Начальный курс химии Амфотерные гидроксиды и оксиды Амфотерность (двойственность свойств) гидроксидов и оксидов многих элементов проявляется в образовании ими двух типов солей. Например, для гидроксида и оксида алюминия: а) 2Al(OH)3 + 3SO3 = Al2(SO4)3 + 3H2O Al2О3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O б) 2Al(OH)3 + Na2O = 2NaAlO2 + 3H2O (в расплаве) Al2О3 + 2NaOH(т) = 2NaAlO2 + H2O (в расплаве) В реакциях (а) Al(OH)3 и Al2О3 проявляют свойства оснóвных гидроксидов и оксидов, то есть они подобно щелочам реагируют с кислотами и кислотными оксидами, образуя соль, в которой алюминий является катионом Al3+. Напротив, в реакциях (б) Al(OH)3 и Al2О3 выполняют функцию кислотных гидроксидов и оксидов, образуя соль, в которой атом алюминия AlIII входит в состав аниона (кислотного остатка) AlО2−. Сам элемент алюминий проявляет в этих соединениях свойства металла и неметалла. Следовательно, алюминий - амфотерный элемент. Подобные свойства имеют также элементы А-групп - Be, Ga, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi и другие, а также большинство элементов Б-групп - Cr, Mn, Fe, Zn, Cd и другие. Например, амфотерность цинка доказывают такие реакции: а) Zn(OH)2 + N2O5 = Zn(NO3)2 + H2O ZnO + 2HNO3 = Zn(NO3)2 + H2O б) Zn(OH)2 + Na2O = Na2ZnO2 + H2O ZnO + 2NaOH(т) = Na2ZnO2 + H2O Если амфотерный элемент имеет в соединениях несколько степеней окисления, то амфотерные свойства наиболее ярко проявляются для промежуточной степени окисления. Например, у хрома известны три степени окисления: +II, +III и +VI. В случае CrIII кислотные и оснóвные свойства выражены примерно в равной степени, тогда как у CrII наблюдается преобладание оснóвных свойств, а у CrVI - кислотных свойств: CrII → CrO, Cr(OH)2 → CrSO4 CrIII → Cr2O3, Cr(OH)3 → Cr2(SO4)3 или KCrO2 CrVI → CrO3, H2CrO4 → K2CrO4 Очень часто амфотерные гидроксиды элементов в степени окисления +III существуют также в мета-форме, например: AlO(OH) - метагидроксид алюминия FeO(OH) - метагидроксид железа (орто-форма "Fe(OH)3" не существует). Амфотерные гидроксиды практически нерастворимы в воде, наиболее удобный их получения - осаждение из водного раствора с слабого основания - гидрата аммиака: Al(NO3)3 + 3(NH3 · H2O) = Al(OH)3↓ + 3NH4NO3 (20 °C) Al(NO3)3 + 3(NH3 · H2O) = AlO(OH)↓ + 3NH4NO3 + H2O (80 °C) В случае использования избытка щелочей в обменной реакции подобного типа гидроксид алюминия осаждаться не будет, поскольку алюминий в силу своей амфотерности переходит в анион: Al(OH)3(т) + OH− = [Al(OH)4]− Примеры молекулярных уравнений реакций этого типа: Al(NO3)3 + 4NaOH(избыток) = Na[Al(OH)4] + 3NaNO3 ZnSO4 + 4NaOH(избыток) = Na2[Zn(OH)4] + Na2SO4 Образующиеся соли относятся к числу комплексных соединений (комплексных солей): они включают комплексные анионы [Al(OH)4]− и [Zn(OH)4]2−. Названия этих солей таковы: Na[Al(OH)4] - тетрагидроксоалюминат натрия Na2[Zn(OH)4] - тетрагидроксоцинкат натрия Продукты взаимодействия оксидов алюминия или цинка с твердой щелочью называются по-другому: NaAlO2 - диоксоалюминат(III) натрия Na2ZnO2 - диоксоцинкат(II) натрия Подкисление растворов комплексных солей этого типа приводит к разрушению комплексных анионов:
H+ H+ [Al(OH)4]− → Al(OH)3 → Al3+ Например: 2Na[Al(OH)4] + CO2 = 2Al(OH)3↓ + NaHCO3 Для многих амфотерных элементов точные формулы гидроксидов низвестны, поскольку из водного раствора вместо гидроксидов выпадают гидратированные оксиды, например MnO2 · nH2O, Sb2O5 · nH2O. Амфотерные элементы в свободном виде взаимодействуют как с типичными кислотами, так и со щелочами: 2Al + 3H2SO4(разб.) = Al2(SO4)3 + H2↑ 2Al + 6H2O + 4NaOH(конц.) = 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑ В обеих реакциях образуются соли, причем рассматриваемый элемент в одном случае входит в состав катиона, а во втором - в состав аниона.
Амфотерные гидроксиды и оксиды
Амфотерность (двойственность свойств) гидроксидов и оксидов многих элементов проявляется в образовании ими двух типов солей. Например, для гидроксида и оксида алюминия:
а) 2Al(OH)3 + 3SO3 = Al2(SO4)3 + 3H2O
Al2О3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O
б) 2Al(OH)3 + Na2O = 2NaAlO2 + 3H2O (в расплаве)
Al2О3 + 2NaOH(т) = 2NaAlO2 + H2O (в расплаве)
В реакциях (а) Al(OH)3 и Al2О3 проявляют свойства оснóвных гидроксидов и оксидов, то есть они подобно щелочам реагируют с кислотами и кислотными оксидами, образуя соль, в которой алюминий является катионом Al3+.
