Амфотерные гидроксиды примеры. Амфотерные соединения. Свойства, получение и применение амфотерных гидроксидов

С греческого языка слово «amphoteros» переводится как «тот и другой». Амфотерность - это двойственность кислотно-основных свойств вещества. Амфотерными называют гидроксиды, которые в зависимости от условий могут проявлять как кислотные, так и основные свойства.

Примером амфотерного гидроксида может служить гидроксид цинка. Формула этого гидроксида в основной форме - Zn(OH)2. Но можно записать формулу гидроксида цинка в кислотной форме, поставив на первое место атомы водорода, как в формулах неорганических кислот: H2ZnO2 (Рис. 1). Тогда ZnO22- будет кислотным остатком с зарядом 2-.

Рис. 1. Формулы гидроксида цинка

Особенностью амфотерного гидроксида является то, что в нем мало различаются по прочности связи О-Н и Zn-O. Отсюда и двойственность свойств. В реакциях с кислотами, готовыми отдать катионы водорода, гидроксиду цинка выгодно разрывать связь Zn-O, отдавая ОН-группу и выступая в роли основания. В результате таких реакций образуются соли, в которых цинк является катионом, поэтому их называют солями катионного типа:

Zn(OH)2 + 2HCl = ZnCl2 + 2H2O (основание)

В реакциях со щелочами гидроксид цинка выступает в роли кислоты, отдавая водород. При этом образуются соли анионного типа (цинк входит в состав кислотного остатка - аниона цинката). Например, при сплавлении гидроксида цинка с твердым гидроксидом натрия образуется Na2ZnO2 - средняя соль анионного типа цинкат натрия:

H2ZnO2 + 2NaOH(ТВ.) = Na2ZnO2 + 2H2O (кислота)

При взаимодействии с растворами щелочей амфотерные гидроксиды образуют растворимые комплексные соли. Например, при взаимодействии гидроксида цинка с раствором гидроксида натрия образуется тетрагидроксоцинкат натрия:

Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2

2- - сложный анион, который принято заключать в квадратные скобки.

Таким образом, амфотерность гидроксида цинка обусловлена возможностью существования ионов цинка в водном растворе в составе как катионов, так и анионов. Состав этих ионов зависит от кислотности среды. В щелочной среде устойчивы анионы ZnO22-, а в кислотной среде устойчивы катионы Zn2+.

Амфотерные гидроксиды - нерастворимые в воде вещества, и при нагревании они разлагаются на оксид металла и воду:

Zn(OH)2 = ZnO + H2O

2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O

2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O

Степень окисления металла в гидроксиде и оксиде должна быть одинаковой.

Амфотерные гидроксиды - нерастворимые в воде соединения, поэтому их можно получить по реакции обмена между раствором соли переходного металла и щелочью. Например, гидроксид алюминия образуется при взаимодействии растворов хлорида алюминия и гидроксида натрия:

AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3↓ + 3NaCl

При сливании данных растворов образуется белый желеподобный осадок гидроксида алюминия (Рис. 2).

Но при этом нельзя допустить избытка щелочи, ведь амфотерные гидроксиды растворяются в щелочах. Поэтому вместо щелочи лучше использовать водный раствор аммиака. Это слабое основание, в котором гидроксид алюминия не растворяется. При взаимодействии хлорида алюминия с водным раствором аммиака образуется гидроксид алюминия и хлорид аммония:

AlCl3+ 3NH3. H2O = Al(OH)3↓ + 3NH4Cl

Рис. 2. Образование осадка гидроксида алюминия

Амфотерные гидроксиды образованы переходными химическими элементами и проявляют двойственные свойства, т. е. являются одновременно и кислотой, и основанием. Получим и подтвердим амфотерный характер гидроксида алюминия.

Получим в пробирке осадок гидроксида алюминия. Для этого к раствору сульфата алюминия прильем небольшое количество раствора щелочи (гидроксида натрия) до появления осадка (Рис. 1). Обратите внимание: на данном этапе щелочь не должна быть в избытке. Полученный осадок белого цвета - это гидроксид алюминия:

Al2(SO4)3 + 6NaOH = 2Al(OH)3↓ + 3Na2SO4

Для следующего опыта разделим полученный осадок на две части. Чтобы доказать, что гидроксид алюминия проявляет свойства кислоты, надо провести его реакцию со щелочью. И наоборот, для доказательства основных свойств гидроксида алюминия смешаем его с кислотой. В одну пробирку с осадком гидроксида алюминия приливаем раствор щелочи - гидроксида натрия (на этот раз берется избыток щелочи). Осадок растворяется. В результате реакции образуется комплексная соль - гидроксоалюминат натрия:

Al(OH)3 + NaOH = Na

Во вторую пробирку с осадком прильем раствор соляной кислоты. Осадок тоже растворяется. Значит, гидроксид алюминия реагирует не только со щелочью, но и с кислотой, т. е. проявляет амфотерные свойства. В данном случае протекает реакция обмена, образуются хлорид алюминия и вода:

Опыт № 3. Взаимодействие раствора тетрагидроксоалюминината натрия с соляной кислотой и углекислым газом

К раствору гидроксоалюмината натрия будем добавлять по каплям разбавленный раствор соляной кислоты. Наблюдаем выпадение осадка гидроксида алюминия и его последующее растворение:

Na + HCl = Al(OH)3¯ + NaCl + H2O

Al(OH)3+ 3HCl = AlCl3 + 3H2O

Тетрагидроксоалюминат натрия неустойчив и в кислой среде разрушается. Посмотрим, разрушает ли комплекс слабая угольная кислота.

Через раствор тетрагидроксоалюмината натрия будем пропускать углекислый газ. Углекислый газ, в свою очередь, получаем по реакции между мрамором и соляной кислотой. Через некоторое время образуется взвесь нерастворимого в воде гидроксида алюминия, которая при дальнейшем пропускании углекислого газа не исчезает.

Na + CO2= Al(OH)3¯ + NaHCO3

Т. е. избыток углекислоты не растворяет гидроксид алюминия.

Источники

http://www.youtube.com/watch?t=146&v=EQO8iViXb1s

http://www.youtube.com/watch?t=6&v=85N0v3cQ-lI

источник презентации - http://ppt4web.ru/khimija/amfoternye-oksidy-i-gidroksidy.html

http://interneturok.ru/ru/school/chemistry/11-klass

Существуют гидроксиды, которые вступают во взаимодействие и с кислотами, и с основаниями в зависимости от условий. Эти соединения, проявляющие двойственную природу, называются амфотерные гидроксиды. Они образованы катионом металла и гидроксид-ионом, как и все основания. Способностью выступать в роли кислоты и основания обладают только те гидроксиды, которые в своем составе содержат такие металлы: Ве, Zn, Al, Pb, Sn, Ga, Cd, Fe, Cr(ІІІ) и др. Как видно из Периодической системы Д.И. Менделеева, гидроксиды с двойственной природой образуют металлы, которые находятся ближе всего к неметаллам. Считают, что такие элементы являются переходными формами, и деление на металлы и неметаллы довольно условно.

Амфотерные гидроксиды представляют собой твердые порошкообразные мелкокристаллические вещества, которые чаще всего имеют белую окраску, не растворяются в воде и слабо проводят ток (слабые электролиты). Однако некоторые из этих оснований могут растворяться в кислотах и щелочах. Диссоциация «двойственных соединений» в водных растворах происходит по типу кислот и оснований. Связано это с тем, что сила удерживания между атомами металла и кислорода (Me— О) и между атомами кислорода и водорода (О — Н) практически равная, т.е. Ме - О - Н. Поэтому эти связи будут разрываться одновременно, а данные вещества -диссоциировать на катионы Н+ и анионы ОН-.

Подтвердить двойственную природу данных соединений поможет амфотерный гидроксид - Be(OH) 2 . Рассмотрим взаимодействие гидроксида бериллия с кислотой и основанием.

1. Ве(ОН) 2 + 2HCl -BeCl 2 +2H 2 O.

2. Be(OH) 2 + 2KOH - K 2 - калий тетрагидроксобериллат.

В первом случае проходит реакция нейтрализации, итогом которой является образование соли и воды. Во втором случае продуктом реакции будет Реакция нейтрализации типична для всех без исключения гидроксидов, а вот взаимодействие с себе подобными характерно только для амфотерных. Такие двойственные свойства будут проявлять и другие амфотерные соединения - оксиды и сами металлы, которыми они образованы.

Другие химические свойства таких гидроксидов будут характерными для всех оснований:

1. Термическое разложение, продукты реакции - соответствующий оксид и вода: Ве(OH) 2 -ВеО+Н 2 О.

Также нужно запомнить, что существуют вещества, с которыми амфотерные гидроксиды не взаимодействуют, т.е. не идет, это:

1. неметаллы;
2. металлы;
3. нерастворимые основания;
4. амфотерные гидроксиды.
5. средние соли.

Получают эти соединения путем осаждения щелочью соответствующих растворов солей:

BeCl 2 + 2КОН - Ве(OH) 2 + 2KCl.

Соли некоторых элементов в ходе данной реакции образуют гидрат, свойства которого практически полностью соответствует таковым у гидроксидов с двойственной природой. Сами же основания с двойственными свойствами входят в состав минералов, в виде которых и встречаются в природе (боксит, гетит и др.).

Таким образом, амфотерные гидроксиды - это которые в зависимости от природы вещества, вступающего с ними в реакцию, могут выступать как основания или как кислоты. Чаще всего им соответсвуют амфотерные оксиды, содержащие соответствующий металл (ZnO-Zn(OH) 2; BeO - Be(OH) 2) и т.д.).

Амфотерными являются следующие оксиды элементов главных подгрупп: BeO, A1 2 O 3 , Ga 2 O 3 , GeO 2 , SnO, SnO 2 , PbO, Sb 2 O 3 , РоO 2 . Амфотерными гидроксидами являются следующие гидроксиды элементов глав­ных подгрупп: Ве(ОН) 2 , А1(ОН) 3 , Sc(OH) 3 , Ga(OH) 3 , In(OH) 3 , Sn(OH) 2 , SnО 2 ·nH 2 О, Pb(OH) 2 , PbО 2 ·nH 2 О.

Основный характер оксидов и гидроксидов элементов одной подгруппы усили­вается с возрастанием порядкового номера элемента (при сравнении оксидов и гидроксидов элементов в одной и той же степени окисления). Например, N 2 O 3 , Р 2 O 3 , As 2 O 3 – кис­лотные оксиды, Sb 2 O 3 – амфотерный оксид, Bi 2 O 3 – основ­ный оксид.

Рассмотрим амфотерные свойства гидрокси­дов на примере соединений бериллия и алюминия.

Гидроксид алюминия проявляет амфотерные свойства, реагирует как с основаниями, так и с кислотами и образует два ряда солей:

1) в которых элемент А1 нахо­дится в форме катиона;

2А1(ОН) 3 + 6НС1 = 2А1С1 3 + 6Н 2 O А1(ОН) 3 + 3Н + = А1 3+ + 3Н 2 O

В этой реакции А1(ОН) 3 выполняет функцию основа­ния, образуя соль, в которой алюминий является катио­ном А1 3+ ;

2) в которых элемент А1 входит в сос­тав аниона (алюминаты).

А1(ОН) 3 + NaOH = NaA1O 2 + 2Н 2 O.

В этой реакции А1(ОН) 3 выполняет функцию кисло­ты, образуя соль, в которой алюминий входит в состав аниона AlO 2 – .

Формулы растворенных алюминатов записывают упро­щенно, имея ввиду продукт, образующийся при обезвожи­вании соли.

В химической литературе можно встретить разные фор­мулы соединений, образующихся при растворении гидроксида алюминия в щёлочи: NaA1О 2 (метаалюминат натрия), Na тетрагидроксоалюминат натрия. Эти формулы не противоречат друг другу, так как их различие связано с разной степенью гидратации этих соединений: NaA1О 2 ·2Н 2 О – это иная запись Na. При растворении А1(ОН) 3 в избытке щелочи образуется тетрагидроксоалюминат натрия:

А1(ОН) 3 + NaOH = Na.

При спекании реагентов – образуется метаалюминат натрия:

А1(ОН) 3 + NaOH ==== NaA1О 2 + 2Н 2 О.

Таким образом, можно говорить, что в водных растворах присутствуют одновременно такие ионы, как [А1(ОН) 4 ] – или [А1(ОН) 4 (Н 2 О) 2 ] – (для случая, когда составляется уравнение реакции с учетом гидратной оболочки), а запись A1О 2 – явля­ется упрощенной.

Из-за способности реагировать со щелочами гидроксид алюминия, как правило, не получают действием щелочи на растворы солей алюминия, а используют раствор аммиака:

A1 2 (SО 4) 3 + 6 NH 3 ·Н 2 О = 2А1(ОН) 3 + 3(NH 4) 2 SО 4 .

Среди гидроксидов элементов второго периода амфотерные свойства проявляют гидроксид бериллия (сам бериллий проявляет диагональное сходство с алюминием).

С кислотами:

Ве(ОН) 2 + 2НС1 = ВеС1 2 + 2Н 2 О.

С основаниями:

Ве(ОН) 2 + 2NaOH = Na 2 (тетрагидроксобериллат натрия).

В упрощенном виде (если представить Ве(ОН) 2 как кис­лоту Н 2 ВеО 2)

Ве(ОН) 2 + 2NaOH(конц.горяч.) = Na 2 BeО 2 + 2H 2 О.

бериллат Na

Гидроксиды элементов побочных подгрупп, соответствующие высшим степеням окисления, чаще всего имеют кислотные свойства: например, Мn 2 О 7 – НМnО 4 ; CrО 3 – H 2 CrО 4 . Для низших оксидов и гидроксидов харак­терно преобладание основных свойств: СrО – Сr(ОН) 2 ; МnО – Mn(OH) 2 ; FeO – Fe(OH) 2 . Промежуточные соедине­ния, соответствующие степеням окисления +3 и +4, часто проявляют амфотерные свойства: Сr 2 О 3 – Cr(OH) 3 ; Fe 2 О 3 – Fe(OH) 3 . Проиллюстрируем эту закономерность на примере соеди­нений хрома (таблица 9).

Таблица 9 – Зависимость характера оксидов и соответствующих им гидроксидов от степени окисления элемента

Взаимодействие с кислотами приводит к образованию соли, в которой элемент хром находится в форме катиона:

2Cr(OH) 3 + 3H 2 SO 4 = Cr 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O.

сульфат Cr(III)

Взаимодействие с основаниями приводит к образованию соли, в которой элемент хром входит в состав аниона:

Cr(OH) 3 + 3NaOH = Na 3 + 3H 2 О.

гексагидроксохромат (III) Na

Оксид и гидроксид цинка ZnO, Zn(OH) 2 – типично ам­фотерные соединения, Zn(OH) 2 легко растворяется в раство­рах кислот и щелочей.

Взаимодействие с кислотами приводит к образованию соли, в которой элемент цинк находится в форме катиона:

Zn(OH) 2 + 2HC1 = ZnCl 2 + 2H 2 O.

Взаимодействие с основаниями приводит к образованию соли, в которой элемент цинк находится в составе аниона. При взаимодействии со щелочами в растворах образуются тетрагидроксоцинкаты, при сплавлении – цинкаты:

Zn(OH) 2 + 2NaOH = Na 2 .

Или при сплавлении:

Zn(OH) 2 + 2NaOH = Na 2 ZnO 2 + 2Н 2 O.

Получают гидроксид цинка аналогично гидроксиду алю­миния.

Амфотерными называются такие гидроксиды, которые в зависимости от условий проявляют свойства либо оснований, либо кислот.

К амфотерным гидроксидам относятся:

Ве(ОН) 2 , Zn(ОН) 2 , А1(ОН) 3 , Сr(ОН) 3 , Sn(ОН) 2 , Рb(OH) 2

и некоторые другие.

