Материал: Химия. учебное пособие. Вострикова Г.Ю., Хорохордина Е.А

Решение типовых задач

Задача 1. Какие из перечисленных ниже веществ являются оксидами: Н₂CО₃, BeO, K₂О, SО₂, Mg(NO₃)₂? Укажите их свойства (основные, кислотные, амфотерные). Напишите уравнения реакций, доказывающих характер оксидов.

Решение. В нашем примере кислотным оксидом является оксид SО₂. При взаимодействии с водой он образует сернистую кислоту Н₂SО₃, с основаниями и основными оксидами – ее соли:

SО₂ + Н₂О → Н₂SО₃;

SО₂ + 2LiОН → Li₂SО₃ + Н₂О;

SО₂ + Nа₂О → Nа₂SО₃.

Оксид K₂О проявляет основные свойства, растворяется в воде с образованием основания. Взаимодействует с кислотами и кислотными оксидами с образованием солей в соответствии со следующими реакциями:

K₂О + Н₂О → 2KОН;

K₂О + 2НСl → 2KСl + Н₂О;

K₂О + СО₂ → K₂СО₃.

BeO – амфотерный оксид, нерастворимый в воде. Ему соответствует гидроксид, проявляющий кислотные свойства (Н₂BeО₂ – кислота) и основные свойства (Be(ОН)₂ – основание). Амфотерные оксиды взаимодействуют с кислотами и щелочами, а также с кислотными и основными оксидами с образованием солей:

BeO + 2НСl → BeСl₂ + Н₂О;

BeO + СО₂ → BeСО₃;

BeO + 2NаОН → Nа₂BeО₂ + Н₂О;

BeO + K₂О → K₂BeO₂.

Задача 2. Приведите уравнение реакции получения гидроксида алюминия. Определите его свойства (природу). Напишите уравнения реакций, доказывающие их.

Решение. Гидроксид алюминия нельзя получить непосредственным взаимодействием оксида алюминия с водой, т.к. оксид не растворим в воде, поэтому его можно получить следующим путем:

Al(NO₃)₃ + 3NaOH → Al(ОН)₃ + 3NaNO₃.

Гидроксид алюминия обладает амфотерными свойствами, т.е. двойственной природой, следовательно, может взаимодействовать как с кислотными, так и с основными оксидами, гидроксидами.

Реакции, подтверждающие кислотные свойства гидроксида:

Al(ОН)₃ (HAlO₂) + KOH → KAlO₂ + 2Н₂О;

2Al(ОН)₃ (НAlO₂) + ВаО → Ва(AlO₂)₂ + 3Н₂О.

Реакции, подтверждающие основные свойства гидроксида:

2Al(ОН)₃ + 3Н₂СО₃ → Al₂(СО₃)₃ + 6Н₂О;

2Al(ОН)₃ + 3SO₃ → Al₂(SO₄)₃ + 6Н₂О.

Задача 3.. Составьте возможные уравнения реакций получения средней соли карбоната магния MgCO₃, а также соответствующих ей кислой и основной соли.

Для получения указанных солей могут быть использованы следующие соединения:

кислота – H₂CO₃, основание – Mg(OH)₂,

кислотный оксид – CO₂, основный оксид – MgO.

Составим возможные уравнения реакций получения соли MgCO₃, помня, что могут взаимодействовать только вещества различного характера:

Так как Mg(OH)₂ является двухкислотным основанием, то при его взаимодействии с H₂CO₃ может быть получена оснóвная соль. Для этого основание должно быть взято в избытке:

Так как H₂CO₃ является двухосновной кислотой, при ее взаимодействии с Mg(OH)₂ может быть получена кислая соль. Для этого в избытке должна быть взята кислота:

Задача 4. Составьте уравнения реакций получения всех возможных солей при взаимодействии гидроксида бария и сернистой кислоты. Назовите полученные соли.

Решение.

Ba(ОН)₂ + Н₂SО₃ → 2Н₂О + BaSО₃ – сульфит бария.

При недостаточном для образования средней соли количестве основания получается кислая соль:

Ba(ОН)₂ + 2 Н₂SО₃ → 2Н₂О + Ba(НSО₃)₂ – гидросульфит бария.

Для превращения кислой соли в среднюю необходимо добавить основание:

Ba(НСО₃)₂ + Ba(ОН)₂ → 2BaСО₃ + 2Н₂О.

При недостаточном для образования средней соли количестве кислоты получается основная соль:

2Ba(ОН)₂ + Н₂SО₃ →2Н₂О + (BaОН)₂SО₃ – гидроксосульфит бария.

Необходимо помнить, что правильность составления химической формулы проверяется по равенству валентности (степени окисления) основного и кислотного остатков. Валентность основного остатка определяется числом замещенных гидроксогрупп в молекуле основания на кислотный остаток; валентность (степень окисления) кислотного остатка – числом замещенных атомов водорода в молекуле кислоты на основной остаток.

Лабораторные опыты

Опыт 1. Свойства оснóвных оксидов

Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов взаимодействуют с водой с образованием щелочей (растворимых в воде оснований). Остальные оксиды металлов (І, ІІ) в воде не растворяются.

Основные оксиды взаимодействуют с кислотами, с кислотными и амфотерными оксидами, а также с амфотерными гидроксидами. В результате таких реакций образуются соли.

