Гидролиз солей 3 страница

[Al(OH)₄(H₂O)₂]^- +H⁺ +3H₂O⇄А1(ОН)₃+6Н₂О⇄[Al(H₂O)₆]³⁺ +3OH^-

Согласно принципу Ле Шателье это равновесие смещается в любую сторону прибавлением к раствору кислоты или основания. В первом случае образуются соли трехвалентного алюминия, а во втором – гидроксоалюминаты [А1(ОН)₄(Н₂О)₂]^-.

При нагревании на воздухе р -металлы IV группы: Ge, Sn, Pb взаимодействуют с кислородом, серой, галогенами. В соответствии с наиболее характерными степенями окисления германий и олово при взаимодействии с кислородом воздуха образуют высшие оксиды МеО₂, а свинец – низший PbO. Oксиды GeO, SnO, PbO₂ получают косвенным путем.

Оксид германия GeO при растворении в воде дает германиевую кислоту H₂GeO₂. Диоксид германия GeO₂ растворяется в воде с образованием полимерных анионов, например, HGe₅O₁₁^-. Эти растворы имеют кислую реакцию.

Оксиды SnO и PbO в воде нерастворимы, но, проявляя амфотерность, растворяются в кислотах и щелочах. Для растворения PbO следует применять азотную кислоту, так как Pb(NO₃)₂, в отличие от PbCl₂ и PbSO₄, растворим в воде. От SnO к PbO усиливается основный характер оксида и соответствующего ему гидроксида, поэтому эти соединения свинца растворяются лишь в концентрированных растворах щелочей. В общем виде реакцию можно представить так:

МеО + 2NaOH = Na₂[Ме(ОН)₄]

Диоксиды SnO₂ и PbO₂ не растворимы в воде. Они амфотерны. В мелкодисперсном состоянии медленно растворяются в растворах щелочей с образованием комплексных соединений состава Na₂[Ме(ОН)₆].

Все гидроксиды – типичные амфотерные соединения, поэтому растворяются как в кислотах, так и в сильных щелочах. В первом случае образуются соли с катионами Ме²⁺ и Ме⁴⁺, а во втором - анионы [Ме(ОH)₄]^2- или [Ме(ОH)₆]^2-:

[Ме(ОH)₄]^2- Ме(ОН)₂ Ме²⁺ + 2H₂O

[Ме(ОH)₆]^2- Ме(ОН)₄ Ме⁴⁺ + 4H₂O

Так как для свинца более характерна степень окисления +2, соединения Pb(IV) являются сильными окислителями. Поэтому PbO₂ используется в качестве окислителя.

Металлы V группы (Sb и Bi), относящиеся к р -элементам, при нагревании на воздухе сгорают с образованием оксидов состава Ме₂О₃. Оксид сурьмы (III) обладает амфотерными свойствами, а висмута (III) – преимущественно основными. При непосредственном взаимодействии Sb и Bi с кислородом высшие оксиды не образуются. Высший оксид получен только для сурьмы (косвенным путем), он проявляет кислотный характер. Влажный Sb₂O₅ окрашивает лакмус в красный цвет, при растворении его в щелочах образуются антимонаты: Na[Sb(ОН)₆].

Задачи для самостоятельного решения

241. Чем отличается электролитический способ получения щелочных металлов от электролитического способа получения едких щелочей? Какие электролитические процессы происходят в том и другом случае?

242. Кислородные соединения щелочных металлов бывают следующих типов: М₂О, М₂О₂, МО₂, МО₃ (М – щелочной металл). Как называются эти соединения? Напишите уравнения реакций взаимодействия их с водой. Какое практическое применение имеют пероксиды и озониды металлов?

243. Почему при кипячении воды с золой растений образуется сильнощелочной раствор, который называют ”щёлоком”? Какова биологическая роль натрия и калия?

244. При помощи каких реакций можно осуществить следующие превращения:

NaCl®Na®Na₂O₂®NaOH®Na₂CO₃®NaNO₃®NaNO₂?

245. В трех пробирках находятся вода, соляная кислота и раствор щелочи. В каждую пробирку бросили кусочек бериллия. Что будет наблюдаться, если вместо бериллия взять кусочек: а) магния, б) кальция? Запишите уравнения происходящих реакций.

246. Что представляют собой “извести”: негашёная, гашеная, хлорная, натронная? Каков их химический состав? Как они получаются? Приведите уравнения соответствующих реакций.

247. Присутствие каких солей в природной воде обусловливает ее жесткость? Что такое постоянная и временная жесткость? Напишите уравнения реакций устранения постоянной и временной жесткости воды. В каких единицах измеряется жесткость воды?

