут
образовывать разные оксиды – основные, амфотерные
и кислотные.
Предсказать свойства оксида металла может
помочь эта схема:
Основные оксиды металлов от кислотных оксидов
металлов отличить легко: малая валентность
металла – основный оксид, большая – кислотный.
Как быть с амфотерными оксидами? «Любимая»
валентность металлов в этих оксидах III, но есть и
исключения. Поэтому желательно запомнить
формулы наиболее часто встречающихся амфотерных
оксидов: ZnO, Al2O3, SnO, PbO, Cr2O3.
Задание 2.4. Назовите амфотерные оксиды:
ZnO, SnO, PbO, Al2O3, Cr2O3.
Задание 2.5. Классифицируйте приведенные
ниже оксиды:
V2O5, SO2, ZnO, Fe2O3,
SO3, CO2, Li2O, FeO, Al2O3, H2O,
BaO.
Задание рекомендуется выполнить по следующей
схеме.
1) Определить, какой это оксид – солеобразующий
или несолеобразующий.
2) Определить, какой элемент входит в состав
солеобразующего оксида – металл или неметалл.
Для этого надо выписать из таблицы
Д.И.Менделеева символы элементов-неметаллов. Они
расположены в главных подгруппах на линии бор –
астат и выше этой линии (рис. 1).
Рис. 1. Элементы-неметаллы
|
3) Если в состав оксида входит атом
неметалла, то оксид кислотный.
4) Если в состав оксида входит атом металла, то
следует определить его валентность и по ней
выяснить характер оксида – основный, амфотерный
или кислотный.
Например: Cr2O3 – амфотерный, т.к. хром
– металл с валентностью III;
N2O3 – кислотный оксид, т.к. азот –
неметалл;
CrO3 – кислотный оксид, т.к. хром – металл с
высокой валентностью VI.
Зная характер оксида, можно описать его
свойства.
Свойства кислотных оксидов
• Кислотные оксиды реагируют c водой, образуя
кислоты. Например:
CO2 + H2O = H2CO3.
Чтобы составить формулу кислоты, нужно сложить
все атомы исходных веществ, записывая на первом
месте атом водорода, на втором – элемент,
образующий оксид, и на последнем – кислород. Если
индексы получились четными, то их можно
сократить:
N2O3 + H2O = H2N2O4
(2HNO2).
Эти же реакции можно записать в виде
арифметического примера:
Задание 2.6. Составьте уравнения реакций
кислотных оксидов из задания 2.5 с водой.
• Кислотные оксиды реагируют с осно?вными
оксидами, образуя соли соответствующей кислоты,
т.е. соль той кислоты, которая образуется при
взаимодействии этого оксида с водой. Например:
Чтобы составить такое уравнение, нужно
действовать по следующей схеме.
1) Составить формулу кислоты (прибавив к
молекуле оксида молекулу воды):
CO2 + H2O = H2CO3.
2) Определить валентность кислотного остатка
(это часть молекулы кислоты без атомов водорода).
В данном случае кислотный остаток имеет
состав СО3, его валентность равна числу
атомов водорода в кислоте, т.е. II.
3) Cоставить формулу соли, записав вместо атомов
водорода атом металла из основного оксида с его
валентностью (в данном случае натрий).
4) Составить формулу соли по валентности
металла и кислотного остатка: Na2CO3.
Задание 2.7. Составьте уравнения реакций
кислотных оксидов из задания 2.5 с оксидом
кальция.
• Кислотные оксиды реагируют с основаниями,
образуя соль соответствующей кислоты и воду.
Например:
Принципы составления уравнений реакций с
основаниями те же, что и для реакций с
осно?вными оксидами (см. выше).
Задание 2.8. Составьте уравнения реакций
кислотных оксидов из задания 2.5 с гидроксидом
натрия NаОН.
З а п о м н и т е! Кислотные оксиды ни с кислотами,
ни c кислотными оксидами не реагируют.
