Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Савчин

§ 29. ОСНОВИ. ВЛАСТИВОСТІ ТА ЗАСТОСУВАННЯ ГІДРОКСИДІВ НАТРІЮ ТА КАЛЬЦІЮ

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

  • називати поширені основи лужних, лужноземельних та інших металічних елементів;
  • складати рівняння реакцій, які характеризують хімічні властивості та добування основ;
  • пояснювати застосування гідроксидів Натрію та Кальцію;
  • характеризувати фізичні та хімічні властивості лугів і нерозчинних у воді основ;
  • розпізнавати луги в розчинах.

Сформулюйте самостійно визначення поняття «основи» та пригадайте їхні назви.

Фізичні властивості основ. Вам відомо з курсу хімії 8 класу, що основи — це складні речовини йонної будови, до складу молекул яких входять катіони металічних елементів і гідроксид-аніони. Назви основ утворюють додаванням до назви катіона слова гідроксид. Наприклад: натрій гідроксид, барій гідроксид. Але якщо металічний елемент проявляє змінну валентність, то її вказують у назві: ферум(ІІ) гідроксид, ферум (III) гідроксид.

Залежно від розчинності у воді розрізняють розчинні основи, які дістали назву луги, і нерозчинні основи.

За нормальних умов луги — тверді, кристалічні, розчинні у воді речовини білого кольору, гігроскопічні. Процес розчинення супроводжується виділенням тепла. Розчини лугів мильні на дотик, їдкі. Потрапляючи на шкіру, спричиняють опіки, роз'їдають целюлозу й денатурують білок, що зумовлює зміну макромолекули та молекулярної маси.

Пригадайте, яких заходів безпеки потрібно дотримуватися під час роботи з лугами.

Нерозчинні основи — тверді речовини, що мають різне забарвлення. Наприклад, ферум(ІІ) гідроксид — зеленувато-білого кольору, купрум(ІІ) гідроксид — синього, хром(ІІ) гідроксид — жовтого кольору.

Хімічні властивості лугів. Дія на індикатори. Якщо розчини лугів випробувати індикаторами, то спостерігатимемо зміну їхнього забарвлення: лакмусу — на синій колір, метилового оранжевого — на жовтий, фенолфталеїну — на малиновий. Універсальний індикаторний папір у лужному середовищі набуває синього забарвлення.

Взаємодія з кислотними оксидами. Цю властивість лугів спостерігатимемо за допомогою демонстраційного досліду.

Дослід 1. Наллємо в пробірку 1-1,5 мл розчину натрій гідроксиду й додамо до нього розчин фенолфталеїну. Індикатор набуває малинового забарвлення. Опустимо в пробірку газовідвідну трубку та пропустимо крізь розчин карбон(ІV) оксид. Рівняння реакцій:

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O;

Са(ОН)2 + SO3= CaSO4 + H2O.

Складіть самостійно рівняння реакцій взаємодії: а) калій гідроксиду з фосфор(V) оксидом; б) барій гідроксиду із сульфур(VI) оксидом. Проаналізуйте, які продукти реакцій утворюються при цьому.

Нейтралізація лугів кислотами. Ця властивість характеризує як луги, так і кислоти. Проведемо демонстраційний дослід.

Дослід 2. Наллємо у дві пробірки розчини натрій та кальцій гідроксидів об'ємом по 1,5-2 мл і додамо до кожної з них по декілька крапель фенолфталеїну. Розчини змінюють забарвлення на малинове. Додамо до кожної пробірки приблизно такий самий об'єм: у першу — хлоридної, у другу — розчину сульфатної кислот. Реакції відбуваються, оскільки розчини знебарвлюються.

Щоб дослідити утворені продукти реакцій, крапнемо на препарувальне скельце невелику кількість продуктів та обережно випаруємо розчини. На препарувальному скельці утворюються кристали солей. Рівняння реакцій:

NaOH + HCl = NaCl + H2O;

Ca(OH)2 + H2SO4 = CaSO4↓ + 2H2O.

Отже, під час взаємодії лугів з кислотами утворюються сіль і вода.

Складіть самостійно рівняння реакцій взаємодії: а) калій гідроксиду з хлоридною та сульфатною кислотами; б) кальцій гідроксиду з хлоридною кислотою.

Взаємодія із солями. Луги реагують із солями в розчинах. Проведемо ще один демонстраційний дослід.

Дослід 3. Наллємо в пробірку розчин купрум(ІІ) сульфату об'ємом 1-1,5 мл. Доллємо такий самий об'єм розчину натрій гідроксиду (рис. 52). Спостерігаємо випадання синього осаду. Утворення осаду є однією з умов перебігу реакцій. Отже, відбулася реакція:

2NaOH + CuSO4 = Cu(OH)2↓ + Na2SO4.

Рис. 52. Взаємодія натрій гідроксиду з купрум(ІІ) сульфатом

Хімічні властивості нерозчинних основ. Взаємодія з кислотами. Проведемо демонстраційний дослід.

Дослід 4. Добудемо нерозчинну основу ферум(ІІ) гідроксид. Для цього до розчину ферум(ІІ) хлориду об'ємом 1-1,5 мл доллємо розчин калій гідроксиду. Випадає осад біло-зеленого кольору. Доллємо до утвореного осаду такий самий об'єм хлоридної кислоти. Осад розчиняється й знову утворюється розчин ферум(ІІ) хлориду. Рівняння реакцій:

FeCl2 + 2КОН = 2КСl + Fe(OH)2↓;

Fe(OH)2 + 2HCl = FeCl2 + 2H2O.

Розклад нерозчинних основ за нагрівання. Основи за нагрівання розкладаються з утворенням відповідних оксидів і води. Якщо нагріти осад купрум(ІІ) гідроксиду, то він перетворюється на чорний порошок купрум(ІІ) оксиду та воду. Рівняння реакції:

Застосування натрій гідроксиду. Натрій гідроксид відомий у техніці як каустична сода, або їдкий натр, і має широке застосування. Завдяки мильним властивостям його використовують для виробництва побутової та промислової хімії, зокрема мийних засобів. Ним дезінфікують і здійснюють санітарне прибирання приміщень, очищають засмічені труби, змивають бруд з різних поверхонь. Натрій гідроксид застосовують як каталізатор у нафтопереробній промисловості, що сприяє підвищенню цетанового числа нафтопродуктів.

У текстильній промисловості волокна обробляють лугом і промивають. Завдяки цій процедурі зникають дрібні ворсинки, а саме волокно стає міцнішим і приємнішим на дотик.

У харчовій промисловості натрій гідроксид використовують для регулювання кислотності в продуктах під час випікання солодощів і хлібобулочних виробів, виготовлення напоїв, для фарбування оливок у чорний колір. На це вказує число Е-524 на обгортці продуктів.

Застосовуючи натрій гідроксид, проявляють знімки під час оброблення фотографій, нейтралізують токсини, очищають повітря тощо.

У хімічних лабораторіях натрій гідроксид використовують як реактив для вивчення хімічних властивостей та добування багатьох речовин.

Застосування кальцій гідроксиду. Кальцій гідроксид має назву гашене вапно. Це порошок білого кольору, малорозчинний у воді.

Найбільшого застосування гашене вапно набуло в будівельній справі. Воно входить до складу багатьох будівельних сумішей як в'яжуча (скріплювальна) речовина. Його використовують завдяки властивості кальцій гідроксиду зв'язуватися з вуглекислим газом, що є в повітрі, з утворенням кальцій карбонату. Для виготовлення будівельного розчину до кальцій гідроксиду додають пісок і воду, для зв'язування цегли — цемент, а для штукатурки — гіпс.

Велику кількість кальцій гідроксиду застосовують під час виробництва цукру як вапняне молоко (суспензія, подібна до молока) для очищення від домішок і кристалізації. У харчовій промисловості — як харчову добавку Е-526, що діє як загусник і регулятор кислотності.

Кальцій гідроксид використовують для побілення дерев і кущів, щоб запобігти їхнім хворобам. У сільському господарстві — для вапнування кислих ґрунтів. Під час виробництва стекол є одним з компонентів шихти. У фармацевтичній технології — як регулятор pH і для отримання кальцієвих мил жирних кислот.

Якщо профільтрувати вапняне молоко, то утворюється прозорий розчин — вапняна вода. У лабораторних умовах її використовують для виявлення карбон(IV) оксиду.

Це не весь перелік застосування зазначених речовин. Проте, незважаючи на таке широке використання, завжди треба пам'ятати, що під час роботи з лугами необхідно дотримуватися правил безпеки.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

Основи — складні речовини йонної будови, молекули яких містять катіони металічних елементів і гідроксид-аніони.

• Розрізняють розчинні у воді основи — луги та нерозчинні.

Луги — тверді, кристалічні, розчинні у воді речовини білого кольору, гігроскопічні, розчини яких мильні на дотик, їдкі, роз'їдають целюлозу та денатурують білок, спричиняють опіки на шкірі.

Нерозчинні основи — тверді речовини, що мають різне забарвлення.

Луги змінюють забарвлення індикаторів: лакмусу — на синій; метилового оранжевого — на жовтий; фенолфталеїну — на малиновий; універсального індикаторного паперу — на синій.

Луги взаємодіють з кислотними оксидами, кислотами та солями.

Нерозчинні основи взаємодіють з кислотами, розкладаються за нагрівання на оксид і воду.

Натрій гідроксид набув широкого застосування у виробництві побутової та промислової хімії, як дезінфекційний засіб. У харчовій промисловості — це харчова добавка Е-524. У хімічних лабораторіях використовують для досліджень.

Кальцій гідроксид застосовують як в'яжучий матеріал у будівництві, для виплавки стекол, як харчову добавку Е-526, для білення стовбурів дерев, вапнування ґрунтів, у лабораторіях — для виявлення карбон(IV) оксиду.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

  • 1. Охарактеризуйте фізичні властивості лугів і нерозчинних основ.
  • 2. Позначте, якого кольору набуває фенолфталеїн у розчинах лугів.

А фіолетового

Б червоного

В малинового

Г синього

  • 3. Укажіть реакцію нейтралізації, що відбулася за участю гідроксиду лужного елемента.

А HNO3 + NaOH = NaNO3 + H2O

Б H2SO4 + Ba(OH)2 = BaSO4 + 2H2O

В SO3 + 2NaOH = Na2SO4 + H2O

Г 2HBr + Mg(OH)2 = MgBr2 + 2H2O

  • 4. Позначте реакцію взаємодії гідроксиду лужного елемента із сіллю.

А NaCl + H2SO4 (конц.) = NaHSO4 + HCl

Б MgCl2 + 2KOH = Mg(OH)2 + 2KCl

В Na2S + 2HCl = 2NaCl + H2S

Г Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O

  • 5. Визначте речовини 1, 2, 3 у ланцюгу перетворень:

А H2O

Б H2SO4

В O2

Г SO2

  • 6. Обчисліть і позначте масу солі, що утвориться внаслідок нейтралізації натрій гідроксидом масою 8 г ортофосфатної кислоти.

А 10,83 г

Б 11,23 г

В 10,93 г

Г 11,13 г

  • 7. Обчисліть і позначте масу розчину калій гідроксиду з масовою часткою речовини 0,2, потрібного для нейтралізації нітратної кислоти масою 12,6 г.

А 56 г

Б 52 г

В 54 г

Г 58 г

  • 8. Купрум(ІІ) гідроксид масою 19,6 г прореагував із сульфатною кислотою масою 22 г. Обчисліть масу утвореної солі, назвіть сіль.
  • 9. Ферум(ІІ) гідроксид масою 26,75 г, що містить 20 % домішок, піддали реакції розкладу за нагрівання. Обчисліть масу й кількість речовини ферум(ІІ) оксиду та масу води, що утворилися внаслідок реакції.