Оглавление

Как связаны щелочи с основаниями?


Щелочи – это небольшая группа неорганических веществ, относящихся к основным гидроксидам или основаниям. Для начала разберемся, какие вещества можно называть основаниями. Основания – это вещества, содержащие гидроксо-группу (‒OH), которая в неорганической химии (в случае с основаниями) пишется в конце молекулы, например: NaOH, Fe(OH)2, Ba(OH)2, но это определение не точное, ведь Fe(OH)3 и Zn(OH)2 имеют сходную формулу, однако, основаниями не являются. Точнее будет сказать, что основания – это гидроксиды, в которых металл находится в степени окисления «+1» или «+2» (кроме цинка и бериллия, образующих в степени окисления «+2» амфотерные оксиды и гидроксиды).

Таблица 1. – Основания и амфотерные гидроксиды

Это основания:

Это НЕ основания:

NaOH

KOH

Mg(OH)2

Ca(OH)2

Fe(OH)2

Al(OH)3

Fe(OH)3

Cr(OH)3

Zn(OH)2

Be(OH)2

Потому что содержат металл в степени окисления «+1» или «+2»

Так как в этой группе есть гидроксиды, имеющие металл в степени окисления «+3», и два исключения - Zn(OH)2 и Be(OH)2. Все приведенные выше вещества являются амфотерными гидроксидами, а не основаниями

Подробнее об отличиях понятий «гидроксиды» и «основания» можно прочитать в статье «Классификация гидроксидов и оснований»

Кроме отличий в степени окисления, основания и амфотерные гидроксиды отличаются так же по реакционной способности. Так, амфотерные гидроксиды могут реагировать как с кислотами, так и с основаниями, а основания могут реагировать с кислотами, но не могут реагировать с другими основаниями. Подробнее о химических свойствах амфотерных гидроксидов можно прочитать в статье «Амфотерные гидроксиды. Получение, химические свойства, образование средних и комплексных солей»

Чем отличаются щёлочи от остальных оснований?

Основания можно разделить на две группы: растворимые и нерастворимые. Растворимые иначе называют щелочами. То есть щелочи – это растворимые основания (растворимые основные гидроксиды).

Таблица 2. – Основания и щёлочи

Щелочи

(растворимые основания)

Остальные основания

(нерастворимые основания)

NaOH

KOH

Ba(OH)2

Mg(OH)2

Fe(OH)2

Ni(OH)2



Место щелочей в классификации гидроксидов

Щелочи – растворимые основания Щелочи – растворимые основания

Как определить, является ли основание растворимым, то есть щелочью, если его нет в таблице растворимости?

В состав щелочей входят металлы IА-группы Периодической Системы Д. И. Менделеева, а также кальций, стронций и барий.

Полный список щелочей:

NaOH – гидроксид натрия, едкий натр, гидроокись натрия, каустическая сода

KOH – гидроксид натрия, едкое кали, гидроокись калия

LiOH – гидроксид лития, гидроокись лития

CsOH – гидроксид цезия, гидроокись цезия

FrOH – гидроксид франция, гидроокись франция

RbOH – гидроксид рубидия, гидроокись рубидия

Ba(OH)2 – гидроксид бария, едкий барий, баритовая вода

Ca(OH)2 – гидроксид кальция, гашеная известь, известковое молоко, известковая вода.

Sr(OH)2 – гидроксид стронция

Остальные основания считаем нерастворимыми (кроме аммиака, образующего гидрат аммония, являющегося хоть и растворимым, но нестойким соединением). Гидроксид аммония, образующийся при пропускании аммиака через воду, можно представить в виде формулы NH4OH (лучше NH3·H2O – гидрат аммония) является растворимым (раствор называют нашатырным спиртом), однако щелочью это вещество не является.

Гидроксид лития и гидроксид кальция растворяются не так хорошо, как другие основания, но все равно считаются щелочами.

Задание в формате ЕГЭ с ответом:

Установите соответствие между формулой вещества и классом/группой, к которому(-ой) это вещество принадлежит: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

  1. Ga(OH)3
  2. RbOH
  3. Cr(OH)2
  1. щелочь
  2. нерастворимое основание
  3. амфотерный гидроксид
Ответ:
АБВ

Комментарий к заданию: Галлий, в представленном гидроксиде, имеет степень окисления +3, поэтому он относится к группе амфотерных гидроксидов. Гидроксид рубидия – щелочь, так как рубидий – элемент IА-группы. Гидроксид хрома – нерастворимое основание, так как хром в степени окисления +2 не является амфотерным, и не относится к щелочным или щелочноземельным металлам, поэтому не может образовать щелочь.

