§ 32. Хімічні властивості амфотерних гідроксидів
Амфотерністю, як вам уже відомо, називають здатність деяких хімічних сполук залежно від умов виявляти або основні, або кислотні властивості (рис. 32.1). Наприклад, з кислотами гідроксиди Алюмінію та Цинку реагують як основи, з лугами – як кислоти.
Рис 32.1. 1. Алюміній гідроксид – амфотерний (від грец. amphoteros – і той, і той). 2. Амфора – давня посудина з округлим або витягнутим корпусом, двома вертикальними ручками й вузьким горлом. 3. Амфібія (від грец. amphibios – той, який веде подвійний спосіб життя).
Завдання. Поміркуйте і поясніть, що спільного між алюміній гідроксидом, амфорою та амфібією
Приклади деяких амфотерних гідроксидів наведено в таблиці 32.1.
Амфотерні гідроксиди
Амфотерний гідроксид
Кислотний залишок і його валентність
основна форма
кислотна форма
У природі амфотерні гідроксиди трапляються досить рідко. Цинк гідроксид – складник мінералу ашовериту. Алюміній гідроксид входить до складу мінералу гіббситу (рис. 32.2).
Рис. 32.2. Мінерали. 1. Ашоверит містить цинк гідроксид. 2. Алюміній гідроксид – складник гіббситу.
Завдання. Запишіть назви амфотерних гідроксидів, формули яких наведено в тексті параграфа, та формули і назви відповідних амфотерних оксидів
Звичайно, здобуту інформацію потрібно перевірити експериментально. Для цього добудемо цинк гідроксид реакцією обміну в розчині між цинк нітратом і натрій гідроксидом:
Зверніть увагу: ми поступово добавлятимемо натрій гідроксид до розчину солі Цинку. Добутий білий драглистий осад цинк гідроксиду розділимо на дві рівні порції. На одну порцію осаду подіємо хлоридною кислотою, на іншу – розчином натрій гідроксиду. В обох випадках осад розчиняється:
Зверніть увагу: унаслідок взаємодії цинк гідроксиду з лугом у розчині утворюється розчинна речовина складної будови – натрій тетрагідроксоцинкат. Префікс тетра- означає чотири – у цій складній речовині чотири гідроксильні групи. Складний аніон у формулі цієї солі ми відокремлюємо квадратними дужками.
Аналогічно реагує з кислотами та лугами алюміній гідроксид:
Спрощено записати рівняння реакцій гідроксидів цинку й алюмінію з лугами можна так:
Зверніть увагу: у формулах амфотерних гідроксидів символи атомів Гідрогену записані першими – як у формулах кислот.
• Замініть кожний двовалентний атом Оксигену у складі кислотних залишків – цинкату й алюмінату – на відповідне число одновалентних гідроксильних груп. Наприклад, один двовалентний атом Оксигену потрібно замінити двома одновалентними гідроксильними групами. Порівняйте одержані хімічні формули з наведеними в тексті параграфа.
Перетворіть схеми хімічних реакцій, які характеризують добування та амфотерні властивості цинк гідроксиду й алюміній гідроксиду, на хімічні рівняння.
Запишіть рівняння реакцій, які характеризують хімічні властивості: а) берилій гідроксиду; б) хром(ІІІ) гідроксиду. Складіть хімічні формули відповідних амфотерних оксидів.
Застосування амфотерних гідроксидів зумовлене їхніми властивостями. Наприклад, алюміній гідроксид входить до складу антацидних лікарських засобів «Маалокс», «Алмагель» тощо. (Поміркуйте й поясніть, кислотні чи основні властивості алюміній гідроксиду зумовили його застосування як засобу проти печії).
Хром(ІІІ) гідроксид застосовують для виготовлення хром(ІІІ) оксиду – полірувального засобу. Також він – компонент пігментів тіней для повік, мила (рис. 32.3).
Рис. 32.3. Хром(ІІІ) гідроксид – складник тіней для повік.
Завдання. Поміркуйте й назвіть ті властивості хром(III) гідроксиду, які, на вашу думку, зумовили його застосування як пігменту у складі декоративної косметики
Цинк гідроксид використовують для синтезу різноманітних сполук Цинку. Продукт взаємодії цинк гідроксиду з калій гідроксидом застосовують як білі чорнила для створення написів на чорній поверхні металів. Після висушування на металі залишаються білі літери. (Запишіть хімічну формулу сполуки – продукту реакції цинк гідроксиду з калій гідроксидом – та рівняння відповідної хімічної реакції).
