Щёлочи, соли и качественные реакции
Щёлочи, важнейшие соли и самый наглядный качественный признак — цвет пламени.
5.3. Гидроксиды (Щелочи)
Гидроксиды щелочных металлов (LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH) — твердые белые вещества, гигроскопичные, прекрасно растворимые в воде. Являются сильными основаниями (щелочами).
Тривиальные названия: NaOH — едкий натр (каустическая сода), KOH — едкое кали.
Способы получения:
| Способ / Метод | Описание процесса и уравнения реакций |
|---|---|
| Электролиз растворов хлоридов |
Основной промышленный способ:
2NaCl + 2H2O эл.→ 2NaOH
+ H2↑ + Cl2↑
|
| Гидратация (взаимодействие с водой) |
Металлы: 2Na + 2H2O → 2NaOH +
H2↑ Оксиды: Na2O + H2O → 2NaOH Пероксиды: Na2O2 + H2O → 2NaOH + H2O2 Гидриды: 2NaH + 2H2O → 2NaOH + H2↑ |
| Обменные реакции (каустификация) |
Взаимодействие растворимых солей щелочных металлов с гидроксидами кальция (известковым молоком) или бария. Реакция идет до конца за счет выпадения нерастворимого карбоната/сульфата кальция или бария, оставляя в растворе щелочь:
K2CO3 + Ca(OH)2 →
CaCO3↓ + 2KOH
|
Химические свойства:
| Реагент / Условие | Описание процесса и уравнения реакций |
|---|---|
| Диссоциация |
Сильные электролиты, диссоциируют нацело.
NaOH ⇄ Na+ + OH-
Среда щелочная, изменяют окраску индикаторов (лакмус — синий,
фенолфталеин — малиновый, метилоранж — желтый).
|
| С кислотами (любыми) |
Реакция нейтрализации: щелочи бурно, с выделением тепла, реагируют и с сильными, и со слабыми кислотами. В зависимости от соотношения щелочи (избыток/недостаток) и основности кислоты образуются средние или кислые соли:
3KOH + H3PO4 → K3PO4
+ 3H2O (избыток щелочи)2KOH + H3PO4 → K2HPO4 + 2H2O KOH + H3PO4 → KH2PO4 + H2O (избыток кислоты) |
| С кислотными оксидами |
Растворимые щелочи легко поглощают кислотные оксиды (CO₂, SO₂, NO₂). Избыток щелочи дает среднюю соль (карбонат), а избыток газа — кислую (гидрокарбонат). Оксид NO₂ диспропорционирует во влажной среде, давая смесь нитрита и нитрата:
2NaOH(изб.) + CO2 →
Na2CO3 + H2ONaOH + CO2(изб.) → NaHCO3 С оксидом NO2 (диспропорционирование): 2NO2 + 2NaOH → NaNO3 + NaNO2 + H2O В присутствии O2: 4NO2 + 4KOH + O2 → 4KNO3 + 2H2O |
| С амфотерными оксидами и гидроксидами |
Щелочи реагируют с амфотерными соединениями с проявлением кислотных свойств последних. Условия реакции определяют состав соли: в растворах за счет избытка воды и координационного числа образуются гидроксокомплексы, а при сплавлении (без воды) — безводные алюминаты, цинкаты и др.:
В расплаве:2NaOH + Al2O3 t°→ 2NaAlO2 + H2O В растворе (образуются комплексные соли): 2NaOH + Al2O3 + 3H2O → 2Na[Al(OH)4] NaOH + Al(OH)3 → Na[Al(OH)4] |
| С амфотерными металлами (Zn, Al, Be) |
Важное свойство щелочей: они способны растворять металлы, оксиды которых амфотерны. Водород выделяется за счет того, что щелочь способствует окислению металла водой с последующим переходом гидроксида металла в комплекс в растворе (или алюминат в расплаве):
В расплаве:2KOH + Zn t°→ K2ZnO2 + H2↑ В растворе: 2NaOH + 2Al + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑ |
| С кислыми солями |
Щелочь нейтрализует ("донейтрализует") кислые соли, содержащие протоны, превращая их в средние соли с образованием воды:
KOH + KHCO3 → K2CO3 +
H2O
|
| С растворимыми солями |
Реакционные среды обмениваются ионами (реакция обмена). Она протекает до конца, только если продукт реакции уходит из среды — выпадает в осадок (нерастворимые гидроксиды переходных металлов) или выделяется газ (аммиак при нагревании солей аммония со щелочами):
CuCl2 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + 2NaCl
(осадок)  |
| С неметаллами |
Щелочи активно взаимодействуют с неметаллами: кремний растворяется с выделением водорода (щелочь снимает гидроксидную пленку). Фтор является более сильным окислителем, окисляя кислород щелочи до фторида кислорода (II). Фосфор, сера и галогены (от Cl до I) диспропорционируют (самоокисляются-самовосстанавливаются) в растворах щелочей, давая соли разных степеней окисления:
Si (окисляется):Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2↑  2F2 + 2NaOH → 2NaF + OF2↑ + H2O (также возможно выделение O2) P, S, Cl2, Br2, I2 (диспропорционируют): 4P + 3KOH + 3H2O → 3KH2PO2 + PH3↑ 3S + 6NaOH t°→ 2Na2S + Na2SO3 + 3H2O  3Cl2 + 6KOH(гор.) → 5KCl + KClO3 + 3H2O |
| Термическая устойчивость |
Плавится без разложения (NaOH, KOH).