Амфотерные гидроксиды реагируют :

а) с кислотами,

Например:

А1(ОН) 3 + ЗНС1 = А1С1 3 + ЗН 2 О,

Zn(ОН) 2 + Н 2 SО 4 = ZnSO 4 + 2Н 2 О;

б) с кислотными оксидами,

2А1(ОН) 3 +3SiO 2 А1 2 (SiO 3) 3 + ЗН 2 О.

В этих реакциях амфотерные гидроксиды проявляют свойства оснований.

в) с основаниями ,

при сплавлении твердых веществ образуются соли.

Например:

А1(ОН) 3 + NaОН тв. NaА1O 2 + 2Н 2 О,

Zn(ОН) 2 + 2КОН тв. К 2 ZnO 2 + 2H 2 O.

В этих реакциях амфотерные гидроксиды проявляют свойства кислот.

В реакциях с водными растворами щелочей образуются соответствующие комплексные соединения.

Например:

А1(ОН) 3 + NaОН раствор = Na[А1(OH) 4 ],

тетрагидроксоалюминат натрия

Zn(ОН) 2 + 2КОН раствор = K 2

тетрагидроксоцинкат калия

г) с основными оксидами :

2Cr(OH) 3 + K 2 O 2KCrO 2 + 3H 2 O.

В этой реакции амфотерный гидроксид проявляет кислотные свойства. Реакция протекает при сплавлении реагентов.

Способы получения оснований

1. Общим способом получения оснований является реакция обмена раствора соли сраствором щелочи. При взаимодействии образуется новое основание и новая соль.

Например:

CuSO 4 + 2КОН = Cu(OH) 2 ↓ + К 2 SО 4 ,

K 2 CO 3 + Ва(ОН) 2 = 2КОН + ВаСО 3 ↓.

Этим методом могут быть получены как нерастворимые, так и растворимые основания.

2. Щелочи можно получить взаимодействием щелочных и щелочноземельных металлов с водой .

Например:

2Nа +2Н 2 О = 2NаОН + Н 2 ,

Са +2Н 2 О = Са(ОН) 2 + Н 2 .

3. Щелочи могут быть получены также взаимодействием оксидов щелочных и щелочноземельных металлов с водой.

Например:

Nа 2 О + Н 2 О = 2NаОН,

СаО+Н 2 О = Са(ОН) 2 .

4. В технике щелочи получают электролизом растворов солей (например, хлоридов).

Например:

2NaС1 + 2Н 2 О
2NаОН + Н 2 + С1 2 .

Области применения оснований

Гидроксиды натрия и калия (NаОН и КОН) используются для очистки нефтепродуктов, для производства мыла, искусственного шелка, бумаги, применяются в текстильной и кожевенной промышленности и др. Щелочи входят в состав растворов для химического обезжиривания поверхностей черных и некоторых цветных металлов перед нанесением защитных и декоративных покрытий.

Гидроксиды калия, кальция, бария применяются в нефтяной промышленности для приготовления ингибированных буровых растворов, позволяющих разбуривать неустойчивые горные породы. Закачка в пласт растворов щелочей способствует повышению нефтеотдачи продуктивных пластов.

Гидроксиды железа (III), кальция и натрия используются в качестве реагентов для очистки газов от сероводорода.

Гашеная известь Са(ОН) 2 применяется в качестве ингибитора коррозии металлов под действием морской воды, а также в качестве реагента для устранения жесткости воды и очистки мазута, идущего на приготовление смазочных масел.

Гидроксиды алюминия и железа (III) используются в качестве флокулянтов для очистки воды, а также для приготовления буровых растворов.

Тема: Основные классы соединений, их свойства и типичные реакции

Урок: Амфотерные гидроксиды

С греческого языка слово «amphoteros» переводится как «тот и другой». Амфотерность - это двойственность кислотно-основных свойств вещества. Амфотерными называют гидроксиды, которые в зависимости от условий могут проявлять как кислотные, так и основные свойства.

Примером амфотерного гидроксида может служить гидроксид цинка. Формула этого гидроксида в основной форме - Zn(OH) 2 . Но можно записать формулу гидроксида цинка в кислотной форме, поставив на первое место атомы водорода, как в формулах неорганических кислот: H 2 ZnO 2 (Рис. 1). Тогда ZnO 2 2- будет кислотным остатком с зарядом 2-.

Рис. 1. Формулы гидроксида цинка

Особенностью амфотерного гидроксида является то, что в нем мало различаются по прочности связи О-Н и Zn-O. Отсюда и двойственность свойств. В реакциях с кислотами, готовыми отдать катионы водорода, гидроксиду цинка выгодно разрывать связь Zn-O, отдавая ОН-группу и выступая в роли основания. В результате таких реакций образуются соли, в которых цинк является катионом, поэтому их называют солями катионного типа:

Zn(OH) 2 + 2HCl = ZnCl 2 + 2H 2 O

(основание)

В реакциях со щелочами гидроксид цинка выступает в роли кислоты, отдавая водород. При этом образуются соли анионного типа (цинк входит в состав кислотного остатка - аниона цинката). Например, при сплавлении гидроксида цинка с твердым гидроксидом натрия образуется Na 2 ZnO 2 - средняя соль анионного типа цинкат натрия:

H 2 ZnO 2 + 2NaOH (ТВ.) = Na 2 ZnO 2 + 2H 2 O

(кислота)

При взаимодействии с растворами щелочей амфотерные гидроксиды образуют растворимые комплексные соли. Например, при взаимодействии гидроксида цинка с раствором гидроксида натрия образуется тетрагидроксоцинкат натрия:

Zn(OH) 2 + 2NaOH = Na 2

2- - сложный анион, который принято заключать в квадратные скобки.

Таким образом, амфотерность гидроксида цинка обусловлена возможностью существования ионов цинка в водном растворе в составе как катионов, так и анионов. Состав этих ионов зависит от кислотности среды. В щелочной среде устойчивы анионы ZnO 2 2- , а в кислотной среде устойчивы катионы Zn 2+ .

Амфотерные гидроксиды - нерастворимые в воде вещества, и при нагревании они разлагаются на оксид металла и воду:

Zn(OH) 2 = ZnO + H 2 O

2Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O

2Al(OH) 3 = Al 2 O 3 + 3H 2 O

Степень окисления металла в гидроксиде и оксиде должна быть одинаковой.

Амфотерные гидроксиды - нерастворимые в воде соединения, поэтому их можно получить по реакции обмена между раствором соли переходного металла и щелочью. Например, гидроксид алюминия образуется при взаимодействии растворов хлорида алюминия и гидроксида натрия:

AlCl 3 + 3NaOH = Al(OH) 3 ↓ + 3NaCl

При сливании данных растворов образуется белый желеподобный осадок гидроксида алюминия (Рис. 2).

Но при этом нельзя допустить избытка щелочи, ведь амфотерные гидроксиды растворяются в щелочах. Поэтому вместо щелочи лучше использовать водный раствор аммиака. Это слабое основание, в котором гидроксид алюминия не растворяется. При взаимодействии хлорида алюминия с водным раствором аммиака образуется гидроксид алюминия и хлорид аммония:

AlCl 3 + 3NH 3 . H 2 O = Al(OH) 3 ↓ + 3NH 4 Cl

Рис. 2. Образование осадка гидроксида алюминия

Список литературы

1. Новошинский И. И., Новошинская Н. С. Химия. Учебник для 10 класса общеобр. учрежд. Профильный уровень. - М.: ООО «ТИД «Русское слово - РС», 2008. (§54)
2. Кузнецова Н. Е., Литвинова Т. Н., Лёвкин А. Н. Химия: 11 класс: Учебник для учащихся общеобраз. учрежд. (профильный уровень): в 2-х ч. Ч. 2. М.: Вентана-Граф, 2008. (с. 110-111)
3. Радецкий А.М. Химия. Дидактический материал. 10-11 классы. - М.: Просвещение, 2011.
4. Хомченко И. Д. Сборник задач и упражнений по химии для средней школы. - М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2008.