Розкладання за нагрівання – властивість, притаманна амфотерним гідроксидам, як і будь-якій нерозчинній основі. Наприклад, цинк гідроксид, який осаджують зі стічних вод металургійних комбінатів, є сировиною для добування цинк оксиду, на основі якого виробляють цинкове білило:
Алюміній гідроксид використовують як нетоксичну вогнезахисну неорганічну добавку до полімерних матеріалів. Під час термічного розкладання алюміній гідроксиду утворюється водяна пара. Унаслідок цього виникає паровий бар’єр на шляху надходження кисню до зони горіння і відведення продуктів горіння. (Складіть рівняння реакції термічного розкладання алюміній гідроксиду).
ПРО ГОЛОВНЕ
• Амфотерністю називають здатність деяких хімічних сполук, наприклад гідроксидів, залежно від умов виявляти або основні, або кислотні властивості.
• Амфотерними є гідроксиди Цинку, Берилію, Плюмбуму(ІІ), Стануму(ІІ), Хрому(ІІІ), Титану(ІV) тощо.
• Амфотерні властивості виявляють купрум(ІІ) гідроксид і ферум(ІІІ) гідроксид. Проте в цих гідроксидів кислотні властивості виражені значно слабше, ніж основні.
• Застосування амфотерних гідроксидів зумовлене їхніми властивостями.
Перевірте себе
1. Що таке амфотерність? 2. Гідроксиди яких хімічних елементів є амфотерними? 3. Чи трапляються амфотерні гідроксиди у природі? 4. Де застосовують амфотерні гідроксиди?
Застосуйте свої знання й уміння
- 1. Наведіть приклади амфотерних гідроксидів. Поясніть, гідроксиди яких елементів – металічних чи неметалічних – є амфотерними.
- 2. Пригадайте, які гідроксиди входять до складу антацидного препарату «Маалокс». Складіть рівняння хімічних реакцій за участю гідроксидів, які відбуваються внаслідок змішування цього препарату з розчинами: а) нітратної кислоти; б) калій гідроксиду.
- 3. Зазвичай стічні води очищують від розчинних солей Алюмінію, Цинку та Хрому(ІІІ), обробляючи їх лугом, наприклад натрій гідроксидом. Поясніть, чому надлишок лугу зменшує ефективність очищення. Відповідь підтвердьте рівняннями хімічних реакцій.
- 4. За рисунком 32.4 опишіть хід досліду й спостереження під час добування нерозчинного гідроксиду й доведення його амфотерності.
Рис. 32.4
- 5. Обчисліть масу (г) цинк хлориду, який можна добути із цинк гідроксиду кількістю речовини 8 моль.
- 6. Обчисліть максимальну масу (кг) хром(ІІІ) гідроксиду, який можна осадити зі стічних вод натрій гідроксидом масою 4 кг.
- 7*. Одна таблетка препарату «Маалокс» містить алюміній гідроксид масою 400 мг та магній гідроксид масою 400 мг. Обчисліть масу (г) гідроген хлориду, розчиненого у шлунковому соку, який витратиться на повну нейтралізацію амфотерного гідроксиду, що міститься в 10 таблетках препарату.
Творча майстерня
Сплануйте дослідження нейтралізувальної дії тих антацидних засобів, які містять амфотерний гідроксид. Обговоріть план дослідження з учителем, порадьтеся з батьками, приятелями. Для проведення дослідів використайте рослинні індикатори, столовий оцет, натуральний шлунковий сік*, ацидин-пепсин* (*це аптечні препарати, зокрема, 1 таблетка ацидин-пепсину масою 0,25 г замінює 16 крапель розбавленої хлоридної кислоти). Підготуйте презентацію здобутих результатів.
Дізнайтеся більше:
§ 25. Амфотерні гідроксиди. Їхні фізичні й хімічні властивості
Ми також говорили, що амфотерні оксиди й гідроксиди утворюють металічні елементи зі ступенем окиснення +3 (рідше +2 і +4). Приклади амфотерних гідроксидів:
Відповідні їм оксиди також амфотерні (див. § 19).
Згадаємо, що металічні елементи, які утворюють амфотерні оксиди й гідроксиди, розташовані в Періодичній системі між типовими металічними й неметалічними елементами. Таким чином, властивості елементів у періодах змінюються не стрибком, а поступово.
ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ
Амфотерні гідроксиди нерозчинні у воді. Фізичні властивості в них такі самі, як і в нерозчинних основ.
ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ
• Амфотерні сполуки мають особливість: вони проявляють властивості як кислот, так і основ залежно від того, з якою речовиною вони реагують.
Так, реагуючи із сильною кислотою, вони проявляють основні властивості, а під час реакції із сильною основою — кислотні.