Свойства основных оксидов
• Основные оксиды реагируют с водой,
образуя основания. Реакция протекает, если
получающееся основание растворимо в воде.
Общая формула оснований – М(ОН)х, где х
– число ОН-групп, равное валентности металла М.
Например:
СаО + Н2О = Са(ОН)2,
Fe2O3 + Н2О нет реакции.
Последняя реакция не идет, т.к. основание Fe(ОН)3
нерастворимо в воде. Растворимость веществ в
воде можно определить по таблице растворимости
(рис. 2).
Рис. 2.
|
Условные обозначения: р – растворимо в воде, м
– малорастворимо в воде,
н – нерастворимо в воде.
При определении возможности протекания данной
реакции можно использовать и другое правило.
Основный оксид реагирует с водой, если он
образован активным металлом. Эти металлы стоят в
ряду напряжений до магния: Li, K, Ba, Ca, Na, Mg…
Задание 2.9. Составьте уравнения реакций основных
оксидов из задания 2.5 с водой.
• Основные оксиды реагируют с
кислотами, образуя соль и воду:
Обратите внимание: при составлении формулы
соли нужно вместо атомов водорода в формуле
кислоты написать символ металла, а затем
расставить индексы согласно валентности.
Задание 2.10. Составьте уравнения реакций
осно?вных оксидов из задания 2.5 с Н2SО4.
• Основные оксиды реагируют с
кислотными оксидами, образуя соли.
• Некоторые основные оксиды
реагируют при нагревании с водородом, при этом
образуются металл и вода:
CuO + H2 = Cu + H2O.
З а п о м н и т е! Основные оксиды с
основаниями и основными оксидами не
реагируют!
В ы в о д. В реакцию легче всего вступают
вещества с противоположными свойствами и не
вступают в реакцию вещества со сходными
свойствами.
Свойства амфотерных оксидов
Амфотерные оксиды (от греч. amphi – двойной)
проявляют двойственные свойства: они могут
реагировать и с кислотами, и с основаниями
(точнее, со щелочами). При этом образуются соль и
вода. Например:
Задание 2.11. Составьте уравнения реакций
амфотерных оксидов из задания 2.5 с КОН и НNО3.
Задание 2.12. С какими из веществ – Н2О,
NаОН, НСl – могут реагировать следующие оксиды:
Cr2O3, CrO, SO3, V2O5?
Составьте уравнения возможных реакций.
Способы получения оксидов
Оксиды могут быть получены при разложении
некоторых кислот, оснований, солей:
H2SO3 = SO2 + H2O,
Cu(OH)2 = CuO + H2O,
Са(НСО3)2 = Н2О + СО2
+ СаСО3.
Оксиды обычно получают сжиганием в кислороде
простых и сложных веществ:
2Mg + O2 = 2MgO,
C + O2 = CO2,
2H2 + O2 = 2H2O,
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O.
Обратите внимание: при сгорании сложного
вещества образуются оксиды элементов, которые
входят в его состав. Исключение составляют
только азот и галогены, которые выделяются в виде
простых веществ.
В ы в о д ы по главе 2.1
Молекулы оксидов состоят из атомов двух
элементов. Один из этих элементов – кислород.
Оксиды, образующие соли, бывают кислотными,
амфотерными и основными.
Оксиды реагируют с веществами, которые
проявляют противоположные свойства.
Основные оксиды реагируют с
кислотными оксидами или кислотами, кислотные
оксиды – с основными оксидами или
основаниями, амфотерные оксиды – и с кислотами, и
с основаниями (щелочами).
2.2. Кислоты
Кислоты – это сложные вещества, в состав
молекул которых входят активные атомы водорода и
кислотные остатки. Активный атом водорода в
химических реакциях способен замещаться на атом
металла, в результате чего всегда получается
соль.
В формулах неорганических кислот атом водорода
записывается на первом месте*.
Например:
В состав молекулы любой кислоты кроме атомов
водорода входит кислотный остаток. Кислотный
остаток – это часть молекулы кислоты без атомов
водорода (которые могут быть замещены на атом
металла). Валентность кислотного остатка равна
числу таких атомов водорода:
При определении валентности кислотного
остатка учитываются те атомы водорода, которые
участвовали в реакции или могут участвовать в
ней. Так, фосфорной кислоте Н3РО4 в
зависимости от условий могут соответствовать
кислотные остатки разного состава:
У органических кислот не все атомы водорода в
молекуле способны замещаться на атом металла:
Задание 2.13. Определите состав и валентность
кислотных остатков для кислот, учитывая, что все
атомы водорода кислот активные:
HNO3, H2S, NaHCO3, H2SO3,
KOH, HMnO4.
По числу атомов водорода в молекулах кислоты
делят на одноосновные и многоосновные.
Например:
HCl – одноосновная кислота, т. к. в ее молекуле
один атом водорода;
Н2СО3 – двухосновная кислота, т. к. в
ее молекуле два атома водорода.
По составу кислоты делят на бескислородные
(НСl, Н2S) и кислородсодержащие (НСlO, Н2SO4).
Бескислородные кислоты представляют собой
растворы некоторых газов в воде, при этом и
растворенному газу, и полученному раствору
приписывают одинаковые свойства, хотя это не так.
Например, из простых веществ водорода и хлора
получается газ хлороводород:
H2 + Cl2 = 2HCl.
Этот газ не проявляет кислотных свойств, если
он сухой: его можно перевозить в металлических
емкостях, и никакой реакции не происходит.
Но при растворении хлороводорода в воде
получается раствор, который проявляет свойства
сильной кислоты. Такую кислоту перевозить в
металлических емкостях нельзя.
Названия бескислородных кислот составляют по
схеме:
элемент + водород + «ная» кислота.
Например: H2S – сероводородная кислота
(раствор газа сероводорода в воде).
Некоторые бескислородные кислоты имеют особые
(тривиальные) названия: НСl – соляная кислота
(раствор газа хлороводорода в воде), НF –
плавиковая кислота (раствор газа фтороводорода в
воде).
Задание 2.14. Дайте химические названия
соляной и плавиковой кислотам.
Кислородсодержащие кислоты могут быть
получены при действии воды на кислотные оксиды
(см. выше). Исходные кислотные оксиды называют
«ангидриды кислот»:
Метафосфорная кислота неустойчива и,
присоединяя воду, превращается в более
устойчивую ортофосфорную кислоту:
Или в суммарном виде:
Р2О5 + 3Н2О = 2Н3РО4
.
Таким образом, Р2O5 – ангидрид
фосфорной кислоты, а также некоторых других,
менее устойчивых кислот.
Обратите внимание: название
кислородсодержащей кислоты содержит в виде
корня название элемента, входящего в состав
ангидрида: фосфор Р
фосфорный ангидрид Р2О5 фосфорная кислота Н3РО4.
Если элементу соответствует несколько кислот,
то для кислоты с большей валентностью
элемента, входящего в состав ангидрида, в
названии употребляют суффиксы «н» или «в».
Для кислот с меньшей валентностью элемента в
название кислоты добавляют суффикс «ист».
Валентность элемента проще всего определять по
формуле ангидрида:
В названии сернистой кислоты основной суффикс
«ист», а суффикс «н» введен дополнительно для
благозвучия.
Сведения о названиях некоторых кислот обобщены
в табл. 3.
Таблица 3
Названия кислот
Ангидрид | Кислота | Название |
Нет | НС1 | Соляная, хлороводородная |
CO2 | Н2СО3 | Угольная |
SiO2 | …………… | Кремниевая |
N2O3 | …………… | Азотистая |
N2O5 | …………… | Азотная |
SO2 | …………… | …………………….. |
SO3 | …………… | …………………….. |
P2O5 | …………… | …………………….. |
CrO3 | …………… | Хромовая |
Нет | H2S | Сероводородная |
Задание 2.15. Вместо пропусков в табл.