248. Как можно получить гидрид кальция? Какое практическое значение он имеет? Как отличаются гидриды щелочных и щелочноземельных металлов от водородных соединений неметаллов по характеру химической связи и физическим свойствам?

249. Какие соединения магния и кальция применяют в качестве вяжущих материалов в строительстве, в медицине? Чем обусловлены их вяжущие свойства? Как получают жжёный гипс? Приведите реакцию “схватывания” гипса.

250. Какие природные соединения используются в электролитическом процессе получения алюминия? Напишите уравнения катодного и анодного процессов.

251. Какое практическое значение имеет высокое сродство алюминия к кислороду? В чем заключается сущность процесса алюмотермии? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций, на которых основано применение термита.

252. Какое из веществ: NaOH или NH₃×H₂O следует взять для полного осаждения гидроксида алюминия? Ответ поясните. Напишите уравнения реакций получения гидроксида алюминия и его взаимодействия с хлороводородной кислотой и раствором едкого натра. Какими свойствами обладает гидроксид алюминия?

253. Чем определяется большая коррозионная стойкость алюминия? Как относится этот металл к кислотам и щелочам? Чем объясняется его пассивация в азотной кислоте и концентрированной серной кислоте на холоду?

254. Какая из степеней окисления является более устойчивой для германия, олова и свинца? Окислителями или восстановителями являются соединения олова(II) и свинца(IV)? Почему при растирании порошка PbO₂ c серой или фосфором происходит воспламенение? В каком производстве это используется?

255. Можно ли металлический свинец отличить от германия и олова, пользуясь азотной кислотой? В какие соединения переходит свинец при действии азотной кислоты любых концентраций? Запишите уравнения соответствующих реакций.

256. В виде каких соединений находятся олово и свинец в природе? Каковы общие принципы получения этих металлов? Где они используются в технике?

257. Для свинца известны четыре кислородных соединения: PbO, Pb₃O₄, Pb₂O₃, PbO₂. Как они называются? Какую степень окисления проявляет свинец в этих оксидах? Допишите следующие уравнения реакций и подберите коэффициенты:

Pb₃O₄ + HCl ®…

Pb₃O₄ + HNO₃ ®…

258. Что является причиной уменьшения устойчивости соединений по ряду SnCl₄, PbCl₄, PbBr₄, PbI₄? Почему два последних соединения не выделены? Покажите, как взаимодействует PbO₂ с соляной кислотой при охлаждении и в обычных условиях?

259. Какой из гидроксидов обладает более сильными основными свойствами: Sn(OH)₂ или Pb(OH)₂?. Какая из солей: Pb(NO₃)₂ или Sn(NO₃)₂ гидролизуется сильнее? Мотивируйте свой ответ.

260. Чем объясняется токсическое действие свинца? При отравлениях для вывода свинца из организма применяется раствор сульфата натрия (~10%). Каков принцип действия такого раствора?

Раздел 14

Химия d -металлов

Самый многочисленный класс металлов составляют d - и f -элементы. В периодической системе элементов Д. И. Менделеева они располагаются между s - и р -элементами, по этой причине их назвали переходными.

У атомов d -элементов происходит застройка d -орбиталей. Так как таких орбиталей пять, а на одной орбитали могут быть два электрона, то каждое семейство d -элементов состоит из десяти элементов. В четвертом и пятом периодах располагаются соответственно первый и второй ряды переходных элементов (3 d - и 4 d -металлы). В шестом и седьмом периодах помимо 6 d - и7 d -металлов располагаются по 14 f -металлов. В силу большой близости физических и химических свойств 4 f - и -5 f -металлы объединяют в отдельные семейства, называемые лантаноидами и актиноидами.

Вследствие сходства в строении внешних электронных оболочек атомов переходные элементы близки по свойствам. Однако эта близость относительна. Степень сходства и различия переходных металлов демонстрируется первым переходным рядом - 3 d - металлами.

Для большинства переходных d -металлов характерно несколько степеней окисления. Среди 3 d -металлов исключение составляют только скандий и цинк, у которых значения степени окисления постоянные (+3 и +2 соответственно). Наблюдаемая для каждого элемента переходного периода максимальная степень окисления с ростом порядкового номера сначала возрастает, а затем уменьшается. Например, максимальная степень окисления у скандия +3, у титана +4, у ванадия 4-5, у хрома +6 и у марганца +7. Это самая высокая степень окисления среди 3 d -переходных элементов. У элементов, следующих за марганцем, максимальные степени окисления равны +6 (железо), +4 (кобальт, никель), +3 (медь) и +2 (цинк). Однако она для всех этих элементов, кроме цинка, малохарактерна. Наиболее устойчивы состояния +2 и +3 - для железа, + 2 - для кобальта и никеля, +2 и +1 - для меди.

