4 Лабораторная работа №4

Основные классы неорганических соединений (часть II: кислоты, соли)

Цель работы: усвоение классификации и взаимосвязи между основными классами неорганических соединений; получение неорганических соединений и изучение их свойств.

Оборудование и реактивы: спиртовка, штатив с бюреткой, держатель для пробирок, пинцет, шпатели, фильтровальная бумага, пробирки, колбочка на 50 мл, пипетки, стеклянная трубочка, фарфоровая чашка, индикаторы: фенолфталеин и метиловый оранжевый, дистиллированная вода, кристаллический ацетат натрия, металлический цинк, 0,5н. растворы CuSO₄,, CoCl₂, FeCl₃, Na₂SO₄, NaCl, Pb(NO₃)₂ или Pb(CH₃COO)₂, 2н. растворы NaOH, H₂SO₄, HCl, 30% раствор NaOH, 10% раствор NH₄OH, известковая вода.

4.1 Теоретические пояснения

Кислотные гидроксиды – это кислородсодержащие кислоты, в состав которых входят гидроксильные группы:

H₂SO₄ HNO₃ H₂CO₃

Кислотные гидроксиды диссоциируют в воде с образованием в качестве катионов только ионов водорода Н⁺, взаимодействуют с основаниями и основными оксидами с образованием солей.

Следует отметить, что понятие кислоты шире, чем понятие кислотного гидроксида, так как существуют и бескислородные кислоты, например, HCl, HF, H₂S, HCN и другие.

В номенклатуре кислотных гидроксидов (кислот) используются как тривиальные, так и систематические названия. Последние полностью отражают состав соединения и даются по правилам составления названий комплексных соединений. Систематические названия рекомендуется давать лишь малораспространенным кислотам, образованным элементами с переменной степенью окисления. Например, H₆TeO₆ – гексаоксотеллурат (VI) водорода. Однако серную кислоту вовсе не требуется называть тетраоксосульфат (VI) водорода, за ней сохраняется традиционное название.

При взаимодействии между собой гидроксидов и оксидов, с различными кислотно-основными свойствами, образуются соли. Соли по составу подразделяются на простые, двойные, смешанные и комплексные.

Двойные соли образованы двумя различными катионами и одним анионом. Например, KAl(SO₄)₂ – сульфат алюминия-калия.

Смешанные соли образованы несколькими различными анионами (кислотными остатками) и одним катионом. Например, Ca(ClO)Cl – хлорид-гипохлорит кальция или хлорная известь.

Комплексные соли содержат в своем составе сложные комплексные ионы, которые в химических реакциях, процессах растворения, в структуре кристалла ведут себя как самостоятельные единицы. Например, K₄[Fe(CN)₆] гексацианоферрат (II) калия диссоциирует в воде на ионы в соответствии с уравнением

K₄[Fe(CN)₆] 4K⁺ + [Fe(CN)₆] ^4-.

Комплексный анион практически не диссоциирует в водном растворе, поэтому Fe²⁺ не обнаруживается качественными реакциями.

Простые соли по характеру замещения подразделяются на средние (нормальные), кислые и основные.

Средние соли, например, CuSO₄, Na₂CO₃ и другие, являются продуктами полного замещения ионов водорода в кислоте на другие катионы или продуктами полного замещения гидроксильных групп в основании на кислотные остатки.

Перечислим некоторые основные способы образования средних солей:

• взаимодействие металлов с кислотами

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂­;

• взаимодействие металлов, оксиды которых амфотерны, со щелочами

Zn + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂­;

• взаимодействие основания с кислотой

NaOH + HCl = NaCl + H₂O;

• взаимодействие основания с кислотным оксидом

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃¯ + H₂O;

• взаимодействие кислоты с основным оксидом

CaO + 2HCl = CaCl₂ + H₂O;

• взаимодействие кислоты с солью (более сильная кислота вытесняет более слабую, летучую, разлагающуюся или выпадающую в осадок кислоту из ее соли)

2CH₃COONa + H₂SO₄ = 2CH₃COOH + Na₂SO₄;

• взаимодействие растворимого основания с солью

FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃¯ + 3NaCl;

• взаимодействие между солями

NaCl + AgNO₃ = AgCl¯ + NaNO₃;

• взаимодействие солей с металлами

CuSO₄ + Zn = Cu¯ + ZnSO₄;

• взаимодействие основных и кислотных оксидов

SO₃ + CaO = CaSO₄;

• взаимодействие металлов с неметаллами

2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃.

Кислые соли можно рассматривать как продукты неполного замещения ионов водорода в двух- или более основной кислоте на другие катионы. Кислые соли получаются при взаимодействии кислоты или кислотного оксида с недостатком основания, либо взаимодействием средней соли с кислотой или кислотным оксидом.

H₂SO₄ + NaOH = NaHSO₄ + H₂O; CO₂ + KOH = KHCO₃;

Ca₃(PO₄)₂ + H₃PO₄ = 3CaHPO₄; CaCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca(HCO₃)₂.

Так как в анионе кислой соли содержится подвижный водород, то она частично сохраняет свойства кислоты и может вступать в реакцию нейтрализации с основаниями.

NaHSO₄ + NaOH = Na₂SO₄ + H₂O.

Основные соли можно рассматривать как продукты неполного замещения ОН – групп в многокислотных основаниях на кислотные остатки. Эти соли получаются при взаимодействии основания с недостатком кислоты или средней соли с основанием.

Mg(OH)₂ + HCl = MgOHCl + H₂O;

CoCl₂ + NaOH = CoOHCl¯ + NaCl.

Так как в состав основных солей входят гидроксильные группы, то эти соли могут взаимодействовать с кислотами с образованием средних солей. Таким образом, основные соли частично сохраняют свойства оснований.

MgOHCl + HCl = MgCl₂ + H₂O

Систематические названия солей связаны с систематическими названиями соответствующих кислот. Традиционные названия солей кислородсодержащих кислот составляются из названия аниона в именительном падеже и катиона в родительном падеже. Название аниона включает корень русского или латинского названия кислотообразующего элемента с добавлением суффикса, соответствующего степени окисления элемента. При этом возможны следующие случаи:

• если кислотообразующий элемент имеет только одну степень окисления, то добавляется суффикс –ат ( Na₂CO₃ – карбонат натрия);

• если кислотообразующий элемент имеет две степени окисления, то при высшей из них к корню добавляется суффикс –ат, а при низшей степени окисления добавляется суффикс –ит (CaSO₄ – сульфат кальция, Na₂SO₃ – cульфит натрия);

• если имеются анионы, отвечающие четырем степеням окисления кислотообразующего элемента, то для высшей степени окисления используется приставка пер- и суффикс -ат (КCl⁺⁷O₄ – перхлорат калия), затем суффикс –ат (KCl⁺⁵O₃ – хлорат калия), суффикс –ит (KCl⁺³O₂ – хлорит калия) и для наименьшей степени окисления – приставка гипо- и суффикс –ит (KCl⁺¹O – гипохлорит калия);

• в названиях анионов солей бескислородных кислот используется суффикс –ид (K₂S – сульфид калия);

• при построении традиционных названий кислых солей к названию аниона средней соли добавляется приставка гидро- и числовая греческая приставка, если число атомов водорода в анионе больше одного (Ca(H₂PO₄)₂ – дигидрофосфат кальция, Ca(HCO₃)₂ – гидрокарбонат кальция);

• традиционные названия основных солей формируются при помощи приставки гидроксо- и при необходимости соответствующей числительной приставки ((CuOH)₂CO₃ – карбонат гидроксомеди (II)).