Предметы
Химия
Теоретические основы химии
7. Кислоты. Соли. Взаимосвязь между классами неорганических веществ
7.3. Соли
Теория Тренинг

Химия

7. Кислоты. Соли. Взаимосвязь между классами неорганических веществ
7.3. Соли

Соли — сложные вещества, состоящие из катиона металла, аммония NH 4 + или другой сложной частицы (например, CH 3 NH 3 + ) и аниона кислотного остатка.

Классификация солей показана на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Классификация солей

Средние соли — продукты полного замещения атомов водорода в кислоте на атом (атомы) металла: CuSO4, Ca3(PO4)2. К средним солям относятся также соли аммония (NH4Cl, NH4NO3) и замещенного аммония ([CH3NH3]2SO4). Средние соли в соответствующих реакциях образуют все кислоты, независимо от основности.

Кислые соли ( гидросоли) — продукты неполного замещения атомов водорода в кислоте на атом металла; кислые соли образуются также в реакциях аммиака и аминов с двух- и более основными кислотами: NH4HSO4, CH3NH3HSO4.

Кислые соли образуют только двух- и более основные кислоты (H2SO4, H2S, H3PO4 и т.п.)

В названиях кислых солей используется приставка гидро- с указанием, если нужно, числа атомов H в формульной единице соли, например: KHS – гидросульфид калия, NaH2PO4 — дигидрофосфат натрия.

Основные соли ( гидроксосоли) — продукты неполного замещения гидроксогрупп в основании на кислотные остатки.

Основные соли образуют только двух- и более кислотные гидроксиды (Mg(OH)2, Al(OH)3, Cu(OH)2 и т.п.).

В названиях основных солей используется приставка гидроксо- с указанием, если нужно, числа группы OH в формульной единице соли, например: (MgOH)NO3 — нитрат гидроксомагния, (CuOH)Cl — хлорид гидроксомеди(I), [Al(OH)2]2SO4 — сульфат дигидроксоалюминия.

Для солей характерно немолекулярное (ионное) строение, поэтому при обычных условиях соли — твердые вещества и их состав выражается формульными единицами. Соли могут иметь окраску (K2Cr2O7 — оранжевый, Ag3PO4 — желтый), все соли s-металлов бесцветные. Большинство солей ядовитые.

Подавляющее число солей — сильные электролиты (см. гл. 11). Растворимость солей в воде различна: хорошо растворимые (NaCl, KNO3), малорастворимые (CaSO4, MgSO3), нерастворимые (AgCl, BaSO4, CaCO3).

Ранее уже были рассмотрены реакции средних солей со щелочами (см. 6.2.2) и кислотами (см. 7.1.2).

1. Водные растворы солей взаимодействуют с металлами. Реакция возможна при одновременном соблюдении следующих условий:

а) исходная соль растворяется в воде;

б) в реакцию вступает металл более активный (т.е. расположенный в ряду активности металлов левее), чем металл, входящий в состав соли.

Эта реакция относится к типу окислительно-восстановительных реакций замещения, в результате образуются новые соль и металл:

В водных растворах в реакции замещения с солями не вступают щелочные и щелочноземельные металлы, так как из-за высокой активности они реагируют с водой.

Например, при внесении натрия в водный раствор AlCl3 возможно протекание реакций:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑

3NaOH + AlCl3 = Al(OH)3↓ + 3NaCl

3NaOH + Al(OH)3 = Na3[Al(OH)6]

Соединения Fe(III) обладают выраженными окислительными свойствами, поэтому соли Fe(III) могут взаимодействовать даже с теми металлами, которые в электрохимическом ряду расположены правее железа (т.е. с менее активными металлами); металл при этом не образуется:

2FeCl3 + Cu = 2FeCl2 + CuCl2

2FeCl3 + Hg = 2FeCl2 + HgCl2

2. Соли реагируют между собой. Реакция возможна при одновременном соблюдении следующих условий:

а) обе соли растворяются в воде;

б) продуктом реакции является нерастворимая соль (осадок):

MgSO4 + BaCl2 = BaSO4↓ + MgCl2

CuCl2 + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2AgCl↓

C растворимой солью может реагировать и малорастворимая соль, если образуется нерастворимая соль:

Ag2SO4 (м) + 2KCl = 2AgCl (н) + K2SO4

PbCl2 (м) + K2S = PbS (н) + 2KCl

3. Ряд солей при нагревании разлагаются до плавления:

нитраты:

2Cu(NO3)2 2CuO + 4NO2↑ + O2

карбонаты:

CaCO3 CaO + CO2↑

гидрокарбонаты:

2KHCO3 K2CO3 + CO2↑ + H2O

4. Некоторые соли необратимо разлагаются водой:

Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑

5. Водные растворы и расплавы солей подвергаются электролизу (см. 8.8).

6. Средние соли многоосновных кислот реагируют с кислотами с образованием кислых солей:

K2CO3 + H2CO3 = 2KHCO3

Na2SO3 + H2SO3 = 2NaHSO3

или смеси солей:

K2CO3 + HCl = KCl + KHCO3

K3PO4 + H2SO4 = K2SO4 + KH2PO4

Наиболее распространенные способы получения средних солей приведены в табл. 7.3.

Таблица 7.3
Способы получения средних солей

Тип реакцииПримеры
Металл + неметаллCu + Cl2 = CuCl2
Fe + S = FeS
Основный оксид + кислотаCaO + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + H2O
Основный оксид + кислотный оксидK2O + SO3 = K2SO4
Кислотный оксид + щелочьSO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O
Кислота + основаниеH2SO4 + Zn(OH)2 = ZnSO4 + 2H2O
Кислота + соль2HCl + Na2CO3 = 2NaCl + H2O + CO2↑
Щелочь + соль2KOH + CuSO4 = K2SO4 + Cu(OH)2↓
Растворимая соль (1) + растворимая соль (2)Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4↓ + 2NaCl
Растворимая соль + металлZn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu↓
Кислота + металлFe + 2HCl = FeCl2 + H2↑
Кислая соль + щелочьNaHCO3 + NaOH = Na2CO3 + H2O
Кислая соль + кислота2KHSO3 + H2SO4 = K2SO4 + 2SO2↑ + 2H2O
Нагревание солей2KNO3 2KNO2 + O2↑
Основная соль + кислота(CuOH)Cl + HCl = CuCl2 + H2O
Основная соль + щелочь(MgOH)NO3 + NaOH =
= Mg(OH)2↓ + NaNO3

Растворимость кислых солей в воде, как правило, выше, чем средних.

Все кислые соли по типу реакции соединения реагируют с аммиаком и его водными растворами:

NH3 + NH4H2PO4 = (NH4)2HPO4

NH3 + KHCO3 = NH4KCO3

NH3 ⋅ H2O + NH4HCO3 = (NH4)2CO3 + H2O

Все кислые соли реагируют со щелочами, образуя:

а) средние соли:

NaHSO3 + NaOH = Na2SO3 + H2O

2KHCO3 + 2NaOH = K2CO3 + Na2CO3 + 2H2O

Ba(H2PO4)2 + 2Ba(OH)2 = Ba3(PO4)2↓ + 4H2O

б) менее «кислую» соль, т.е. содержащую в формульной единице меньше атомов водорода (такая реакция характерна для дигидрофосфатов):

KH2PO4 + KOH = K2HPO4 + H2O

в) смесь различных солей и щелочи; например, при мольном отношении n(KHSO3)/n(Ba(OH)2) = 2 : 1 реакция протекает по уравнению

2KHSO3 + Ba(OH)2 = K2SO3 + BaSO3↓ + 2H2O

а при мольном отношении 1 : 1 взаимодействие описывается уравнением

KHSO3 + Ba(OH)2 = BaSO3↓ + KOH + H2O

Кислые соли, образованные слабыми кислотами, реагируют с сильными кислотами, при этом вытесняется более слабая кислота:

KHCO3 + HCl = KCl + H2O + CO2↑

2NaH2PO4 + H2SO4 = Na2SO4 + 2H3PO4

Кислые соли могут вступать в реакцию обмена с другими солями:

Сa(HCO3)2 + K2CO3 = CaCO3↓ + 2KHCO3

Однако реакция между, например, CaCl2 и KHCO3 не протекает, так как в этом случае не образуется осадок (гидрокарбонат кальция в воде растворим).

Пример 7.4. Кислая соль в качестве конечного продукта может образоваться при взаимодействии:

а) Ba(OH)2 (p-p) и CO2 (изб);

б) KOH (p-p) и N2O5;

в) P2O5 и Ca(OH)2 (р-р, изб);

г) K2SO3 и SO2 (р-р).

Решение. Кислая соль образуется в реакциях:

а) Ba(OH)2 (p-p) + 2CO2 (изб) = Ba(HCO3)2

г) K2SO3 + SO2 + H2O = 2KHSO3

Оксиду N2O5 отвечает одноосновная кислота HNO3, поэтому в реакции между KOH и N2O5 образуется только средняя соль:

2KOH + N2O5 = 2KNO3 + H2O

В избытке щелочи при взаимодействии P2O5 и Ca(OH)2 образуется средняя соль:

3Ca(OH)2 + P2O5 = Ca3(PO)4↓ + 3H2O

Ответ: а), г).

В реакциях щелочей и кислот или кислотных оксидов при избытке щелочи образуется средняя соль, а при избытке кислоты или кислотного оксида — кислая соль

Пример 7.5. Гидрокарбонат калия в водном растворе реагирует:

а) c CO2; б) SiO2; в) NaOH; г) HCl.

Решение. Из указанных соединений с гидрокарбонатом калия взаимодействуют NaOH:

2KHCO3 + 2NaOH = K2CO3 + Na2CO3 + 2H2O

и HCl:

KHCO3 + HCl = KCl + H2O + CO2↑

Ответ: б), г).

Пример 7.6. Дана цепочка одностадийных превращений:

Ba3(PO4)2 → 1 Ba(H2PO4)2 → 2 BaHPO4 → 3 Ba(H2PO4)2 → 4 Ba3(PO4)2

Укажите, на каких этапах требуется добавление: а) фосфорной кислоты; б) щелочи.

Решение. Добавление H2PO4 требуется на этапах 1 и 3:

Ba3(PO4)2 + 4H3PO4 = 3Ba(H2PO4)2

BaHPO4 + H3PO4 = Ba(H2PO4)2

На этапах 2 и 4 требуется добавление щелочи:

Ba(H2PO4)2 + Ba(OH)2 = 2BaHPO4↓ + 2H2O

Ba(H2PO4)2 + 2Ba(OH)2 = Ba3(PO4)2↓ + 4H2O

Ответ: а) 1, 3; б) 2, 4.

Способы получения: кислых солей приведены в табл. 7.4.

Таблица 7.4
Способы получения кислых солей

Тип реакцииПримеры
Металл + двух- и более основная кислотаCa + 2H3PO4 = Ca(H2PO4)2 + H2↑
Основание + двух- и более основная кислотаNaOH + H3PO4 = NaH2PO4 + H2O
2NaOH + H3PO4 = Na2HPO4 + 2H2O
Ba(OH)2 + H3PO4 = BaHPO4↓ + 2H2O
Щелочь + кислотный оксид, которому отвечает двух- и более
основная кислота (не образуют кислых солей N2O5, Mn2O7, N2O3, оксиды хлора)		2NaOH + P2O5 + H2O = 2NaH2PO4
4NaOH + P2O5 = 2Na2HPO4 + H2O
Ba(OH)2 + 2CO2 = Ba(HCO3)2
KOH + SO2 = KHSO3
Основный оксид + двух- и более основная кислотаK2O + 2H3PO4 = 2KH2PO4 + H2O
K2O + H3PO4 = K2HPO4 + H2O
Средняя соль + кислотаNa2SO4 + H2SO4 = 2NaHSO4
K2SO3 + H2O + SO2 = 2KHSO3
Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 = 3Ca(H2PO4)2
Гидрофосфаты реагируют с Н3РО4 и превращаются в дигидрофосфатыK2HPO4 + H3PO4 = 2KH2PO4
CaHPO4 + H3PO4 = Ca(H2PO4)2
Дигидрофосфаты в реакциях со щелочами могут превращаться в
гидрофосфаты (при избытке щелочи образуются средние соли)		Ba(H2PO4)2 + Ba(OH)2 =
= 2BaHPO4↓ + 2H2O
Аммиак (гидрат аммиака) + двух- и более основная кислотаNH3 + H2SO4 = NH4HSO4
NH3 · H2O + H3PO4 =
= NH4H2PO4 + H2O
Соль слабой кислоты + сильная кислота (недостаток)K2CO3 + HCl = KHCO3 + KCl
Гидрат аммиака + кислотный оксидNH3 · H2O + CO2 = NH4HCO3 + H2O

Рассмотрим некоторые химические свойства основных солей.