Способность проявлять ту или иную степень окисления определяется наличием d- и s -электронов с относительно низкой энергией ионизации. В ряду 3 d -элементов с увеличением порядкового номера наблюдается уменьшение ионных радиусов, что связано с возрастанием заряда ядра. По этой же причине увеличивается и энергия ионизации. Плотность также монотонно возрастает. Температуры же плавления и кипения имеют тенденцию к понижению с увеличением порядкового номера (температура плавления скандия 1539°С, а цинка 419,5°С).

Химия 4 d - и 5 d -элементов сходна с химией 3 d -элементов. В периодической системе переходные элементы с аналогичной электронной структурой выделяют в самостоятельные побочные подгруппы (например, подгруппа меди включает медь, серебро и золото, подгруппа цинка — цинк, кадмий и ртуть, и т. д.).

Важнейшими химическими свойствами d -металлов являются следующие:

· - все d -элементы – металлы, отличающиеся от s -металлов меньшей восстановительной способностью и иногда химической инертностью;

· - для большинства d -элементов характерно проявление двух или нескольких степеней окисления, сравнимых по термодинамической устойчивости в обычных условиях. Это значит, что для них характерно большое число окислительно-восстановительных реакций;

· - многие d -элементы в высших степенях окисления проявляют кислотные свойства, а в низших – слабо основные;

· - самой характерной особенностью переходных d -элементов, отличающих их от непереходных, является исключительная способность к образованию различных комплексных соединений, многие из которых устойчивы в водных растворах;

· - в отличие от соединений s -металлов большинство соединений d -элементов обладает характерными окрасками.

Для d -элементов существуют не все возможные степени окисления. Например, у элементов VIIIВ подгруппы степень окисления +8 достигается у Fe, Ru и Os. Некоторые электронные конфигурации и соответствующие им степени окисления обладают повышенной устойчивостью. Так, устойчивы все высшие степени окисления для каждого из 3 d -металлов: от Sc(III) до Mn(VII). Кроме того, устойчивы степени окислении +2 у всех 3d-металлов, начиная с Mn⁺² до Zn²⁺ включительно, а также степени окисления +3 для Sc, Cr, Fe.

В высших степенях окисления переходные металлы теряют все валентные s - и d -электроны. Вместе с этим в определенной степени утрачиваются специфические свойства d -металлов. Соединения, содержащие переходные металлы в высших степенях окисления, по своим физическим и химическим свойствам очень схожи с аналогичными соединениями p -элементов тех же групп. Сравнение физических и химических свойств высших оксидов 3 p - и 3 d -элементов показывает, что они имеют близкие структурные характеристики, агрегатное состояние, способность переходить в парообразное состояние. Существенно различается только окраска: оксиды 3 p -элементов бесцветны, а оксиды 3 d -элементов окрашены, начиная с V₂O₅.

Сходство в химических свойствах оксидов 3 p - и 3 d -элементов еще больше: аналогичны формулы оксидов, соответствующих им гидроксидов, кислот и солей; с ростом порядковых номеров элементов кислотные и окислительные свойства быстро нарастают, а склонность к образованию полимеров уменьшается. Эти изменения происходят так, что аналогичные пары соединений 3 p - и 3 d -элементов имеют совпадающие или близкие качественные характеристики (табл. 5).

В подгруппах свойства соединений d -элементов в высших степенях окисления изменяются слабее, чем в переходном ряду.

Оксиды и галогениды 3 d -металлов в их низших степенях окисления отвечают стехиометрическим формулам МО, М₂О₃, МГ₂ и МГ₃ и изредка М₂О и МГ.

Оксиды МО образуют все 3 d -металлы, кроме скандия. Это кристаллические тугоплавкие вещества. Их окраска чаще всего черная или темная с оттенками, ZnO - белый. Они нерастворимы в воде, но растворимы в кислотах. Их получают прокаливанием гидроксидов М(ОН)₂ или солей летучих кислот, прежде всего карбонатов МеСО₃. Гидроксиды Ме(ОН)₂ в момент получения - рыхлые студенистые вещества, имеющие разнообразную окраску. Их получают из растворов солей при добавлении сильных оснований. При длительном выдерживании многие гидроксиды d -элементов приобретают кристаллическую структуру. Гидроксиды переходных металлов, имеющие состав Ме(ОН)₂, – чаще всего

Таблица 5

Дата добавления: 2014-11-07