Исключение: LiOH разлагается:2LiOH 600°C→ Li2O + H2O |
| Электролиз расплава | 4NaOH эл.→ 4Na + O2↑ + 2H2O |
Вопрос 1: Свойства щелочей (Уравнения)
ПроверкаДопишите уравнения реакций гидроксидов щелочных металлов и расставьте коэффициенты:
- $KOH + Cl_2 \rightarrow \dots + \dots + H_2O$ (на холоде)
- $KOH + Cl_2 \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots + H_2O$ (при нагревании)
- $NaOH + Al + H_2O \rightarrow \dots + \dots\uparrow$
- $NaOH + P_4 + H_2O \rightarrow \dots + \dots\uparrow$
- $K_2CO_3 + Ca(OH)_2 \rightarrow \dots\downarrow + \dots$
- $NaOH(тв) + ZnO \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots\uparrow$
Ответ:
- $2KOH + Cl_2 \rightarrow KCl + KClO + H_2O$ (образование гипохлорита)
- $6KOH + 3Cl_2 \xrightarrow{t^\circ} 5KCl + KClO_3 + 3H_2O$ (образование хлората)
- $2NaOH + 2Al + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2\uparrow$
- $3NaOH + P_4 + 3H_2O \rightarrow 3NaH_2PO_2 + PH_3\uparrow$ (диспропорционирование фосфора)
- $K_2CO_3 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + 2KOH$ (каустификация)
- $2NaOH(тв) + ZnO \xrightarrow{t^\circ} Na_2ZnO_2 + H_2O\uparrow$
5.4. Соли щелочных металлов
Почти все соли щелочных металлов растворимы в воде. Особый интерес представляет термическое разложение нитратов.
Разложение нитратов при нагревании
1. Нитрат лития (как и нитраты магния, меди) разлагается до оксида:
4LiNO3 → 2Li2O + 4NO2 + O2
2. Нитраты остальных щелочных металлов (Na, K, Rb, Cs) разлагаются до нитритов:
2NaNO3 → 2NaNO2 + O2
2KNO3 → 2KNO2 + O2
Вопрос 1: Взаимные превращения и разложение солей (Уравнения)
ПроверкаДопишите уравнения реакций солей щелочных металлов:
- $NaHCO_3 \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots\uparrow + \dots$
- $Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O \rightarrow \dots$
- $KNO_3 \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots\uparrow$
- $LiNO_3 \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots\uparrow + \dots\uparrow$
- $NaHCO_3 + NaOH \rightarrow \dots + \dots$
Ответ:
- $2NaHCO_3 \xrightarrow{t^\circ} Na_2CO_3 + CO_2\uparrow + H_2O$
- $Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O \rightarrow 2NaHCO_3$
- $2KNO_3 \xrightarrow{t^\circ} 2KNO_2 + O_2\uparrow$
- $4LiNO_3 \xrightarrow{t^\circ} 2Li_2O + 4NO_2\uparrow + O_2\uparrow$ (литий разлагается иначе!)
- $NaHCO_3 + NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$
Пояснение: Кислые соли переходят в средние при добавлении щелочи или при нагревании. Средние соли переходят в кислые при пропускании избытка кислотного оксида. Нитраты щелочных металлов разлагаются до нитритов, кроме нитрата лития.
6. Качественные реакции (Окрашивание пламени)
Ионы щелочных металлов окрашивают пламя горелки в характерные цвета, что используется для их качественного обнаружения.
Вопрос 1: Качественные реакции
ПроверкаКак визуально отличить соли лития, натрия и калия, не проводя химических реакций в растворе?
Ответ: По окрашиванию пламени горелки.
Пояснение: Ионы щелочных металлов летучи в пламени и окрашивают его в характерные цвета: соли лития — в карминово-красный, натрия — в ярко-желтый, калия — в фиолетовый.
7. Видео эксперименты
Рекомендуем посмотреть опыты с щелочными металлами на канале Thoisoi: