§ 33. Хімічні властивості лугів і нерозчинних гідроксидів

Пригадайте: як відрізнити формули лугів, нерозчинних основ та амфотерних гідроксидів (за § 28); фізичні властивості основ (за § 32);

принцип кислотно-основних взаємодій та як визначити кислоту, що відповідає тому чи іншому кислотному оксиду (за § ЗО).

Виявлення лугів

Луги та кислоти — безбарвні у воді речовини, але дуже часто необхідно знати, чи наявні кислота або луг у розчині. Для виявлення лугів та кислот використовують індикатори — складні органічні речовини, що змінюють своє забарвлення залежно від наявності лугів або кислот у розчині. Нерозчинні та амфотерні гідроксиди не змінюють колір індикаторів.

Зазвичай індикатори використовують у вигляді розчинів — у воді або в спирті. Зручніше використовувати індикаторний папір — смужки звичайного паперу, просоченого розчином індикатору, а потім висушеного (мал.33.1).

Найуживаніші в лабораторній практиці індикатори — це лакмус (мал. 33.2, с. 176), фенолфталеїн (мал. 33.3, с. 176), метиловий оранжевий та універсальний індикатор (мал. 33.4, с. 176). Колір індикаторів за наявності та відсутності лугів наведено в таблиці 10.

Таблиця 10. Забарвлення індикаторів за наявності та за відсутності лугів

Взаємодія лугів і нерозчинних гідроксидів з кислотами.

Реакція нейтралізації

У § 30 ви вже розглянули кислотно-основні взаємодії, принцип яких полягає в тому, що речовини з кислотними властивостями реагують з речовинами з основними властивостями.

Луги та нерозчинні гідроксиди виявляють основні властивості й здатні взаємодіяти з кислотами:

основа + кислота = сіль + H₂O

У продукт реакції — сіль — переходить металічний елемент з основи та кислотний залишок з кислоти:

' -о ^ O £

Луги та кислоти — їдкі речовини, а в результаті їх взаємодії / £\ утворюється нейтральна сіль. Отже, луг та кислота взаємно ней- -тралізують один одного, через що реакцію між ними називають реакцією нейтралізації. Хоча нерозчинні гідроксиди не є їдкими, але їх взаємодію з кислотами також часто називають реакцією нейтралізації.

Реакцію між кислотою та основою, у результаті якої утворюється сіль та вода, називають реакцією нейтралізації.

Реакції обміну

Зверніть увагу на переміщення атомів у реакції натрій гідроксиду з хлоридною кислотою:

Натрій гідроксид складається з двох частин (йону Натрію і гід-роксид-іону), і хлоридна кислота складається з двох частин (йону Гідрогену і кислотного залишку — хлорид-іону). При взаємодії між ними відбувається обмін цими частинами — йони Натрію і Гідрогену помінялися місцями: йон Гідрогену кислоти об’єднався з гідроксид-іоном лугу в молекулу води, а йон Натрію з кислотним залишком утворив сіль — натрій хлорид:

Отже, це реакція обміну.

Реакції, у яких дві речовини обмінюються своїми частинами, називають реакціями обміну.

Умови перебігу реакцій обміну у водних розчинах

Більшість реакцій, що характеризують хімічні властивості основ, кислот та солей, — це реакції обміну. Реакції обміну у водних розчинах можуть відбуватися тільки за певних умов, які відповідають правилу: продукти реакції не мають реагувати один з одним з утво-

ренням початкових речовин. Такі реакції називають необоротними, тобто такими, що відбуваються до кінця. Це можливо, якщо одним з продуктів реакції є вода або продукт реакції виділяється з розчину у вигляді газу або осаду (нерозчинної у воді речовини).

Зверніть увагу: якщо одним з реагентів є нерозчинна у воді речовина і має утворитися також нерозчинна речовина, то осад випадатиме на поверхні нерозчинного реагенту. У такій реакції зможуть прореагувати тільки поверхневі шари реагенту, тож у глибину частинки осаду реакція не піде.

Отже, реакція обміну, у яку вступає нерозчинна речовина і в результаті має утворитися осад, не відбувається. Інакше кажучи, «з осаду осад не утворюється».

Взаємодія лугів з кислотними оксидами

Луги також здатні взаємодіяти з кислотними оксидами. Такі реакції ми вже розглянули в § ЗО, коли розглядали властивості оксидів:

-З-

луг 4- кислотний оксид = сіль + II_vO

Ви вже знаєте, що головне при складанні рівнянь таких реакцій — правильно визначити кислотний залишок. Для цього обов’язково пам’ятати, як визначити кислоту, що відповідає певному кислотному оксиду (табл. 9, с. 161).

Нерозчинні та амфотерні гідроксиди в такі реакції не вступають.

