Классификация сложных веществ

 

Классификация на сильные и слабые кислоты

Сильные кислоты: HCl хлороводородная, HI иодоводородная,

HBr бромоводородная, H2SO4 серная,HNO3 азотная.

Слабые кислоты: HF фтороводородная,H3PO4 фосфорная,

H2SO3 сернистая,H2S сероводородная,H2CO3 угольная,

H2SiO3 кремниевая

Следует помнить, что в реакциях кислот с металлами есть одно важное исключение.

При взаимодействии металлов с азотной кислотой водород не выделяется. Это связано с тем, что азотная кислота содержит в своей молекуле сильный окислитель – азот в степени окисления +5. Поэтому с металлами в первую очередь реагирует более активный окислитель N+5, а не H+, как в других кислотах. Выделяющийся все же в каком-то количестве водород немедленно окисляется и не выделяется в виде газа.

Это же наблюдается и для реакций концентрированной серной кислоты, в молекуле которой сера S+6 также выступает в роли главного окислителя. Состав продуктов в этих окислительно-восстановительных реакциях зависит от многих факторов: активности металла, концентрации кислоты, температуры. Например:

Cu + 4 HNO3(конц.) =Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O

3 Cu + 8HNO3(разб.) = 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O

8 K + 5 H2SO4(конц.) = 4 K2SO4 + H2S + 4 H2O

3 Zn + 4 H2SO4(конц.) = 3 ZnSO4 + S + 4 H2O

Есть металлы, которые реагируют с разбавленными кислотами, но не реагирует с концентрированными (т.е. безводными) кислотами – серной кислотой и азотной кислотой.

Эти металлы – Al, Fe, Cr, Ni и некоторые другие – при контакте с безводными кислотами сразу же покрываются продуктами окисления (пассивируются). Продукты окисления, образующие прочные пленки, могут растворяться в водных растворах кислот, но нерастворимы в кислотах концентрированных.

Это обстоятельство используют в промышленности. Например, концентрированную серную кислоту хранят и перевозят в железных бочках.

 

                                            

 

                                        Применение

Кислоты – необходимые для жизни человека химические соединения.

Н-р: бактерицидным действием обладает  уксусная кислота. Именно поэтому ее раствор используют при консервировании продуктов.

Серная, азотная, соляная и фосфорная кислоты – важнейшие продукты химической промышленности. Можно смело сказать, что серная кислота известна наибольшему числу людей. По разнообразию применения и объему промышленного производства она занимает первое место среди всех кислот.

Применение кислот часто происходит на производствах и в быту. Среди применяемых в быту кислот выделяют: азотную, соляную, фосфорную.

 

Номенклатура

Названия кислородных кислот производятся от названия неметалла с прибавлением окончаний –ная, -вая, если степень окисления его соответствует номеру группы. По мере понижения степени окисления суффиксы меняются в следующем порядке: -оватая, -истая, -оватистая: HClO4 - хлорная кислота, HClO3 - хлорноватая кислота,

HClO2 - хлористая кислота, HClO - хлорноватистая кислота.

Если элемент в одной и той же степени окисления образует несколько кислородсодержащих кислот, то к названию кислоты с меньшим содержанием кислородных атомов добавляется префикс «мета», при наибольшем числе - префикс « орто»:

НВО2 - метаборная кислота, Н2n(SiO3)n - полиметакремниевая кислота, Н3ВО3- ортоборная кислота, H4SiO4 - ортокремниевая кислота.

Названия бескислородных кислот производятся от названия неметалла с окончанием о и прибавлением слова водородная:

НF - фтороводородная, или плавиковая, кислота;

НCl - хлороводородная, или соляная, кислота; 

НBr - бромоводородная кислота, НI - йодоводородная кислота.

 

                                              Основания

    Основания–  это сложные вещества, молекулы которых состоят из атома металла и одной или нескольких гидроксидных групп. Например: NaOH, Ca(OH)2 и т.п. Однако класс оснований не ограничивается гидроксидами металлов. Понятие «основание» более сложное, оно возникает из рассмотрения кислотно-основных химических равновесий. В реакциях:

OH + H2SO4 ó HSO4 + H2O

CH3COOH + NH3 ó CH3COO + NH4

Серная и уксусная кислоты взаимодействуют с основаниями, отдавая им протон H+. Вещества, стремящиеся принять протон, называются основаниями (определение Й. Бренстенда, 1923). С точки зрения теории электролитической  диссоциации (Сванте Август Аррениус) даётся определение и описывается свойства  оснований: основаниями называются электролиты, при диссоциации которых в

качестве анионов образуются только гидроксид-ионы:

Ca(OH)2 ó CaOH + OH

CaOH ó Ca + OH

 

                               Классификация оснований

1. По числу гидроксидных групп в молекуле

· Однокислотные, молекулы которых содержат одну гидроксидную группу

· Двухкислотные, молекулы которых содержат две гидроксидные группы

· Трехкислотные, молекулы которых содержат три гидроксидые группы.