Розберемо ці положення на конкретному прикладі. Алюміній гідроксид — амфотерна речовина. Щоби довести його амфотерність, слід провести реакції і з кислотою, і з основою.
Дослід
Якщо до осаду Al(OH)3 додати кислоти, то відбудеться реакція й осад розчиниться, але якщо додати концентрований розчин лугу, то осад розчиниться також!
1. Взаємодія з кислотами
Взаємодія Al(OH)3 з кислотою відбувається так само, як і будь-якої іншої основи, у результаті утворюються сіль і вода:
Аналогічно перебігає реакція з Zn(OH)2:
2. Взаємодія з лугами
Взаємодія з лугами може відбуватися по-різному. Реакції в розчинах і розплавах призводять до утворення різних продуктів.
Взаємодія в розплаві
Розглянемо випадок, коли реакція відбувається в розплаві. Оскільки в реакції з лугом Al(OH)3 є кислотою, запишемо його формулу як формулу кислоти:
Згадаємо, що нерозчинні основи у процесі нагрівання розкладаються, а оскільки речовини, за умовою, реагують у розплавленому стані, то від сполуки H3AlO3 відщеплюється молекула води:
Тоді рівняння виглядає так:
Відбувається реакція обміну між амфотерним гідроксидом — алюмінієвою кислотою — й основою.
Зазвичай цю реакцію записують так:
Завдання
Порівняйте ці реакції та реакції взаємодії амфотерних оксидів із лугами (див. § 21).
Під час сплавляння амфотерних гідроксидів із меншим числом гідроксигруп відщеплення молекули води не відбувається:
Тут можна представити Zn(OH)2 як H2ZnO2, відповідно, утворюється сіль Na2ZnO2 — натрій цинкат.
Взаємодія в розчині
Якщо реакція відбувається в розчині лугу, то утворюються солі більш складної будови:
Більш докладно ви будете вивчати такі солі у старших класах.
— Так що, виявляється, із Al(OH)3можна одержати AlCl3, і NaAlO2, і Na[Al(OH)4]?
— Дійсно, це так. В одній солі Al — катіон, в інших — у складі аніона.
— Так ніхто й не обіцяв, що буде дуже легко й просто.
3. Розклад під час нагрівання
Амфотерні гідроксиди, так само як і інші нерозчинні гідроксиди, розкладаються під час нагрівання:
Отже, ми ознайомилися з хімічними властивостями дивних речовин — амфотерних сполук, які залежно від другого реагенту можуть поводитися і як кислоти, і як основи й утворювати солі різного складу.
ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ
1. У чому особливість хімічних властивостей амфотерних сполук?
2. З якими речовинами слід провести реакції, щоби довести амфотерні властивості гідроксиду або оксиду?
3. Де в Періодичній системі Д. І. Менделєєва розташовані елементи, які утворюють амфотерні сполуки?
4. До амфотерних оксидів належить:
ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ
1. Тільки амфотерні гідроксиди розташовані в ряді:
2. Укажіть, з якою речовиною взаємодіють і HNO3, і KOH:
3. Дано речовини: KOH, FeCl3, H2SO4. З якими з них можуть взаємодіяти:
- а) натрій гідроксид;
- б) купрум(ІІ) гідроксид;
- в) цинк(ІІ) гідроксид?
Напишіть відповідні рівняння реакцій.
4. Наведіть приклади реакцій, що доводять основний характер речовин BaО і Ba(OH)2.
5. Наведіть приклади реакцій, що доводять кислотний характер оксиду SO3 і його гідрату.
6. Наведіть приклади реакцій, що доводять амфотерний характер речовин ВеО і Be(OH)2(реакції відбуваються аналогічно сполукам Цинку).
7. Установіть відповідність між формулою речовини та характером їх сполук.
- 1) Амфотерний оксид
- 2) Основний оксид
- 3) Сіль
- 4) Луг
- 5) Амфотерний гідроксид
- 6) Кислотний оксид
8. Є наважка алюміній гідроксиду масою 56 г. Обчисліть маси:
- а) хлоридної кислоти,
- б) розчину натрій гідроксиду, необхідних для повного розчинення алюміній гідроксиду.
9. Потрібно одержати 40 г цинк(ІІ) оксиду. Яку масу цинк гідроксиду треба розкласти для цього?
Презентація до уроку: “Амфотерні гідроксиди”
У презентації подано поняття амфотерних гідроксидів, способи добування та хімічні властивості. Матеріал полегшить викладання теми на дистанційному навчанні.
Поширення і використання з комерційною метою заборонено автором
Амфотерні гідроксиди – це гідрати амфотерних оксидів. Амфотерними є деякі гідроксиди металічних елементів зі ступенями окиснення +2, +3, +4 Be(OH)2 Zn(OH)2 Pb(OH)2 Cr(OH)3 Sn(OH)2 Pb(OH)2 Al(OH)3 Ti(OH)4
Якщо реакція відбувається між амфотерним гідроксидом і кислотою, то амфотерний гідроксид веде себе як основа. Якщо реакція відбувається між амфотерним гідроксидом і основою (лугом), то амфотерний гідроксид веде себе як кислота. Be(OH)2 Zn(OH)2 Sn(OH)2 Pb(OH)2 Al(OH)3 Cr(OH)3 H2 Be. O2 H2 Zn. O2 H2 Sn. O2 H2 Pb. O2 H3 Al. O3 ортоалюмінатна, H3 Cr. O3 H3 Al. O3 – H2 O = HAl. O2 метаалюмінатна. H3 Сr. O3 – H2 O = HCr. O2
Фізичні властивості амфотерних гідроксидів. Цинк гідроксид Zn(OH)2 Алюміній гідроксид Al(OH)3 Це тверді речовини, нерозчинні у воді, мають різне забарвлення
Амфотерні гідроксиди отримують при взаємодії розчину лугу з розчином відповідної солі
Амфотерні гідроксиди отримують при взаємодії розчину лугу з розчином відповідної солі https://www.youtube.com/watch?v=l. TD8 Fj. B0 H8g
Амфотерні гідроксиди отримують при взаємодії розчину лугу з розчином відповідної соліAl. Cl3 + Na. OH
Амфотерні гідроксиди отримують при взаємодії розчину лугу з розчином відповідної соліAl. Cl3 + Na. OH =Al. OH+ Na. Cl. IIIIII( )333алюміній гідроксид
1. Взаємодія амфотерних гідроксидів з кислотами:
1. Взаємодія амфотерних гідроксидів з кислотами: https://www.youtube.com/watch?v=l. TD8 Fj. B0 H8g
1. Взаємодія амфотерних гідроксидів з кислотами: Al(OH)3 + H2 SO4
1. Взаємодія амфотерних гідроксидів з кислотами: Al(OH)3 + H2 SO4= Al. SO4+ H2 OIIIII2( )3236
2. Взаємодія амфотерних гідроксидів з лугами:у водних розчинахпри сплавленнісіль – гідроксильний комплекссіль
2. Взаємодія амфотерних гідроксидів з лугами: https://www.youtube.com/watch?v=l. TD8 Fj. B0 H8gу розчині
2. Взаємодія амфотерних гідроксидів з лугами: Al(OH)3 + 3 Na. OH = Na3[Al(OH)6]
2. Взаємодія амфотерних гідроксидів з лугами: Al(OH)3 + 3 Na. OH = Na3[Al(OH)6]
2. Взаємодія амфотерних гідроксидів з лугами: Al(OH)3 + 3 Na. OH = Na3[Al(OH)6]
2. Взаємодія амфотерних гідроксидів з лугами: Al(OH)3 + 3 Na. OH = Na3[Al(OH)6]
2. Взаємодія амфотерних гідроксидів з лугами: Al(OH)3 + 3 Na. OH = Na3[Al(OH)6]
2. Взаємодія амфотерних гідроксидів з лугами: Al(OH)3 + 3 Na. OH = Na3[Al(OH)6]натрій гексагідроксоалюмінат. Zn(OH)2 + 2 Na. OH = Na2[Zn(OH)4]натрій тетрагідроксоцинкат
2. Взаємодія амфотерних гідроксидів з лугами:при сплавленніNa. OH + Al(OH)3 H3 Al. O3 H2 OHAl. O2
2. Взаємодія амфотерних гідроксидів з лугами:при сплавленніNa. OH + Al(OH)3 =H3 Al. O3 H2 OHAl. O2+ 2 H2 ONa. Al. O22 Na. OH + Zn(OH)2 = Na2 Zn. O2 + H2 O
3. Амфотерні гідроксиди розкладаються при нагріванні: Al(OH)3 = Al2 O3 + H2 O23
Підведемо підсумки!Амфотерність – здатність речовин проявляти подвійні хімічні властивості: під час реакцій з кислотами вони проявляють себе як основи, а з лугами – як кислоти. Амфотерні гідроксиди реагують з кислотами і лугами в розчинах і під час спікання. В результаті утворюються солі. Амфотерні гідроксиди розкладаються при нагріванні.
Чи залишились запитання?