§ 39. Амфотерные оксиды и гидроксиды

Вспомните:

•    химические элементы, которые образуют амфотерные вещества (§ 28);

•    как относятся амфотерные оксиды и гидроксиды к воде и кислотам (§ 30 и 35).

Понятие об амфотерности

Вы уже изучили соединения, которые проявляют кислотные или основные свойства. Некоторые соединения могут проявлять и кислотные, и основные свойства. Кислотные свойства проявляют главным образом соединения неметаллических элементов, а основные — металлических элементов. Если элемент находится на границе между металлическими и неметаллическими элементами, то вполне ожидаемо, что его соединения должны проявлять свойства, характерные как для кислотных, так и для основных веществ. Такие соединения называют амфотерными.

Вещества, которые могут проявлять кислотные и основные свойства I в зависимости от вещества, с которым они взаимодействуют, называют амфотерными.

Амфотерные свойства могут проявлять оксиды и гидроксиды некоторых химических элементов в степенях окисления +2, +3 и +4. Среди них Бериллий(+2), Цинк(+2), Станнум(+2), Плюмбум(+2), Алюминий(+3), Феррум(+3), Хром(+3), Титан(+4).

Амфотерные гидроксиды

При взаимодействии с кислотами амфотерные гидроксиды ведут себя как обычные нерастворимые основания: продуктами ⁴ реакции амфотерного гидроксида с кислотой являются соль и вода:

При взаимодействии с другими основаниями амфотерные гидроксиды проявляют кислотные свойства: с основаниями амфотерные гидроксиды реагируют, как кислоты — вступают в реакцию с образованием соли. Но состав соли зависит от условий, при которых происходит взаимодействие: в растворе или при сплавлении.

В растворах амфотерные гидроксиды взаимодействуют только со щелочами с образованием сложных (комплексных) солей.

Например, цинк гидроксид с натрий гидроксидом реагирует по уравнению:

Как и для обычных солей, название комплексной соли составляют из двух слов. Однако следует указать число групп ОН в составе соли: префикс тетра- означает, что гидроксильных групп четыре, а префиксом гекса- обозначают шесть групп ОН, например:

Подобно цинк гидроксиду реагирует со щелочами и алюминий гидроксид. Но в зависимости от концентрации щелочи из алюминий гидроксида может образоваться тетрагидроксоалюминат (с разбавленным раствором щелочи) или гексагидроксоалюминат (с концентрированным раствором):

При сплавлении амфотерные гидроксиды могут взаимодействовать не только со щелочами, но и с нерастворимыми гидроксидами. При этом образуются также соли, но с более простым составом:

Как и в растворах, из алюминий гидроксида могут образоваться две разные соли в зависимости от количества добавленной щелочи:

При сплавлении амфотерные гидроксиды могут взаимодействовать также и с основными оксидами:

Для того чтобы правильно записать уравнение реакции с участием амфотерных гидроксидов при сплавлении, амфотерные гидроксиды необходимо рассматривать как кислоты. Так, формулу цинк гидроксида Zn(OH)₂ можно записать как формулу кислоты H₂ZnO₂. Эта кислота будет называться цинкатной, она имеет кислотный остаток ZnO₂ с зарядом -2, ее соли — цинкаты. Также формулу алюминий гидроксида можно записать H₃AlO₃: кислотный остаток AlO₃ с зарядом -3, соли — ортоалюминаты. Если из алюминий гидроксида убрать одну молекулу воды, то формула кислоты будет HAlO₂: кислотный остаток AlO₂ с зарядом -1, а соли — метаалюминаты.

Амфотерные оксиды

С кислотами амфотерные оксиды взаимодействуют как обычные основные оксиды: между ними происходят реакции обмена, в которых образуются соль и вода:

При взаимодействии с основными веществами они вступают в реакции как кислотные оксиды. То есть взаимодействуют с основными оксидами и основаниями с образованием солей. Но амфотерные оксиды взаимодействуют с основаниями и основными оксидами только при сплавлении (без участия воды) и образуют такие же соли, как и амфотерные гидроксиды.

При сплавлении цинк оксида с натрий гидроксидом или натрий оксидом образуется натрий цинкат, только в первом случае образуется еще и вода:

Амфотерные оксиды и их соединения довольно распространены в природе. Алюминаты являются составляющими почв и глины.

Некоторые элементы проявляют переменную валентность, причем свойства соединений с разными валентностями могут существенным образом отличаться. Так, феррум(П) оксид FeO — это основный оксид, а феррум(ііі) оксид Fe₂O₃ — амфотерный. Таким образом, они могут взаимодействовать друг с другом при сплавлении, причем образованный продукт также состоит из атомов Феррума и Оксигена — Fe₃O₄. Это соединение называют смешанным оксидом (или железной окалиной), хотя оно является солью, которая состоит из металлического элемента Феррума(іі) и кислотного остатка ферратной кислоты Fe(FeO₂)₂.

Выводы

1.    Амфотерность — способность химических соединений проявлять как кислотные, так и основные свойства в зависимости от природы добавленного реагента. К амфотерным относятся оксиды и гидроксиды некоторых элементов: Бериллия(+2), Цинка(+2), Станнума(+2), Плюмбу-ма(+2), Алюминия(+3), Феррума(+3), Хрома(+3), Титана(+4).

2.    Амфотерные гидроксиды в растворах взаимодействуют только со щелочами с образованием солей, которые содержат гидроксильные группы. При сплавлении они могут также взаимодействовать с основными оксидами и гидроксидами. Амфотерные оксиды взаимодействуют с основными веществами только при сплавлении.

Контрольные вопросы

1.    Что означает выражение «соединение проявляет амфотерные свойства»?

2.    Какие соединения являются амфотерными? Приведите примеры.

3.    Какие химические элементы и в каких валентностях образуют амфотерные вещества?

Задания для усвоения материала

1.    Составьте уравнения реакций взаимодействия цинк гидроксида с калий гидроксидом в растворе и при сплавлении. Назовите продукты реакций.

2.    Составьте уравнения реакций взаимодействия алюминий гидроксида: а) с хлоридной кислотой; б) барий гидроксидом при сплавлении; в) барий оксидом.

3.    Составьте уравнения реакций образования калий алюмината K₃AlO₃ взаимодействием:

а) амфотерного гидроксида со щелочью; б) амфотерного оксида со щелочью; в) амфотерного гидроксида с основным оксидом; г) двух оксидов.

4.    Кальций оксид и алюминий оксид внешне почти одинаковы. Как их можно различить, используя химические реакции?

5.    Какие из данных веществ — KOH, FeCl₃, H₂SO₄ — могут взаимодействовать: а) с натрий гидроксидом; б) купрум(іі) гидроксидом; в) цинк гидроксидом? Составьте соответствующие уравнения реакций.

6.    С какими из указанных веществ взаимодействует натрий гидроксид: K₂O, MgCO₃, H₃PO₄, H₂S, FeCl₃, Fe(OH)₂, AlCl₃, Zn(OH)₂, KCl, SO₃? Составьте уравнения реакций и назовите продукты реакций.

7.    Составьте уравнения реакций, которые соответствуют следующим превращениям:

8. Вычислите массу барий гидроксида, который необходим для получения барий цинката массой 11,7 г из цинк оксида.

9. К раствору цинк сульфата массой 483 г с массовой долей соли 5 % добавили раствор натрий гидроксида до полного растворения осадка. Вычислите массу соединения Цинка.

10*. В дополнительных источниках найдите информацию об использовании соединений Алюминия для очистки воды. На каких свойствах этих соединений основан данный способ?

Это материал учебника Химия 8 класс Григорович