§ 25. Хімічні властивості лугів: дія на індикатори, взаємодія з кислотами, кислотними оксидами, солями. Реакція нейтралізації

Під час вивчення хімічних властивостей оксидів ви дізналися про один зі способів добування та деякі хімічні властивості лугів. Пригадаймо: важливими хімічними властивостями лугів є дія на індикатори, взаємодія з кислотними оксидами.

• Наведіть кілька прикладів рівнянь реакцій за участю: а) оксиду лужного елемента та води; б) кислотного оксиду та лугу. Класифікуйте ці реакції.

Щоб закріпити вміння виявляти луги в розчині, виконайте лабораторні досліди 2 і 3. Будьте обережні (див. рисунок 25.1)!

Рис. 25.1. Застережні знаки.

Завдання. Розтлумачте зміст зображених застережних знаків. Поясніть, чому вони передують інструкції до лабораторних дослідів

Вам видано штатив з пробірками (або пластину для крапельного аналізу), скляні палички, піпетки, промивалку з дистильованою водою, розчини натрій гідроксиду, калій гідроксиду, кальцій гідроксиду, засобу для прочищання засмічених каналізаційних труб, розбавлену хлоридну кислоту; універсальний індикаторний папір, розчини лакмусу та метилового оранжевого, сік однієї з рослин (буряка, червоного винограду, червонокачанної капусти тощо).

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД 2

Дія розчинів лугів на індикатори

Виконайте досліди (за порадою вчителя – індивідуально або у складі малої навчальної групи): дослідіть, опишіть і порівняйте забарвлення індикаторів у дистильованій воді та в розчинах лугів. Для цього за допомогою скляної палички нанесіть по краплині досліджуваних розчинів на смужки індикаторного паперу. У пробірки (або заглибини пластини для крапельного аналізу) помістіть по 5 крапель розчинів лугів. У кожну заглибину долийте по 1 краплі розчину індикатора.

Результати спостережень запишіть до таблиці за зразком:

Індикатор

Забарвлення індикатора у

дистильованій воді

розчині

натрій гідроксиду

калій гідроксиду

кальцій гідроксиду

засобу для прочищання засмічених каналізаційних труб

Універсальний індикаторний папір

Порівняйте хімічні формули лугів та визначте, чим вони подібні та чим відрізняються. Зробіть висновок, яка складова структурної одиниці лугів (катіони металічного елемента чи аніони гідроксильної групи) зумовлює загальну властивість лугів діяти на індикатори. Визначте, який з індикаторів є специфічним індикатором лужного середовища.

Взаємодія з кислотами — загальна властивість лугів. Пересвідчіться в цьому під час виконання лабораторного досліду.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД 3

Взаємодія лугів з кислотами

Виконайте досліди (за порадою вчителя – індивідуально або у складі малої навчальної групи): дослідіть, опишіть і порівняйте властивість натрій гідроксиду і калій гідроксиду вступати в реакцію нейтралізації. Для цього у пробірки (або заглибини пластини для крапельного аналізу) з розчинами лугів, підфарбованих індикаторами (див. попередній дослід), піпеткою по краплях добавляйте хлоридну кислоту, щоразу перемішуючи реакційну суміш скляною паличкою до появи змін. Стисло опишіть спостереження.

Порівняйте хімічні формули лугів та визначте, чим вони подібні та чим відрізняються.

Складемо схему реакції між лугом і кислотою. У реакцію вступають дві складні речовини – натрій гідроксид і хлоридна кислота. Під час реакції вони обмінюються складовими частинами (рис. 25.2):

Рис. 25.2. Схематичне зображення реакції між натрій гідроксидом і хлоридною кислотою

Унаслідок цього утворюються дві нові складні речовини – натрій хлорид і вода.

Реакцію обміну між лугом і кислотою з утворенням солі і води називають реакцією нейтралізації.

Зверніть увагу: гідроксид-аніон зі структурної одиниці лугу переходить до складу молекули води. Катіон металічного елемента – до структурної одиниці солі.

Взаємодія лугів з кислотними оксидами вам уже відома. Застосуйте знання про цю їхню властивість, виконуючи завдання.

• 1. Поясніть, чому: а) розчини лугів не можна зберігати у відкритих посудинах; б) вапняна і баритова вода (насичені розчини кальцій гідроксиду та барій гідроксиду) унаслідок контакту з повітрям стають каламутними.

2. Запропонуйте спосіб очищення газуватих викидів ТЕЦ від карбон(ІV) оксиду та сульфур(ІV) оксиду.

Підтвердьте відповіді рівняннями хімічних реакцій, назвіть продукти реакцій, класифікуйте їх.