Число гидроксогрупп определяется валентностью металла. Например:

- гидроксид калия 

- гидроксид бария.

Если металл имеет переменную валентность, то указывают в названии основания римскими цифрами в скобочках.

Например: Cu(OH)2 – гидроксид меди (II), Fe(OH)3 –гидроксид железа (III).

2. По растворимости в воде

· Растворимые

· Нерастворимые

Хорошо растворимые в воде основания называются щёлочами. Основания бывают, растворимы и практически  не растворимые. Растворимые и не растворимые основания имеют общее свойство: они реагируют  с кислотами с образованием соли и воды.Н-р: реакция  нейтрализации – это реакции взаимодействия между кислотами и   основаниями с образованием соли и воды:

HCl + NaOH = NaCl + H2O

H3PO4 + 3KOH =  K3PO4 + 3H2O

Реакцию нейтрализации обычно проводят титрованием – постепенным добавлением  раствора одного из реагентов к раствору другого, например раствора соляной

кислоты HCl к раствору гидроксида натрия NaOH. Реакции нейтрализации помогают определить в лаборатории свойства растворимых гидроксидов, если они вступают в реакцию нейтрализации со щелочами, их относят к кислотам; если реагируют с кислотами, то относят к основаниям.

3. По степени диссоциации различают слабые и сильные основания. Например:

- NH4OH, они не полностью диссоциируют при растворении в воде и их называют, как кислоты, слабыми.

 - сильные основания, например NaOH, Ca(OH). Их называют щелочами.

 

Физические свойства

Все неорганические основания - твердые вещества (кроме гидроксида аммония). Основания имеют разный цвет: гидроксид калия-белого цвета, гидроксид меди - голубого, гидроксид железа - красно-бурого.

 

Химические свойства

1. Водные растворы щелочей изменяют окраску индикаторов.

 Индикатор                         Цвет индикатора в щелочной среде

1. Лакмус -     синий

2.Фенолфталеин -    малиновый

 3. Метиловый оранжевый -   жёлтый

2. Взаимодействие с кислотами: Основание + Кислота = Соль + H2O

KOH + HCl = KCl + H2O

3. С кислотными оксидами: Щелочь + Кислотный оксид = Соль + H2O

Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O

4. С растворами: Раствор щелочи + Раствор соли = Новое основание + Новая соль

2NaOH + CuSO4 = Cu(OH)2 + Na2SO4

5. С амфотерными металлами: Zn + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2

6. Нерастворимые в воде основания при нагревании разлагаются на основной оксид и воду:

 Нерастворимое основание = Основной оксид + H2O

Cu(OH)2 = CuO + H2O

 

                                                   

 

 

                                              Получение

1. Растворимые в воде основания (щелочи) в лаборатории можно получить при  взаимодействии активных металлов и их оксидов с водой: 3Li + 2HOH  2LiOH + H2

 

2. Взаимодействие оксида кальция CaO с водой используется также в технике для  получения гашёной извести, основной составной частью которой является гидроксид   кальция Ca(OH)2. Этот процесс можно изобразить так: CaO + HOH  Ca(OH)2

3. Щёлочи – гидроксид натрия NaOH и гидроксид калия KOH – в технике получают электролизом водных растворов хлорида натрия NaCl и хлорида калия KCl.

 

                                             Применение

   Основания находят широкое применение в промышленности и быту. Например, большое значение имеет гидроксид кальция Ca(OH)2, или гашёная  известь – белый рыхлый порошок. При смешивании его с водой образуется так  называемое известковое молоко. Так как гидроксид кальция немного растворяется в воде, то после отфильтровывания известкового молока получается прозрачный  раствор – известковая вода, которая мутнеет при пропускании через неё оксида  углерода (IV). Происходит реакция:  Ca(OH)2 + CO2  = CaCO3 + H2

Эта же реакция происходит при затвердении строительного раствора.

Гашёную известь применяют для приготовления бордосской смеси – средства  борьбы с болезнями и вредителями растений. Известковое молоко широко  используется в химической промышленности, например в производстве сахара, соды и других веществ.