Установим окраску универсального индикатора в различных средах. В три пробирки налейте по 3–4 мл воды (нейтральная среда) и добавьте по капле универсального индикатора, а затем в одну пробирку добавьте каплю кислоты, а в другую – каплю щелочи. В рабочей тетради начертите табл. 3.2 и запишите в неё наблюдаемую окраску.

Таблица 3.2

Окраска универсального индикатора в различных средах

Реакция среды	Нейтральная	Кислая	Щелочная
Окраска универсального индикатора

В две пробирки налейте 1–2 мл воды и добавьте 2–3 капли универсального индикатора. В одну пробирку на кончике шпателя внесите оксид кальция CaO, а в другую – оксид меди (II) CuO. Пробирки встряхните и отметьте изменение окраски индикатора только в одной из пробирок. (Появление синей окраски свидетельствует об образовании в растворе щёлочи). Напишите уравнение реакции взаимодействия оксида кальция с водой и назовите полученное соединение.

Оксид меди с водой не взаимодействует, поэтому испытаем его отношение к кислоте и щёлочи. В две пробирки внесите на кончике шпателя небольшое количество оксида меди CuO. Прилейте в первую пробирку 1–2 мл серной кислоты H₂SO₄, во вторую столько же щёлочи NaOH и нагрейте содержимое пробирок. Наблюдайте появление голубой окраски в первой пробирке вследствие образования соли меди. Почему CuO не взаимодействует со щёлочью?

Напишите уравнение реакции взаимодействия оксида меди с серной кислотой, назовите полученную соль.

Объясните на основании выполненных опытов, почему оксиды CaO и CuO являются оснóвными.

Опыт 2. Свойства кислотных оксидов

Газообразные кислотные оксиды взаимодействуют с водой с образованием кислот. Кислотные оксиды взаимодействуют со щелочами, с основными и амфотерными оксидами, а также с амфотерными гидроксидами. При этом образуются соли.

Приготовьте три пробирки. В одну налейте 2–3 мл дистиллированной воды и добавьте 2–3 капли индикатора универсального; другую – на одну треть заполните гидроксидом кальция Ca(OH)₂; в третью пробирку налейте 3–4 мл раствора H₂SO₄. В вытяжном шкафу с помощью преподавателя получите CO₂ − оксид углерода (IV) (углекислый газ). Полученный газ поочерёдно пропустите через все пробирки. Наблюдайте изменение окраски индикатора в пробирке с водой с зелёной на жёлтую, что свидетельствует о появлении в растворе кислоты. В пробирке с Ca(OH)₂ наблюдайте помутнение раствора в результате образования нерастворимой соли кальция, а в третьей − отсутствие изменений.

Напишите уравнения реакций углекислого газа с водой и гидроксидом кальция, назовите полученные соединения и определите, к каким классам они относятся. Почему оксид CO₂ не реагирует с серной кислотой?

Объясните на основании выполненных опытов, почему СО₂ является кислотным оксидом.

Опыт 3. Получение и свойства основных гидроксидов

Щёлочи могут быть получены непосредственным растворением оксидов щелочных и щёлочноземельных металлов в воде. Нерастворимые в воде основания получают в результате взаимодействия растворимых солей соответствующих металлов со щелочами.

Характерные реакции

Основания взаимодействуют с кислотами, с кислотными и амфотерными оксидами, а также с амфотерными гидроксидами. В результате образуются соль и вода.

В пробирку с 0,5 мл сульфата магния MgSO₄ добавьте несколько капель гидроксида натрия NaOH. Наблюдайте образование осадка Mg(OH)₂. Напишите уравнение реакции его получения.

Разделите осадок на две части: к одной прибавьте 0,5–1 мл серной кислоты, к другой – столько же щёлочи NaOH. В каком случае произошло растворение осадка? Напишите уравнение наблюдаемой реакции. Объясните, почему гидроксид магния обладает оснóвным характером.

Опыт 4. Получение и свойства амфотерных гидроксидов

Амфотерные гидроксиды взаимодействуют как с кислотами, проявляя при этом свойства оснований, так и с основаниями, проявляя свойства кислот.

В пробирку с 0,5 мл сульфата цинка ZnSO₄ добавьте несколько капель NaOH. Наблюдайте образование белого осадка гидроксида цинка Zn(OH)₂. Напишите уравнение реакции его получения. Разделите осадок на две части: к одной прилейте 0,5–1 мл серной кислоты, а к другой – столько же концентрированного раствора KOH. Наблюдайте растворение осадка в обеих пробирках. Напишите уравнения взаимодействия Zn(OH)₂ c кислотой и щёлочью. Объясните, почему гидроксид цинка обладает амфотерным характером.

Опыт 5. Составление уравнений реакций получения солей

Соли бывают средние, кислые и основные. Средние соли образуются при полном замещении атомов водорода в кислоте атомами металла или гидроксильных групп в основании кислотными остатками.

Формулы солей записываются в соответствии со степенью окисления атомов металлов и зарядом кислотных остатков. При этом необходимо помнить, что молекулы солей электронейтральны.

Кислые соли – продукты неполного замещения атомов водорода в многоосновной кислоте атомами металла, например: Mg(HSO₃)₂.

Основные соли – продукты неполного замещения гидроксильных групп в многокислотных основаниях кислотными остатками, например: (MgOH)₂SO₃.

Названия некоторых кислот и их солей приводятся в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Номенклатура некоторых кислот и солей