Пример задания из КИМ ЕГЭ:

Установите соответствие между формулой вещества и классом/группой, к которому(-ой) это вещество принадлежит: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

  1. Sr(OH)2
  2. Zn(OH)2
  3. Fe(OH)2
  1. щелочь
  2. нерастворимое основание
  3. амфотерный гидроксид
Ответ:
АБВ

Комментарий к заданию: Стронций является щелочноземельным металлом (металлы IIА-группы, кроме магния и бериллия, образуют растворимые гидроксиды), поэтому образует щелочь. Гидроксид цинка вместе с гидроксидом бериллия входят в группу исключений и, несмотря на вторую валентность, образуют амфотерные гидроксиды. Гидроксид железа нерастворим и не входит в группу амфотерных веществ, он является нерастворимым основанием.

Щёлочи, являясь сильными основаниями, диссоциируют в воде очень быстро, тогда как нерастворимые основания диссоциируют медленно, ступенчато:

Диссоциация щелочей

Диссоциация слабых оснований

Ca(OH)2 = Ca2+ + 2OH‒

Fe(OH)2 = FeOH+ + OH‒  (I ступень)

FeOH+ = Fe2+ + OH‒(II ступень)

Диссоциация настолько быстрая, что ступенчатостью процесса можно пренебречь

Диссоциация очень медленная, быстрее идет по первой ступени, по второй ступени практически не идёт


Физические свойства щелочей

Гидроксиды щелочных металлов (металлов IА-группы) – твердые бесцветные кристаллические вещества. Как уже было описано выше, большинство из них очень хорошо растворимы в воде. Гидроксиды щелочноземельных металлов хуже растворяются в воде.

Химические свойства щелочей

Основные свойства гидроксидов в Периодической системе возрастают справа налево и сверху вниз. Поэтому все щелочи, образованные металлами IА-группы сильнее щелочей, образованных металлами IIА-группы.

Щелочи окрашивают фенолфталеин в малиновый цвет.

Твёрдые щелочи и их концентрированные растворы разъедают живые ткани, поэтому работать с ними нужно в перчатках, а при растирании твёрдой щелочи в ступке необходимо надевать очки.

  1. Щелочи реагируют с кислотными оксидами, образуя либо соль и воду, либо кислую соль:

Щелочь + кислотный оксид = соль + вода

Щелочь + кислотный оксид = кислая соль


Рассмотрим эти реакции на примере образования карбонатов и гидрокарбонатов.

Для щелочей, содержащих одновалентный катион (катион в степени окисления «+1») справедлива общая схема реакции:


2MeOH + CO2 = Me2CO3 + H2O

Или

MeOH + CO2 = MeHCO3

Например:

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

NaOH + CO2 = NaHCO3


2KOH + CO2 = K2CO3 + H2O

KOH + CO2 = KHCO3


Для щелочей, содержащих двухвалентный металл (катион в степени окисления «+2») справедлива общая схема реакции:


Me(OH)2 + CO2 = MeCO3 + H2O

Или

Me(OH)2 + 2CO2 = Me(HCO3)2


Например:

Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O

Ca(OH)2 + 2CO2 = Ca(HCO3)2


Ba(OH)2 + CO2 = BaCO3 + H2O

Ba(OH)2 + 2CO2 = Ba(HCO3)2


Образование кислых и средних солей

Щелочи с кислотными оксидами Щелочи с кислотными оксидами

Щелочи при плавлении разрушают стекло и фарфор, основным компонентом которых является кислотный оксид SiO2:

2NaOH(тв) + SiO2(тв) = Na2SiO3(тв) + H2O(г)

Некоторые оксиды диспропорционируют в щелочах (участвуют в реакции самоокисления-самовосстановления). К таким оксидам относят оксид азота IV, который в щелочах превращается одновременно и в нитрит-ион (NO2‒), и нитрат-ион (NO3‒):

2KOH + 2NO2 = KNO2 + KNO3 + H2O

2Ca(OH)2 + 4NO2 = Ca(NO2)2 + Ca(NO3)2 + 2H2O

Для того, чтобы получить только нитрат-ион необходимо присутствие кислорода:

4KOH + 4NO2 + O2 = 4KNO3 + 2H2O

2Ca(OH)2 + 4NO2 + O2 = 2Ca(NO3)2 + 2H2O

О других свойствах кислотных оксидов можно прочитать в статье «Свойства кислотных оксидов»

  1. Щелочи реагируют с кислотами. Притом, если кислота одноосновная, то образуется только средняя соль, если кислота многоосновная, то может образоваться как средняя, так и кислая соль.

Узнать, как определить тип кислоты можно в статье «Классификация кислот»

А) щелочь + одноосновная кислота = соль + вода

NaOH + HClO3 = NaClO3 + H2O

LiOH + HNO3 = LiNO3 + H2O

KOH + HI = KI + H2O

Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O

Ba(OH)2 + 2HClO4 = Ba(ClO4)2 + 2H2O

Sr(OH)2 + HPO3 = Sr(PO3)2 + H2O


Б) щелочь + двухосновная кислота = соль + вода

Щелочь + двухосновная кислота = кислая соль + вода

2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O

NaOH + H2SO4 = NaHSO4 + H2O

Ba(OH)2 + H2S = BaS + 2H2O

Ba(OH)2 + 2H2S = Ba(HS)2 + 2H2O

Для получения кислой соли необходим недостаток щелочи (избыток кислоты).

Задание по образцу ФИПИ:

Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами, которые образуются при взаимодействии этих веществ: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

  1. Sr(OH)2 + SO2 =
  2. Sr(OH)2 +2SO2 =
  3. Sr(OH)2 + H2SO4 =
  4. Sr(OH)2 + 2H2SO4 =
  1. SrSO4 + 2H2O
  2. SrSO3 + H2O
  3. SrSO4 + H2O
  4. Sr(HSO4)2 + 2H2O
  5. Sr(HSO3)2 + H2O
  6. Sr(HSO3)2
Ответ:
АБВГ
  1. В отличие от нерастворимых оснований, щелочи реагируют с растворимыми солями. Условия типичны для обменных реакций (в продуктах должен появиться газ или осадок):

2NaOH + CuSO4 = Na2SO4 + Cu(OH)2↓

LiOH + NH4Cl = LiCl + NH3↑ + H2O

2KOH + Fe(NO3)2 = 2KNO3 + Fe(OH)2↓

Ca(OH)2 + 2NaF = CaF2↓ + 2NaOH

Ba(OH)2 + K2SO4 = BaSO4↓ + 2KOH

Sr(OH)2 + Na2SiO3 = SrSiO3↓ + 2NaOH

Попробуйте решить задание ЕГЭ:

Из предложенного перечня веществ выберете три вещества, с которыми гидроксид натрия (р-р) не реагирует:

  1. LiCl
  2. NH4Br
  3. CrSO4
  4. PbSO4
  5. KNO3
  6. CuSO4
Ответ:

Комментарий к заданию: помните, что исходная соль должна быть растворимой, а одно из полученных веществ – газ или осадок.

  1. Щелочи реагируют с кислыми солями с образованием средних солей:

NaHSO3 + NaOH = Na2SO3 + H2O

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + 2H2O

  1. Твёрдые щелочи реагируют с амфотерными оксидами и гидроксидами при сплавлении, при этом образуется средняя соль, в катион которой входит щелочной или щелочноземельный металл, а в анион – амфотерный металл:

2NaOH + Al2O3 = 2NaAlO2 + H2O

2NaOH + ZnO = Na2ZnO2 + H2O

Ca(OH)2 + Al2O3 = Ca(AlO2)2 + H2O

Ca(OH)2 + ZnO = CaZnO2 + H2O

Из предложенного перечня веществ выберете три вещества, с которыми реагирует гидроксид калия:

  1. P2O5
  2. Cr2O3
  3. NiO
  4. FeO
  5. CaO
  6. ZnO
Ответ:

Комментарий к заданию: Не забывайте, что щелочи реагируют не только с амфотерными, но и с кислотными оксидами.

О том, как амфотерные оксиды реагируют с щелочами и другими веществами, а также о том, как можно прочитать в статье «Амфотерные оксиды»


NaOH + Al(OH)3 = NaAlO2 + 2H2O

NaOH + Zn(OH)2 = Na2ZnO2 + H2O

Ca(OH)2 + 2Al(OH)3 = Ca(AlO2)2 + 4H2O

Ca(OH)2 + Zn(OH)2 = CaZnO2 + 2H2O

Подробнее о свойствах амфотерных гидроксидов можно прочитать в этой статье

  1. Концентрированные растворы щелочей растворяют амфотерные оксиды и гидроксиды с образованием комплексных солей:

2KOH + Fe2O3 + 3H2O = 2K[Fe(OH)4]

2KOH + BeO + H2O = K2[Be(OH)4]

Ba(OH)2 + Fe2O3 + 3H2O = Ba[Fe(OH)4]2

Ba(OH)2 + BeO + H2O = Ba[Be(OH)4]


KOH + Fe(OH)3 = K[Fe(OH)4]

2KOH + Be(OH)2 = K2[Be(OH)4]

Ba(OH)2 + 2Fe(OH)3 = Ba[Fe(OH)4]2

Ba(OH)2 + Be(OH)2 = Ba[Be(OH)4]

  1. Концентрированные щелочи вступают в реакции с некоторыми металлами (Al, Be, Zn) с образованием комплексной соли и выделением водорода:

2NaOH + 2Al + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑

2NaOH + Be + 2H2O = Na2[Be(OH)4] + H2↑

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

Ba(OH)2 + 2Al + 6H2O = Ba[Al(OH)4]2 + 3H2↑

Ba(OH)2 + Zn + 2H2O = Ba[Zn(OH)4] + H2↑

  1. Хлор, бром, йод диспропорционируют в щелочах, продукты реакции зависят от температуры, при которой происходит реакция:

Cl2 + 2NaOH(холодный) = NaCl + NaClO +H2O

3Cl2 + 6NaOH(горячий) = 5NaCl + NaClO3 + 3H2O


Реакция хлора с гидроксидом натрия

Диспропорционирование галогенов в щелочах Диспропорционирование галогенов в щелочах


  1. Фосфор, сера также самоокисляются-самовосстанавливаются в щелочах:

P4 + 3NaOH + 3H2O = 3NaH2PO2 + PH3

3S + 6NaOH = 2Na2S + Na2SO3 + 3H2O

  1. Кремний реагирует с щелочами в качестве восстановителя:

Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑

Получение щелочей

  1. Щелочи можно получить из гидридов, нитридов, фосфидов, карбидов:

LiH + H2O = LiOH + H2↑

CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2↑


Na3N + 3H2O = 3NaOH + NH3↑

Ca3N2 + 6H2O = 3Ca(OH)2 + 2NH3↑


K3P + 3H2O = 3KOH + PH3↑

Ba3P2 + 6H2O = 3Ba(OH)2 + 2PH3↑


Na4C + 4H2O = 4NaOH + CH4↑

CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2↑

  1. При растворении оксида щелочного или щелочноземельного металла в воде образуется раствор щелочи:

Na2O + H2O = 2NaOH

BaO + H2O = Ba(OH)2

Реакции идут с выделением большого количества теплоты, то есть являются экзотермическими.

  1. Щелочи можно получить растворением пероксидов в воде (характерно для получения гидроксида натрия, гидроксида калия и гидроксида бария):

Na2O2 + 2H2O = H2O2 + 2NaOH

BaO2 + 2H2O = H2O2 + Ba(OH)2

  1. Раствор щелочи получают при растворении щелочного или щелочноземельного металла в воде:

2K + 2H2O = 2KOH + H2↑

Sr + 2H2O = Sr(OH)2 + H2↑

  1. Растворы щелочей можно получить обменными реакциями:

Li2SO4 + Ba(OH)2 = 2LiOH + BaSO4↓

K2SO4 + Sr(OH)2 = 2KOH + SrSO4↓

  1. Раствор щелочи можно получить электролизом раствора соли, содержащей катион щелочного или щелочноземельного металла и бескислородный анион, например раствор гидроксида калия получают электролизом раствора хлорида калия:

KCl + H2O = KOH + H20↑ + Cl20↑

Катод: 2H2O + 2ē = H20↑ + 2OH‒

Анод: 2Cl‒ ‒2ē = Cl20

Электролизом расплава соли, содержащей щелочной металл, щелочь получить нельзя. Этим способом получают сам щелочной металл.