Сульфур(ІУ) оксиду відповідає сульфітна кислота, а фосфор(У) оксиду — ортофосфатна, тому з лугами сульфур(ІУ) оксид утворюватиме сульфіти (солі сульфітної кислоти), а фосфор(У) оксид — ортофосфати:

Взаємодія лугів із солями

Гідроксиди вступають із солями в реакції обміну, тому в результаті утворюється також сіль і гідроксид. Такі реакції мають відповідати умовам протікання реакцій обміну, отже серед реагентів усі речовини мають бути розчинними, а в результаті має утворитися осад:

луг + розчинна сіль (1) = нерозчинний гідроксид + сіль (2)

Наприклад,

Розкладання нерозчинних гідроксидів

Нерозчинні та амфотерні гідроксиди — нестійкі речовини. На відміну від лугів, при нагріванні вони розкладаються з утворенням відповідних оксидів та води:

нерозчинний гідроксид = оксид + Н.,0

У такий спосіб можна добути оксиди навіть тих елементів, що у вигляді простої речовини не реагують з киснем, наприклад аурум(ІІІ) оксид:

Безпека при роботі з лугами

Луги — їдкі речовини, вони роз’їдають шкіру, деревину, папір, спричиняють тяжкі опіки шкіри й слизових оболонок (мал. 33.5).

Недарма натрій гідроксид називають їдким натром, а калій гідроксид — їдким калі. Вовняна тканина, занурена в концентрований розчин натрій гідроксиду, набухає й перетворюється на драглеподібну масу. Якщо розчин лугу, що потрапив на руку, не змити водою, шкіра починає пекти, і незабаром утворюється виразка.

При роботі з лугами особливо потрібно берегти очі, тому рекомендується надягати захисні окуляри. Якщо луг випадково потрапив на шкіру, його слід негайно змити великою кількістю проточної води, а потім протерти ушкоджену ділянку шкіри розбавленим розчином боратної або оцтової кислоти.

• Слово «луг» походить від застарілого слова, яким за старих часів називали милкий розчин деревної золи, що використовували для прання й миття.

• Відкриття лакмусу є прикладом так званих випадкових відкриттів. Якось англійський учений Роберт Бойль приготував водний розчин лакмусового лишайника. Склянка, де він зберігав настій, знадобилася йому для хлоридної кислоти. Виливши настій, Бойль улив у склянку кислоту і зі здивуванням виявив, що кислота стала червоною. Досліджуючи цей ефект, Бойль винайшов перший індикатор для кислот і лугів.

Лінгвістично задачо

Термін «нейтралізація» є в багатьох мовах і походить від латинського слова. Латиною ufer означає хтось із двох, або той, або інший. Відповідно neuter—жоден з двох, ані той, ані інший. Як ви вважаєте, завдяки якій особливості реакція нейтралізації одержала саме таку назву?

Дія водних розчинів лугів на індикатори

Обладнання: штатив із пробірками , піпетки.

Реактиви: натрій гідроксид, калій гідроксид, вода, метиловий оранжевий, фенолфталеїн, лакмус, універсальний індикатор. Правила безпеки:

• при виконанні дослідів використовуйте невеликі кількості реактивів;

• остерігайтеся потрапляння лугу на одяг, шкіру, очі; у разі потрапляння негайно змийте речовину великою кількістю води та протріть місце розбавленим розчином боратної кислоти.

1. Розгляньте видані вам у пробірках зразки гідроксидів Натрію і Калію. У якому агрегатному стані вони перебувають?

2. Долийте до кожної пробірки по 3 мл води та акуратно перемішайте, постукуючи по пробірці пальцем. Що спостерігаєте? Який висновок можна зробити про розчинність цих речовин у воді? Порівняйте отримані результати з даними таблиці розчинності.

3. Розділіть уміст кожної пробірки на чотири частини. Додайте по 2—3 краплі у першу пробірку — розчину лакмусу, у другу — метилового оранжевого, у третю — фенолфталеїну, а в четверту — універсального індикатору. Запишіть забарвлення індикаторів.

4. Зробіть висновок щодо можливості виявлення лугів індикаторами.

Взаємодія лугів з кислотами в розчині

Обладнання: штатив із пробірками, піпетки.

Реактиви: розчини натрій гідроксиду, фенолфталеїну, сульфатної кислоти.

Правила безпеки:

• при виконанні дослідів використовуйте невеликі кількості реактивів;

• остерігайтеся потрапляння реактивів на одяг, шкіру, очі; у разі потрапляння негайно змийте речовину великою кількістю води та протріть місце розбавленим розчином: якщо луг — розчином боратної кислоти, якщо кислота — розчином соди.

1. Налийте в пробірку натрій гідроксид об’ємом 1—2 мл і додайте 1—2 краплі розчину фенолфталеїну. Що ви спостерігаєте?

2. Доливайте до лугу по краплях розчин сульфатної кислоти, доки розчин знебарвиться. Про що свідчить зникнення забарвлення індикатора?

3. Складіть рівняння реакції.

4. Зробіть висновок щодо ознак реакції нейтралізації та можливості доведення факту нейтралізації лугу.