3 напишите формулы и названия соответствующих
кислот.
Задание 2.16. Напишите на память (никуда не
заглядывая) формулы кислот: кремниевой,
сернистой, серной, сероводородной, азотистой,
азотной, соляной, фосфорной, угольной. Укажите
ангидриды этих кислот (там, где они существуют).
Свойства кислот
Главным свойством всех кислот является их
способность образовывать соли. Соль образуется в
любой реакции, в которой участвует кислота, при
этом замещаются активные атомы водорода (один
или несколько).
• Кислоты реагируют с металлами. При этом атомы
водорода кислоты замещаются на атомы металла с
образованием растворимой соли и водорода.
Например:
Не все металлы способны вытеснять водород из
растворов кислот. Этот процесс возможен только
для тех металлов, которые стоят в ряду напряжений
(ряд активности) до водорода (рис. 3, см. с. 20):
Рис. 3. Ряд напряжений металлов |
Задание 2.17. Составьте уравнения
возможных реакций:
серная кислота + алюминий,
соляная кислота + серебро,
бромоводородная кислота + цинк.
При составлении уравнений пользуйтесь рядом
напряжений. Не забывайте, составляя формулы
солей, учитывать валентности металла и
кислотного остатка.
Некоторые кислоты могут растворять металлы,
которые стоят в ряду напряжения после водорода,
но водород при этом не выделяется:
3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O.
• Кислоты реагируют с основаниями, образуя
соль и воду**. Это реакция
обмена, и поэтому валентность составных частей в
результате реакции не меняется:
Расставим коэффициенты:
2Н3РО4 + 3Са(ОН)2 = Са3(РО4)2
+ 6Н2О.
Задание 2.18. Составьте уравнения реакций:
серной кислоты и Fe(ОН)3,
соляной кислоты и Ва(ОН)2,
сернистой кислоты и NаОН.
Не забудьте порядок действий: составить
формулу соли по валентности металла и кислотного
остатка; расставить коэффициенты.
• Кислоты могут реагировать с солями. При этом
сильная кислота вытесняет более слабую из ее
соли.
К сильным кислотам относятся серная, азотная,
соляная и др.
К слабым кислотам относятся угольная,
кремниевая, сероводородная, азотистая.
В реакции обмена кислоты с солью образуются
новая соль и новая кислота. Например:
2HNO3 + CaCO3 = Ca(NO3)2 + H2CO3.
Более подробно о подобных реакциях см. главу 6.
Задание 2.19. Составьте, не обращаясь к
учебнику и пособиям, формулы: а) сильных кислот;
б) слабых кислот.
Задание 2.20. Составьте уравнения реакций:
соляная кислота + FeS,
азотная кислота + Na2SiO3,
серная кислота + K2CO3.
• Как обнаружить кислоту в растворе? Например,
в одном стакане налита вода, а в другом – раствор
кислоты. Как определить, где кислота? Хотя все
кислоты кислые на вкус, пробовать их нельзя, это
опасно. Выручают особые вещества – индикаторы.
Это соединения, которые изменяют цвет в
присутствии кислот.
Синий лакмус в кислоте становится красным;
оранжевый метилоранж тоже становится красным в
присутствии кислот.
В ы в о д ы по главе 2.2
Кислоты классифицируют:
по числу атомов водорода – на одноосновные,
двухосновные и т.д.;по наличию атома кислорода в составе
молекулы – на бескислородные и
кислородсодержащие;по силе – на сильные и слабые;
по устойчивости – на устойчивые и
неустойчивые.
Кислоты реагируют:
с активными металлами (стоящими в ряду
активности до Н),с основаниями,
с основными и амфотерными оксидами,
с солями более слабых кислот.
Кислоты обнаруживаются индикаторами в кислой
(«красной») области.
* В химических формулах
органических кислот атом водорода стоит в конце,
например CH3COOH – уксусная кислота.
** Реакция между кислотой и
основанием называется реакцией нейтрализации.
Продолжение следует