Напротив, в реакциях (б) Al(OH)3 и Al2О3 выполняют функцию кислотных гидроксидов и оксидов, образуя соль, в которой атом алюминия AlIII входит в состав аниона (кислотного остатка) AlО2−.
Сам элемент алюминий проявляет в этих соединениях свойства металла и неметалла. Следовательно, алюминий - амфотерный элемент.
Подобные свойства имеют также элементы А-групп - Be, Ga, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi и другие, а также большинство элементов Б-групп - Cr, Mn, Fe, Zn, Cd и другие.
Например, амфотерность цинка доказывают такие реакции:
а) Zn(OH)2 + N2O5 = Zn(NO3)2 + H2O
ZnO + 2HNO3 = Zn(NO3)2 + H2O
б) Zn(OH)2 + Na2O = Na2ZnO2 + H2O
ZnO + 2NaOH(т) = Na2ZnO2 + H2O
Если амфотерный элемент имеет в соединениях несколько степеней окисления, то амфотерные свойства наиболее ярко проявляются для промежуточной степени окисления.
Например, у хрома известны три степени окисления: +II, +III и +VI. В случае CrIII кислотные и оснóвные свойства выражены примерно в равной степени, тогда как у CrII наблюдается преобладание оснóвных свойств, а у CrVI - кислотных свойств:
CrII → CrO, Cr(OH)2 → CrSO4
CrIII → Cr2O3, Cr(OH)3 → Cr2(SO4)3 или KCrO2
CrVI → CrO3, H2CrO4 → K2CrO4
Очень часто амфотерные гидроксиды элементов в степени окисления +III существуют также в мета-форме, например:
AlO(OH) - метагидроксид алюминия
FeO(OH) - метагидроксид железа (орто-форма "Fe(OH)3" не существует).
Амфотерные гидроксиды практически нерастворимы в воде, наиболее удобный их получения - осаждение из водного раствора с слабого основания - гидрата аммиака:
Al(NO3)3 + 3(NH3 · H2O) = Al(OH)3↓ + 3NH4NO3 (20 °C)
Al(NO3)3 + 3(NH3 · H2O) = AlO(OH)↓ + 3NH4NO3 + H2O (80 °C)
В случае использования избытка щелочей в обменной реакции подобного типа гидроксид алюминия осаждаться не будет, поскольку алюминий в силу своей амфотерности переходит в анион:
Al(OH)3(т) + OH− = [Al(OH)4]−
Примеры молекулярных уравнений реакций этого типа:
Al(NO3)3 + 4NaOH(избыток) = Na[Al(OH)4] + 3NaNO3
ZnSO4 + 4NaOH(избыток) = Na2[Zn(OH)4] + Na2SO4
Образующиеся соли относятся к числу комплексных соединений (комплексных солей): они включают комплексные анионы [Al(OH)4]− и [Zn(OH)4]2−. Названия этих солей таковы:
Na[Al(OH)4] - тетрагидроксоалюминат натрия
Na2[Zn(OH)4] - тетрагидроксоцинкат натрия
Продукты взаимодействия оксидов алюминия или цинка с твердой щелочью называются по-другому:
NaAlO2 - диоксоалюминат(III) натрия
Na2ZnO2 - диоксоцинкат(II) натрия
Подкисление растворов комплексных солей этого типа приводит к разрушению комплексных анионов:
H+ H+
[Al(OH)4]− → Al(OH)3 → Al3+
Например: 2Na[Al(OH)4] + CO2 = 2Al(OH)3↓ + NaHCO3
Для многих амфотерных элементов точные формулы гидроксидов низвестны, поскольку из водного раствора вместо гидроксидов выпадают гидратированные оксиды, например MnO2 · nH2O, Sb2O5 · nH2O.
Амфотерные элементы в свободном виде взаимодействуют как с типичными кислотами, так и со щелочами:
2Al + 3H2SO4(разб.) = Al2(SO4)3 + H2↑
2Al + 6H2O + 4NaOH(конц.) = 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑
В обеих реакциях образуются соли, причем рассматриваемый элемент в одном случае входит в состав катиона, а во втором - в состав аниона.
Q = 5500 кДж
m₁(C₃H₅(NO₃)₃) = 1кг
Найти:
Q₁, V(CO₂), V(N₂), V(H₂O), V(O₂)
Решение:
4C₃H₅(NO₃)₃ → 12CO₂↑ + 6N₂↑ + 10H₂O↑ + O₂↑ +5500 кДж
Mr(C₃H₅(NO₃)₃) = 227 г/моль
n(C₃H₅(NO₃)₃) = 4 моль (по уравнению реакции)
n₁(C₃H₅(NO₃)₃) =
Q₁ =
Mr(C₃H₅(NO₃)₃) = 227 г/моль (по реакции 908)
Mr(CO₂) = 44 г/моль (по реакции 528)
Mr(N₂) = 28 г/моль (по реакции 168)
Mr(H₂O) = 18 г/моль (по реакции 180)
Mr(O₂) = 32 г/моль
m(CO₂) =
m(N₂) =
m(H₂O) =
m(O₂) =
V(CO₂) =
V(N₂) =
V(H₂O) =
V(O₂) =
ответ:
Q₁ = 6,050 кДЖ,
V(CO₂) = 296л
V(N₂) = 148л
V(H₂O) = 246,7л
V(O₂) = 24,675л