Висновки

1. Для виявлення лугів у розчині використовують кислотно-основні індикатори — речовини, що змінюють забарвлення за наявності лугу або кислоти. У розчинах лугів лакмус змінює своє забарвлення на синє, метиловий оранжевий — на жовте, фенолфталеїн — на малинове, універсальний індикатор стає синім.

2. У реакції лугу з кислотою утворюються сіль та вода. Такі реакції називають реакціями нейтралізації. Такі самі продукти утворюються при взаємодії лугів з кислотними оксидами.

3. Хімічні реакції, у яких речовини обмінюються своїми складовими частинами, називають реакціями обміну. Реакції обміну є необоротними, тобто відбуваються до кінця: у результаті реакції утворюються вода, газ або нерозчинна у воді речовина. Реакція нейтралізації — приклад реакції обміну.

4. Реакції обміну можливі між лугами та солями, у них утворюються нерозчинний гідроксид та сіль.

5. При нагріванні розкладу піддаються тільки нерозчинні гідроксиди. У результаті утворюються відповідний оксид і вода.

Контрольні запитання

1. Яку реакцію називають реакцією нейтралізації? Наведіть приклад.

2. Які реакції називають реакціями обміну? Наведіть приклад.

3. Які реакції називають необоротними?

4. За яких умов можуть відбуватися реакції обміну?

5. Завдяки яким властивостям їдкий натр та їдкий калі отримали свої назви?

6. Які речовини називають індикаторами? Якого забарвлення набувають лакмус і метиловий оранжевий: а) у воді; б) у розчині лугу?

7. Індикатор фенолфталеїн змінює безбарвне забарвлення в розчинах лугів: а) на жовте; 6) фіолетове; в) малинове.

8. Реакцію KOH + HG = KCI + H_jO називають реакцією: а) нейтралізації; 6) заміщення; в) розкладу.

9. Як слід поводитися з лугами? Що необхідно робити при потраплянні лугів на шкіру або слизові оболонки?

Завдання для засвоєння матеріалу

1. Розчини соди, мила і силікатного клею змінюють забарвлення фенолфталеїну на малинове. Який висновок можна зробити щодо властивостей цих сполук?

2. Запишіть назви основ: LiOH, Mg(OH)_jr Ni(OH)_jf RbOH. Складіть формули солей, що утворюються цими основами при їх взаємодії із сульфатною кислотою, та запишіть їхні назви.

3. Складіть рівняння реакцій нейтралізації розчину барій гідроксиду хло-ридною, сульфатною, нітратною та ортофосфатною кислотами. За таблицею розчинності визначте, у яких випадках утворюється осад.

4. Складіть рівняння реакцій нейтралізації наведених основ хлоридною кислотою: калій гідроксид, ферум(ІІ) гідроксид, ферум(ІІІ) гідроксид, магній гідроксид, цинк гідроксид.

5. Складіть рівняння реакцій нейтралізації, у результаті яких утворюються солі: K_jSO₄, Mg(NO₃)_j, ZnSO₄, CaCI_j, AI(NO₃)₃.

6. Складіть рівняння реакцій добування натрій карбонату, калій силікату, кальцій сульфіту взаємодією кислотних оксидів з лугами.

7. Які з солей реагують з калій гідроксидом: натрій карбонат, купрум(ІІ) сульфат, алюміній нітрат, барій карбонат? Складіть відповідні рівняння реакцій.

8. Складіть рівняння розкладання гідроксидів: Феруму(ІІІ), Мангану(ІІ), Меркурію(ІІ), Купруму(І).

9. Гідроксиди Феруму(ІІ), Магнію, Цинку, Кальцію при нагріванні розкладаються на відповідний оксид і воду. Складіть рівняння реакцій.

10. Обчисліть масу натрій карбонату, що утворюється при пропусканні вуглекислого газу об'ємом 31,36 л (н. у.) крізь розчин натрій гідроксиду.

11. Обчисліть масу ферум(ІІІ) оксиду, необхідну для добування ферум(ІІІ) нітрату масою 36,3 г.

12. Визначте масу солі, що утворюється при взаємодії натрій гідроксиду масою 80 г з розчином хлоридної кислоти.

13. Обчисліть масу ортофосфатної кислоти, необхідну для нейтралізації розчину, що містить 120 г барій гідроксиду.

14. Визначте об’єм кисню (н. у.), необхідний для спалювання вугілля масою 12 г. Яка маса кальцій гідроксиду знадобиться, щоб поглинути весь оксид, що утворився?

15. Розчин калій гідроксиду масою 280 г з масовою часткою лугу 4 % нейтралізували сульфатною кислотою. Обчисліть масу утвореної в результаті солі.

16⁴. Знайдіть в додаткових джерелах інформації приклади використання гідроксидів для поліпшення властивостей грунтів та води. Який вплив на навколишнє середовище матимуть випадки безконтрольного потрапляння лугів до ґрунтів або водоймищ?

Це матеріал з підручника Хімія 8 клас Григорович