Как составить гидроксид для основания

Методическая
разработка:

«Алгоритм
составления названий и формул оснований (гидроксидов)»

  При изучении химии в 8 классе учащиеся
сталкиваются с затруднениями в названии химических веществ и составления формул
химических соединений.  Для лучшего усвоения данного материала им помогут
«Алгоритмы» – краткая запись последовательности действий.

АЛГОРИТМ
СОСТАВЛЕНИЯ НАЗВАНИЙ  ОСНОВАНИЙ.

Основания – сложные химические вещества ,
состоящие из ионов металла связанных с гидроксогруппой (-ОН)

При названии оснований необходимо соблюдать
данную последовательность действий:

1.    Дается
название последней части вещества – гидроксид.

2.    Называется
металл, который  связан с гидроксогруппой (-ОН), в родительном падеже (записан
перед гидроксогруппой).

3.    Если
заряд металла переменный, в скобках указывается валентность металла.

Запомните: количество
гидроксогрупп равно  заряду  и валентности металла.

ПРИМЕР:

Fe( OH)2
               гидроксид железа (ii)

Al(OH)3 
                 гидроксид  алюминия

АЛГОРИТМ
СОСТАВЛЕНИЯ ФОРМУЛ ОСНОВАНИЙ.

1.   
Записываются символы металла и гидроксогруппы
(-ОН).

2.   
Указывается заряд металла.

3.   
Записывается индекс для гидроксогруппы. Если
заряд металла больше 1, гидроксогруппу заключают в скобки. Индекс указывается
за скобками.

ПРИМЕР:

Гидроксид 
алюминия                                             гидроксид  меди (II)

1.    Al OH                                                                  
    1.
Cu
 OH

2.          3+             
                                                                                 2.    
2+

Al     OH                                            
                         Cu    OH

3.    Al
(OH)3                                                                
   3. Cu
(OH)2

Сегодня поговорим об очень большой группе соединений, которые называются гидроксиды. Как говорит учебник химии,

гидроксид – это химическое соединение, в котором есть группа –ОН.

Собственно, именно по этому признаку и можно определить, что перед нами гидроксид: в нём всегда есть одна или несколько гидроксильных групп –ОН.

Также запомните, что есть понятие «щёлочь». К щелочам относят гидроксиды металлов щелочных (то есть стоящих в первой группе таблицы Менделеева в основной подгруппе), щёлочноземельных (то есть стоящих во второй группе таблицы Менделеева в основной подгруппе) и аммония NH4+.

В чём разница между гидроксидами и щелочами

Щёлочь – понятие более узкое, гидроксид – более широкое. То есть щёлочь – всегда гидроксид, но гидроксид – не всегда щёлочь.

Например, гидроксид натрия NaOH. Натрий находится в первой группе периодической таблицы, это щелочной металл. Поэтому NaOH – это щёлочь. Но если вы назовёте его гидроксидом, ошибкой это не будет.

Другой пример. Гидроксид меди (II) Сu(OH)2 – это гидроксид, но никак не щёлочь (посмотрите в таблицу Менделеева. Медь находится в первой группе, но не в основной, а в побочной! Медь – не щелочной металл!). То есть назвать Сu(OH)2 щёлочью будет ошибкой, это гидроксид.

Как составить формулу гидроксида

Первым делом вспоминаем про валентность, без неё в химии никуда. Далее нужно понять, что группа ОН – это цельная структурная единица. Составляя формулу, мы всегда заключаем её в скобки (если ОН группа одна, то скобки не нужны), а индекс, маленькая цифра внизу справа, относится ко всей гидроксильной группе.

Также сразу запомните, что

группа –ОН всегда имеет валентность I.

Чтобы этот факт навсегда врезался вам в память, запомните следующее. Группа –ОН образуется из воды. Формула воды Н2О, это всем известно. Выглядит молекула воды так: Н-О-Н. То есть в ней две части Н– и –ОН. Каждая из этих частей имеет валентность I, это видно и из формулы:

Нам здесь важно, что гидроксильная группа имеет валентность I. Это надо запомнить.

Теперь переходим к практике и решению химии.

Пример 1.

Составьте формулу гидроксида калия.

Это очень просто. Калий в таблице Менделеева находится в первой группе в основной подгруппе, он имеет валентность I. Группа –ОН также имеет валентность I. Следовательно, формула гидроксида калия КОН.

Пример 2.

Составьте формулу гидроксида кальция.

Кальций находится в периодической таблице во второй группе в основной подгруппе, его валентность II. Тогда:

Здесь надо припомнить, как составляется формула вещества, если известна валентность. Нужно, чтобы произведение валентности и индекса у каждого элемента совпадало. Поэтому формула гидроксида кальция выглядит так:

Напоминаю, что если гидроксильных групп больше одной, то мы из заключаем в скобки. Обратите внимание, что такое написание (ОН)2 означает, что в формуле не два атома водорода, а две группы ОН!

Итак, формула гидроксида кальция – Ca(ОН)2.

Пример 3.

Составьте формулу гидроксида железа (III).

Валентность железа задана условиями, поэтому:

Отсюда следует:

Таким образом, формула гидроксида железа (III) – Fe(OH)3.

Пишите, пожалуйста, 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.

Схема образования гидроксида натрия:

Na⁺ + H-O-H > NaOH + H⁺;

Уравнение реакции: 2Na + 2HOH = 2NaOH + H₂

OH^– – гидроксид-ион является сложным ионом.

Название основания = Гидроксид + Название металла в родительном падеже + С.О. римскими цифрами

Ca(OH)₂ – гидроксид кальция
Fe(OH)₂ – гидроксид железа (II)
Fe(OH)₃ – гидроксид железа (III)
Дай название веществам: Ba(OH)₂, KOH , Al(OH)₃, Zn(HO)₂. Воспользуйся тренажером. (Оценка за тренажер не входит в итоговую оценку. Нажми на ссылку ответь на вопросы и закрой страницу с тестами.)

Порядок составления формул оснований

При
составлении формулы конкретного основания, необходимо в таблице
растворимости найти ион металла, для которого составляем формулу, и в
соответствии с зарядом этого иона металла составить, формулу основания:

• Если заряд иона металла “+”, то с ионом металла связанна только одна гидроксогруппа OH^–, например гидроксид натрия Na⁺OH;

• Если “2+”, то две Ca²⁺(OH)₂.

Вопрос:

Заряд иона алюминия “3+” (Al³⁺) сколько гирдроксогупп связанно с алюминием в гидроксиде алюминия?

Запомни:

Оксиду металла соответствует основание: Ca > CaO > Ca(OH)₂. Такие оксиды называют основные оксиды. СаО – основный оксид.

Составим основания из оксидов: Na₂O , FeO , Fe₂O₃

Na+2O > Na+OH–	Fe2+O > Fe+2(OH)2	Fe23+O3 > Fe3+(OH)3

Составь:

1. Основания из оксидов: ZnO , Li₂O , MgO

2. Оксиды из оснований: CuOH , Cu(OH)₂

_{* * *}

_.

Перед изучением этого раздела рекомендую прочитать следующую статью:

Классификация неорганических веществ

Основания – сложные вещества, которые состоят из катиона металла Ме⁺ (или металлоподобного катиона, например, иона аммония NH₄⁺) и гидроксид-аниона ОН^—.

По растворимости в воде основания делят на растворимые (щелочи) и нерастворимые основания. Также есть неустойчивые основания, которые самопроизвольно разлагаются.