Гидроксид натрия NaOH применяют для очистки нефти, производства мыла, в  текстильной промышленности. Гидроксид калия KOH и гидроксид лития LiOH  используют в аккумуляторах.

 

                                           Номенклатура

Основания называются следующим образом: сначала произносят слово «гидроксид», а затем металл, который его образует. Если металл имеет переменную валентность, то она указывается в названии.

КОН       – гидроксид калия;

Ca(OH)2 – гидроксид кальция;

Fe(OH)2 – гидроксид железа (II);

Fe(OH)3 – гидроксид железа (III);

 

                                                      Соли

    Соли– это продукты неполного замещения атомов водорода в молекулах кислот атомами металла или это продукты замещения гидроксидных групп в молекулах оснований кислотными остатками.

 

Классификация солей

1. Средние соли - это продукты полного замещения атомов водорода в молекуле кислоты атомами неметалла, или продукты полного замещения гидроксидных групп в молекуле основания кислотными остатками.

2. Кислые соли - это продукты неполного замещения атомов водорода в молекулах многоосновных кислот атомами металла.

3. Основные соли - это продукты неполного замещения гидроксидных групп в молекулах многокислотных оснований кислотными остатками.

4. Также существует группа комплексных солей, состав которых нельзя объяснить, используя обычные представления о валентности.

                                             Физические свойства

Большинство солей - твердые вещества белого цвета. Некоторые соли имеют окраску. Например, дихромат калия - оранжевого, сульфат никеля - зеленого.

Растворимость в воде

По растворимости в воде соли делятся на растворимые в воде, малорастворимые в воде и нерастворимые.

Растворимые соли в водных растворах диссоцииируют на ионы:

· Средние соли диссоцииируют на катионы металлов и анионы кислотных остатков    KCl = K + Cl

· Кислые соли диссоцииируют не катионы металла и сложные анионы

KHSO3 = K + HSO3

· Основные металлы диссоцииируют на сложные катионы и анионы кислотных остатков  AlOH(CH3COO)2 = AlOH + 2CH3COO

 

Химические свойства

1. Соли взаимодействуют с металлами с образованием новой соли и нового металла: Ме(1) + Соль(1) = Ме(2) + Соль(2)

CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu

2. Растворы взаимодействуют со щелочами: Раствор соли + Раствор щелочи = Новая соль + Новое основание

FeCl3 + 3KOH = Fe(OH)3 + 3KCl

3. Соли взаимодействуют с кислотами:

Соль + Кислота = Соль + Кислота

BaCl2 + H2SO4 = BaSO4 + 2HCl

4. Соли могут взаимодействовать между собой: Соль(1) + Соль(2) = Соль(3) + Соль(4)

AgNO3 + KCl = AgCl + KNO3

5. Основные соли взаимодействуют с кислотами: Основная соль + Кислота = Средняя соль + H2O

CuOHCl + HCl = CuCl2 + H2O

6. Кислые соли взаимодействуют со щелочами: Кислая соль + Щелочь = Средняя соль + H2O

NaHSO3 + NaOH = Na2SO3 + H2O

7. Многие соли разлагаются при нагревании

MgCO3 = MgO + CO2

 

Получение солей

К наиболее общим способам получения солей относятся химические взаимодействия:

1. Металлов с неметаллами: 2Na + Cl2 = 2NaCl

2. Металлов с кислотами: Mg + H2SO4 = MgSO4 + H2­

3. Основных оксидов с  кислотными: CaO + CO2 = CaCO3.

4. Кислот с солями: H2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2HCl.

5. Оснований с солями: 2NaOH + CuSO4 = Na2SO4 + Cu (ОН)2

6. Кислот с основаниями: NaOH + HCl = NaCl + H2O

7. Основных оксидов с кислотами: H2SO4 + CaO = CaSO4 + H2O

8. Кислотных оксидов с основаниями: Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O

9. Двух солей между собой: K2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2KCl

10. Металлов с солями Fe+ CuSO4 = FeSO4 + Cu

  Кислые соли получают при неполной нейтрализации кислоты с основанием, при этом гидроксид берут в количестве, недостаточном для полной нейтрализации кислоты: NaOH + H2S = NaHS + H2O

 Основные соли получают  частичной нейтрализацией основания  с кислотой:

Zn(ОН) 2 + HCl = Zn(ОН)Cl + H2O

 

Применение

Соли повсеместно используются как в производстве, так и в повседневной жизни.