Основные соли реагируют со щелочами:

Mg(OH)Cl + KOH = KCl + Mg(OH)2↓

и кислотами:

Mg(OH)Cl + HCl = MgCl2 + H2O

Способы получения основных солей приведены в табл. 7.5.

Таблица 7.5
Способы получения основных солей

Тип реакцииПримеры
Кислота + двух- и более кислотное основание (избыток)Cu(OH)2 + HCl = (CuOH)Cl + H2O
Al(OH)3 + HNO3 = [Al(OH)2]NO3 + H2O
Al(OH)3 + 2HNO3 = (AlOH)(NO3)2 + H2O
Al(OH)3 + H2SO4 = (AlOH)SO4 + 2H2O
2Al(OH)3 + H2SO4 = [Al(OH)2]2SO4 + 2H2O
Растворимая соль + щелочьAlCl3 + 2KOH = Al(OH)2Cl + 2KCl
Cr2(SO4)3 + 4NaOH = [Cr(OH)2]2SO4 + 2Na2SO4

В реакциях кислот с солями анионного типа, образованными алюминием, цинком и бериллием, т.е. металлами, оксиды и гидроксиды которых проявляют амфотерные свойства, состав продуктов сильно зависит от мольного соотношения реагентов:

  • при взаимодействии с HCl

K3[Al(OH)6] + 3HCl = 3KCl + Al(OH)3↓ + 3H2O

K3[Al(OH)6] + 6HCl = 3KCl + AlCl3↓ + 6H2O

KAlO2 + HCl + H2O = KCl + Al(OH)3↓

KAlO2 + 4HCl = KCl +AlCl3 + 2H2O

  • при взаимодействии с H2SO4

K2[Zn(OH)4] + H2SO4 = K2SO4 + Zn(OH)2↓ + H2O

K2[Zn(OH)2] + H2SO4 = K2SO4 + ZnSO4 + 4H2O

K2ZnO2 + H2SO4 = K2SO4 + Zn(OH)2↓

K2ZnO2 + 2H2SO4 = K2SO4 + ZnSO4 + 2H2O

Аналогично соединениям цинка с кислотами реагируют соединения бериллия.

При избытке кислоты образуются две средние соли, а при недостатке кислоты — средняя соль и амфотерный гидроксид

Рассмотрим случаи влияния порядка сливания реагентов на природу образующихся солей (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Влияние порядка сливания реагентов на состав образующихся солей:
а — H3PO4 + Ba(OH)2 (по каплям); б — Ba(OH)2 + H3PO4 (по каплям)

Предположим, что к раствору ортофосфорной кислоты по каплям добавляют раствор гидроксида бария. В этом случае реакция вначале протекает в избытке кислоты, поэтому порядок образования солей таков: вначале Ba(H2PO4)2, затем BaHPO4 и, наконец, средняя соль (в избытке щелочи) Ba3(PO4)2.

2H3PO4 + Ba(OH)2 = Ba(H2PO4)2 + 2H2O

Ba(H2PO4)2 + Ba(OH)2 = 2BaHPO4↓ + 2H2O

2BaHPO4 + Ba(OH)2 = Ba3(PO4)2↓ + 2H2O

Изменим порядок сливания растворов реагентов, т.е. к раствору щелочи будем приливать раствор кислоты. Вначале реакция протекает в избытке щелочи и образуется средняя соль Ba3(PO4)2, которая по мере добавления кислоты будет превращаться сначала в BaHPO4, а затем в Ba(H2PO4)2, т.е. вначале осадок образуется, затем растворяется.

3Ba(OH)2 + 2H3PO4 = Ba3(PO4)2↓ + 6H2O

Ba3(PO4)2 + H3PO4 = 3BaHPO4↓

BaHPO4 + H3PO4 = Ba(H2PO4)2

Порядок сливания реагентов влияет на состав продуктов и в случае AlCl3 и KOH.

К раствору AlCl3 по каплям добавляют раствор KOH:

AlCl3 + KOH = AlOHCl2 + KCl

AlOHCl2 + KOH = Al(OH)2Cl + KCl

Al(OH)2Cl + 3KOH = Al(OH)3↓ + KCl

Al(OH)3 + 3KOH = K3[Al(OH)6]

К раствору KOH по каплям добавляют раствор AlCl3. В этом случае вначале образуется комплексная соль:

6KOH + AlCl3 = K3[Al(OH)6] + 3KCl,

а конечными продуктами будут Al(OH)3 и KCl.

Предыдущая
Следующая