Получение оснований

1. Взаимодействие основных оксидов с водой. При этом с водой реагируют в обычных условиях только те оксиды, которым соответствует растворимое основание (щелочь). Т.е. таким способом можно получить только щёлочи:

основный оксид + вода = основание

Например, оксид натрия в воде образует гидроксид натрия (едкий натр):

Na₂O + H₂O → 2NaOH

При этом оксид меди (II)  с водой не реагирует:

CuO + H₂O ≠

2. Взаимодействие металлов с водой. При этом с водой реагируют в обычных условиях только щелочные металлы (литий, натрий, калий. рубидий, цезий), кальций, стронций и барий. При этом протекает окислительно-восстановительная реакция, окислителем выступает водород, восстановителем является металл.

металл + вода = щёлочь + водород

Например, калий реагирует с водой очень бурно:

2K⁰ + 2H₂⁺O →  2K⁺OH + H₂⁰

3. Электролиз растворов некоторых солей щелочных металлов. Как правило, для получения щелочей электролизу подвергают растворы солей, образованных щелочными или щелочноземельными металлами и бескилородными кислотами (кроме плавиковой) – хлоридами, бромидами, сульфидами и др. Более подробно этот вопрос рассмотрен в статье Электролиз.

Например, электролиз хлорида натрия:

2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑

4. Основания образуются при взаимодействии других щелочей с солями. При этом взаимодействуют только растворимые вещества, а в продуктах должна образоваться нерастворимая соль, либо нерастворимое основание:

щелочь + соль₁ = соль₂↓ + щелочь

либо

щелочь + соль₁ = соль₂↓ + щелочь

Например: карбонат калия реагирует в растворе с гидроксидом кальция:

K₂CO₃ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + 2KOH

Например: хлорид меди (II) взаимодействет в растворе с гидроксидом натрия. При этом выпадает голубой осадок гидроксида меди (II):

CuCl₂ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + 2NaCl

Химические свойства нерастворимых оснований

1. Нерастворимые основания взаимодействуют с сильными кислотами и их оксидами  (и некоторыми средними кислотами). При этом образуются соль и вода.

нерастворимое основание + кислота = соль + вода

нерастворимое основание + кислотный оксид = соль + вода

Например, гидроксид меди (II) взаимодействует с сильной соляной кислотой:

 Cu(OH)₂ + 2HCl = CuCl₂ + 2H₂O

При этом гидроксид меди (II) не взаимодействует с кислотным оксидом слабой угольной кислоты – углекислым газом:

Cu(OH)₂ + CO₂ ≠

2. Нерастворимые основания разлагаются при нагревании на оксид и воду.

Например, гидроксид железа (III) разлагается на оксид железа (III)  и воду при прокаливании:

2Fe(OH)₃ = Fe₂O₃ + 3H₂O

3. Нерастворимые основания не взаимодействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами.

нерастворимое оснвоание + амфотерный оксид  ≠

нерастворимое основание + амфотерный гидроксид  ≠

4. Некоторые нерастворимые основания могут выступать в качестве восстановителей. Восстановителями являются основания, образованные металлами с минимальной или промежуточной степенью окисления, которые могут повысить свою степень окисления (гидроксид железа (II), гидроксид хрома (II) и др.).

Например, гидроксид железа (II) можно окислить кислородом воздуха в присутствии воды до гидроксида железа (III):

4Fe⁺²(OH)₂ + O₂⁰ + 2H₂O → 4Fe⁺³(O^-2H)₃

Химические свойства щелочей

1. Щёлочи взаимодействуют с любыми кислотами – и сильными, и слабыми. При этом образуются средняя соль и вода. Эти реакции называются реакциями нейтрализации. Возможно и образование кислой соли, если кислота многоосновная, при определенном соотношении реагентов, либо в избытке кислоты. В избытке щёлочи образуется средняя соль и вода:

щёлочь_{(избыток)}+ кислота = средняя соль + вода

щёлочь + многоосновная кислота_{(избыток)} = кислая соль + вода

Например, гидроксид натрия при взаимодействии с трёхосновной фосфорной кислотой может образовывать 3 типа солей: дигидрофосфаты, фосфаты или гидрофосфаты.

При этом дигидрофосфаты образуются в избытке кислоты, либо при  мольном соотношении (соотношении количеств веществ) реагентов 1:1.

NaOH + H₃PO₄  → NaH₂PO₄ + H₂O

При мольном соотношении количества щелочи и кислоты 2:1 образуются гидрофосфаты:

2NaOH + H₃PO₄ → Na₂HPO₄ + 2H₂O

В избытке щелочи, либо при мольном соотношении количества щелочи и кислоты 3:1 образуется фосфат щелочного металла.

3NaOH + H₃PO₄ → Na₃PO₄ + 3H₂O

2. Щёлочи взаимодействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами. При этом в расплаве образуются обычные соли, а в растворе – комплексные соли.

щёлочь (расплав) + амфотерный оксид = средняя соль + вода

щёлочь (расплав) + амфотерный гидроксид = средняя соль + вода

щёлочь (раствор) + амфотерный оксид = комплексная соль

щёлочь (раствор) + амфотерный гидроксид = комплексная соль

Например, при взаимодействии гидроксида алюминия с гидроксидом натрия в расплаве образуется алюминат натрия. Более кислотный гидроксид образует кислотный остаток:

NaOH + Al(OH)₃ = NaAlO₂ + 2H₂O

А в растворе образуется комплексная соль:

NaOH + Al(OH)₃ = Na[Al(OH)₄]

Обратите внимание, как составляется формула комплексной соли: сначала мы выбираем центральный атом (как правило, это металл из амфотерного гидроксида). Затем дописываем к нему лиганды — в нашем случае это гидроксид-ионы. Число лигандов, как правило, в 2 раза больше, чем степень окисления центрального атома. Но комплекс алюминия — исключение, у него число лигандов чаще всего равно 4. Заключаем полученный фрагмент в квадртаные скобки — это комплексный ион. Определяем его заряд и снаружи дописываем нужное количество катионов или анионов.

3. Щёлочи взаимодействуют с кислотными оксидами. При этом возможно образование кислой или средней соли, в зависимости от мольного соотношения щёлочи и кислотного оксида. В избытке щёлочи образуется средняя соль, а в избытке кислотного оксида образуется кислая соль:

щёлочь_{(избыток)} + кислотный оксид = средняя соль + вода

либо:

щёлочь + кислотный оксид_{(избыток)} = кислая соль

Например, при взаимодействии избытка гидроксида натрия с углекислым газом образуется карбонат натрия и вода:

2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O

А при взаимодействии избытка углекислого газа с гидроксидом натрия образуется только гидрокарбонат натрия:

2NaOH + CO₂ = NaHCO₃ 

4. Щёлочи взаимодействуют с солями. Щёлочи реагируют только с растворимыми солями в растворе, при условии, что в продуктах образуется газ или  осадок. Такие реакции протекают по механизму ионного обмена.

щёлочь + растворимая соль = соль + соответствующий гидроксид

Щёлочи взаимодействуют с растворами солей металлов, которым соответствуют нерастворимые или неустойчивые гидроксиды.

Например, гидроксид натрия взаимодействует с сульфатом меди в растворе:

Cu²⁺SO₄^2- + 2Na⁺OH^— = Cu²⁺(OH)₂^—↓ + Na₂⁺SO₄^2-

Также щёлочи взаимодействуют с растворами солей аммония.

Например, гидроксид калия взаимодействует с раствором нитрата аммония:

NH₄⁺NO₃^— + K⁺OH^— = K⁺NO₃^— + NH₃↑ + H₂O

! При взаимодействии солей амфотерных металлов с избытком щёлочи образуется комплексная соль !

Давайте рассмотрим этот вопрос подробнее. Если соль, образованная металлом, которому соответствует амфотерный гидроксид, взаимодействует с небольшим количеством щёлочи, то протекает обычная обменная реакция, и в осадок выпадает гидроксид этого металла.

Например, избыток сульфата цинка реагирует в растворе с гидроксидом калия:

ZnSO₄ + 2KOH = Zn(OH)₂↓ + K₂SO₄

Однако, в данной реакции образуется не основание, а амфотерный гидроксид. А, как мы уже указывали выше, амфотерные гидроксиды растворяются в избытке щелочей с образованием комплексных солей. Таким образом, при взаимодействии сульфата цинка с избытком раствора щёлочи образуется комплексная соль, осадок не выпадает:

ZnSO₄ + 4KOH = K₂[Zn(OH)₄] + K₂SO₄

Таким образом, получаем 2 схемы взаимодействия солей металлов, которым соответствуют амфотерные гидроксиды, с щелочами:

соль амф.металла_{(избыток)} + щёлочь = амфотерный гидроксид↓ + соль

соль амф.металла + щёлочь_{(избыток)} = комплексная соль + соль

5. Щёлочи взаимодействуют с кислыми солями. При этом образуются средние соли, либо менее кислые соли.

кислая соль + щёлочь = средняя соль + вода

Например, гидросульфит калия реагирует с гидроксидом калия с образованием сульфита калия и воды:

KHSO₃ + KOH = K₂SO₃ + H₂O

Свойства кислых солей очень удобно определять, разбивая мысленно кислую соль на 2 вещества — кислоту и соль. Например, гидрокарбонта натрия NaHCO₃ мы разбиваем на уольную кислоту H₂CO₃ и карбонат натрия Na₂CO₃. Свойства гидрокарбоната в значительной степени определяются свойствами угольной кислоты и свойствами карбоната натрия.

6. Щёлочи взаимодействуют с металлами в растворе и расплаве. При этом протекает окислительно-восстановительная реакция, в растворе образуется комплексная соль и водород, в расплаве — средняя соль и водород.

! Обратите внимание! С щелочами в растворе реагируют только те металлы, у которых оксид с минимальной положительной степенью окисления металла амфотерный!

Например, железо не реагирует с раствором щёлочи, оксид железа (II) — основный. А алюминий растворяется в водном растворе щелочи, оксид алюминия — амфотерный:

2Al + 2NaOH + 6H₂⁺O = 2Na[Al⁺³(OH)₄] + 3H₂⁰

7. Щёлочи взаимодействуют с неметалами. При этом протекают окислительно-восстановительные реакции. Как правило, неметаллы диспропорционируют в щелочах. Не реагируют с щелочами кислород, водород, азот, углерод и инертные газы (гелий, неон, аргон и др.):

NaOH +О₂ ≠

NaOH +N₂ ≠

NaOH +C ≠

Сера, хлор, бром, йод, фосфор и другие неметаллы диспропорционируют в щелочах (т.е. самоокисляются-самовосстанавливаются).

Например, хлор при взаимодействии с холодной щелочью переходит в степени окисления -1 и +1:

2NaOH +Cl₂⁰ = NaCl^— + NaOCl⁺ + H₂O

Хлор при взаимодействии с горячей щелочью переходит в степени окисления -1 и +5:

6NaOH +Cl₂⁰ = 5NaCl^— + NaCl⁺⁵O₃ + 3H₂O

Кремний окисляется щелочами до степени окисления +4.

Например, в растворе:

2NaOH + Si⁰ + H₂⁺O=  Na₂Si⁺⁴O₃ + 2H₂⁰

Фтор окисляет щёлочи:

2F₂⁰ + 4NaO^-2H = O₂⁰ + 4NaF^— + 2H₂O

Более подробно про эти реакции можно прочитать в статье Окислительно-восстановительные реакции.

8. Щёлочи не разлагаются при нагревании.

Исключение — гидроксид лития:

2LiOH = Li₂O + H₂O