Ще одна важлива хімічна властивість лугів – взаємодія із солями в розчині. До розчину натрій гідроксиду добавимо розчин купрум(ІІ) сульфату. Про перебіг реакції свідчить утворення блакитного драглистого осаду купрум(ІІ) гідроксиду (рис. 25.3):

Зверніть увагу – реакція обміну між лугом і сіллю в розчині можлива, якщо хоча б один з продуктів реакції – нерозчинна сполука, наприклад:

Рис. 25.3. Реакція між купрум(ІІ) сульфатом і натрій гідроксидом у розчині. 1. Розчин натрій гідроксиду. 2. Розчин купрум(ІІ) сульфату. 3. Осад купрум(ІІ) гідроксиду.

Завдання. Перетворіть схеми хімічних реакцій між солями і лугами в розчині на хімічні рівняння. Класифікуйте ці хімічні реакції

Аналогічно можна добути ферум(ІІІ) гідроксид (рис. 25.4).

Рис. 25.4. Реакція між ферум(ІІІ) хлоридом і натрій гідроксидом у розчині. 1. Розчин натрій гідроксиду. 2. Розчин ферум(ІІІ) хлориду. 3. Осад ферум(ІІІ) гідроксиду.

Завдання. Наведіть приклади лугів та солей Феруму(IIІ), у результаті взаємодії яких у розчині можна добути ферум(ІІІ) гідроксид. За потреби використайте таблицю розчинності. Складіть хімічні рівняння відповідних реакцій, класифікуйте їх

ПРО ГОЛОВНЕ

• У розчинах лугів індикатори змінюють своє забарвлення. Універсальний індикаторний папір набуває синього кольору, метиловий оранжевий – жовтого, лакмус – синього, а фенолфталеїн – малинового. Фенолфталеїн – специфічний індикатор лужного середовища.

• Луги вступають у реакцію нейтралізації з кислотами з утворенням солі та води.

• Продуктами реакції обміну між лугами і кислотними оксидами є сіль і вода.

• Важлива хімічна властивість лугів – взаємодія із солями в розчині. Ці реакції обміну між двома розчинними сполуками можливі, якщо хоча б один з продуктів реакції – нерозчинний.

Перевірте себе

1. Як виявляють луги в розчині? 2. Який індикатор є специфічним індикатором лужного середовища? 3. З якими речовинами реагують луги? 4. Що таке реакція нейтралізації? 5. За якої умови відбувається реакція лугів із солями в розчині?

Застосуйте свої знання й уміння

1*. Прочитайте уривок літературного твору й прокоментуйте його. Поясніть, які висновки ви зробили для себе з прочитаного: «Ігорьок – так звати хлопчика – давній житель палати. В нього – непрохідність стравоходу. Три роки тому, недоглянуте мамою, дитя випило півбанки каустичної соди 1 . Хлоп’я зовсім не знає смаку хрумкої шкоринки, зуби його не врізалися в м’якуш яблука, не розлузували горіхів. Во-їю тільки здогадується, яке то запасся, і відвертається, коли хтось при ньому розв’язує вузлика передачі». (Юрій Мушкетик. Крапля крові).

1 Тривіальна назва натрій гідроксиду.

2. Схарактеризуйте хімічні властивості лугів, складіть відповідні рівняння реакцій.

3. Відтворіть рівняння хімічних реакцій за наведеними фрагментами:

4. Виберіть з переліку хімічні формули тих речовин, які реагують з натрій гідроксидом. Складіть рівняння відповідних реакцій та класифікуйте їх: CuCl₂, BaO, SO₂, HNO₃, Н₃РО₄, Au, Са₃(РО₄)₂, Mg(OH)₂, КСl, FeSO₄.

5*. Проаналізуйте зміст уривка повідомлення ЗМІ: «. у цьому населеному пункті у питній воді підвищений уміст солей, зокрема Феруму(ІІІ). Жінки хутора навчилися обробляти червону воду гашеним вапном і таким чином використовувати її для побутових потреб». Поміркуйте й спробуйте пояснити, для чого забруднену воду обробляють гашеним вапном. Використовуючи таблицю розчинності, складіть рівняння відповідних реакцій для трьох солей Феруму(ІІІ). Чи можна із цією ж метою використати негашене вапно? Відповідь підтвердьте хімічними рівняннями.

6*. Сталева арматура в бетоні захищена від корозії, оскільки цементний камінь має лужне середовище. На свіжих зламах бетону за допомогою індикатора можна визначити, чи достатня лужність для задовільного захисту від корозії. Розгляньте рисунок 25.5, поміркуйте й визначте, який індикатор було використано для визначення характеру середовища. Чи достатня, на вашу думку, лужність цементного каменю в цьому зразку для задовільного захисту від корозії.

Рис. 25.5

7*. Проаналізуйте зміст уривка літературного твору: «Молодий торпедист, відчинивши під час обходу двері до акумуляторного відділення, побачив, що там хлюпається кислота, і до смерті перелякався. Згадавши, що каустична сода нейтралізує сірчану кислоту, він висипав до акумуляторної цілий сорокафунтовий пакет каустику». (Алістер Маклін. Одисея крейсера «Улісс»).

Складіть рівняння реакції, описаної в цьому уривку, і класифікуйте її. Назвіть реагенти і продукти реакції.

8*. Проаналізуйте зміст уривка літературного твору: «Двоє в кают-компанії знімають кришку з першої батареї. У світлі аварійної лампи, що падає крізь люк, я бачу, що один з них тримає в лівій руці смужку синього лакмусового паперу, а правою направляє вимірювальний щуп, дістає його й змочує лакмусовий папірець. Я вилупився на цих двох, як на хлопчиків-служок біля вівтаря під час урочистої меси.

Ледь чутно команди шефа:

– Негайно влийте туди розчин вапна. Потім з’ясуйте, скільки банок витекло!

Отже, у трюмній воді в акумуляторному відділенні міститься кислота». (Букхайм Лотар-Гюнтер. Човен).

Складіть рівняння реакції, описаної в цьому уривку, і класифікуйте її. Назвіть реагенти і продукти реакції. За потреби повторіть § 8. Поясніть, що дало підстави стверджувати, що у трюмній воді містилася кислота.

9. Обчисліть масу (г) калій гідроксиду, необхідного для повної нейтралізації розчину, який містить нітратну кислоту масою 126 г.

10. Обчисліть масу (г) гашеного вапна, необхідного для поглинання вуглекислого газу об’ємом 448 л (н. у).

11. Обчисліть масу (г) нікель(ІІ) гідроксиду, який утвориться внаслідок реакції обміну між нікель(ІІ) хлоридом кількістю речовини 0,5 моль і достатньою кількістю розчину натрій гідроксиду.

Творча майстерня

Поміж непоодиноких способів фальсифікування солодких газованих напоїв та лікеро-горілчаної продукції – застосування не передбачених нормативними документами синтетичних барвників і ароматизаторів, заміна натуральних компонентів рецептури на сурогати й інші замінники. Недобросовісні виробники замінюють натуральну сировину (плоди, ягоди, коріння, трави) синтетичною. Уміст синтетичних барвників можна визначити додаванням будь-якого лужного розчину: амоніаку, соди – в об’ємі, що перевищує об’єм напою. Різка зміна характеру середовища спричиняє зміну кольору натуральних барвників (червоного – на брудно-синій, фіолетового – на червоний і бурий). Натомість синтетичні барвники не змінюють кольору. Якщо додати луг до напоїв, які забарвлені в жовтий, жовтогарячий чи зелений кольори, та прокип’ятити, то після цього натуральні барвні речовини – каротин, каротиноїди, хлорофіл – зруйнуються, жовтий і жовтогарячий кольори напою зникнуть, а зелений перетвориться на буро- або темно-зелений. Колір синтетичних барвників за цих умов не зміниться.

Оцініть вірогідність цієї інформації. Подумайте, як перевірити її експериментально. Обговоріть план свого дослідження з учителем хімії, порадьтеся з батьками. Виконайте досліди та підготуйте презентацію за результатами дослідження.

Дізнайтеся більше:

1. Хімічні властивості лугів

Хімічні властивості гідроксидів металів багато в чому залежать від того, до якої групи вони належать — до лугів чи до нерозчинних основ.

1. Розчини лугів змінюють забарвлення індикаторів.

Фактично індикатор реагує на наявність гідроксидних груп, що містяться в розчині будь якого лугу. При цьому протікає хімічна реакція з утворенням нового продукту, ознакою протікання якої є зміна забарвлення речовини.

Зміна забарвлення індикаторів у розчинах лугів
2. Луги взаємодіють з кислотами, утворюючи сіль і воду.
Реакції обміну між лугами і кислотами називають реакціями нейтралізації .
Наприклад, при взаємодії натрій гідроксиду з хлоридною кислотою утворюється натрій хлорид і вода:
Якщо нейтралізувати кальцій гідроксид нітратною кислотою, утворюється кальцій нітрат і вода:
3. Луги взаємодіють з кислотними оксидами, утворюючи сіль і воду.

Наприклад, при взаємодії кальцій гідроксиду з карбон(\(IV\)) оксидом (вуглекислим газом), утворюється кальцій карбонат і вода:

За допомогою цієї хімічної реакції можна довести наявність карбон(\(IV\)) оксиду: при пропусканні вуглекислого газу через вапняну воду (насичений розчин кальцій гідроксиду), розчин мутніє, оскільки випадає осад білого кольору — утворюється нерозчинний кальцій карбонат.

При взаємодії натрій гідроксиду з фосфор(\(V\)) оксидом утворюється натрій ортофосфат і вода:
4. Луги можуть взаємодіяти з розчинними у воді солями.

Реакція обміну між основою і сіллю можлива лише у тому випадку, якщо обидві вихідні речовини є розчинними у воді, а в результаті реакції утворюється хоча б одна нерозчинна речовина (випадає осад).

Наприклад, при взаємодії натрій гідроксиду з купрум(\(II\)) сульфатом утворюється натрій сульфат і купрум(\(II\)) гідроксид, який випадає в осад:

При взаємодії кальцій гідроксиду з натрій карбонатом утворюється кальцій карбонат (осад) і натрій гідроксид: