3. 수산화물
다원소 화합물 중에서 중요한 그룹은 수산화물입니다. 그 중 일부는 염기(염기성 수산화물)의 특성을 나타냅니다. NaOH, 바(OH ) 2 등; 다른 것들은 산(산성 수산화물)의 특성을 나타냅니다. HNO3, H3PO4 그리고 다른 사람들. 또한 있다 양쪽성 수산화물, 조건에 따라 염기의 특성과 산의 특성을 모두 나타낼 수 있습니다. Zn(OH)2, Al(OH)3 등
3.1. 염기의 분류, 준비 및 특성
전해 해리 이론의 관점에서 염기(염기성 수산화물)는 용액에서 해리되어 OH 수산화물 이온을 형성하는 물질입니다. - .
현대 명명법에 따르면, 이들은 일반적으로 원소의 수산화물이라고 불리며, 필요한 경우 원소의 원자가를 나타냅니다(괄호 안의 로마 숫자): KOH - 수산화칼륨, 수산화나트륨 NaOH , 수산화칼슘 Ca(OH ) 2, 수산화크롬( II)-Cr(OH ) 2, 수산화크롬( III) - Cr(OH) 3.
금속 수산화물 일반적으로 두 그룹으로 나뉩니다. 수용성(알칼리 및 알칼리 토금속으로 형성됨 - Li, Na, K, Cs, Rb, Fr, Ca, Sr, Ba 따라서 알칼리라고 불림) 물에 불용성. 이들 사이의 주요 차이점은 OH 이온의 농도입니다. - 알칼리 용액에서는 상당히 높지만 불용성 염기의 경우 물질의 용해도에 따라 결정되며 일반적으로 매우 작습니다. 그러나 OH 이온의 작은 평형 농도 - 불용성 염기 용액에서도 이러한 종류의 화합물의 특성이 결정됩니다.
수산기 수(산도)에 따라 , 산성 잔기로 대체될 수 있는 것은 다음과 같이 구별됩니다.
단일산 염기 - KOH, NaOH;
이산 염기 - Fe(OH)2, Ba(OH)2;
삼산 염기 - Al(OH)3, Fe(OH)3.
근거 얻기
1. 염기를 제조하는 일반적인 방법은 불용성과 가용성 염기를 모두 얻을 수 있는 교환 반응입니다.
CuSO 4 + 2KOH = Cu(OH) 2 ↓ + K 2 SO 4 ,
K 2 SO 4 + Ba(OH) 2 = 2KOH + BaCO 3↓ .
이 방법으로 가용성 염기를 얻으면 불용성 염이 침전됩니다.
양쪽성 특성을 갖는 수불용성 염기를 제조할 때 과도한 알칼리를 피해야 합니다. 왜냐하면 양쪽성 염기의 용해가 발생할 수 있기 때문입니다.
AlCl3 + 3KOH = Al(OH)3 + 3KCl,
Al(OH) 3 + KOH = K.
이러한 경우 수산화암모늄을 사용하여 양쪽성 산화물이 용해되지 않는 수산화물을 얻습니다.
AlCl 3 + 3NH 4 OH = Al(OH) 3 ↓ + 3NH 4 Cl.
은과 수산화 수은은 너무 쉽게 분해되어 교환 반응을 통해 얻으려고 할 때 수산화물 대신 산화물이 침전됩니다.
2AgNO3 + 2KOH = Ag2O ↓ + H2O + 2KNO3.
2. 기술상의 알칼리는 일반적으로 염화물 수용액을 전기 분해하여 얻습니다.
2NaCl + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 + Cl 2.
(전체 전기분해 반응)
알칼리는 알칼리 및 알칼리 토금속 또는 그 산화물을 물과 반응시켜 얻을 수도 있습니다.
2 Li + 2 H 2 O = 2 LiOH + H 2,
SrO + H2O = Sr(OH)2.
염기의 화학적 성질
1. 물에 녹지 않는 모든 염기는 가열하면 분해되어 산화물을 형성합니다.
2 Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O,
Ca(OH)2 = CaO + H2O.
2. 염기의 가장 특징적인 반응은 산과의 상호작용, 즉 중화 반응입니다. 알칼리와 불용성 염기가 모두 들어갑니다.
NaOH + HNO3 = NaNO3 + H2O,
Cu(OH) 2 + H 2 SO 4 = CuSO 4 + 2H 2 O.
3. 알칼리는 산성 및 양쪽성 산화물과 상호작용합니다.
2KOH + CO 2 = K 2 CO 3 + H 2 O,
2NaOH + Al 2 O 3 = 2NaAlO 2 + H 2 O.
4. 염기는 산성염과 반응할 수 있습니다.
2NaHSO3 + 2KOH = Na2SO3 + K2SO3 + 2H2O,
Ca(HCO 3) 2 + Ba(OH) 2 = BaCO 3↓ + CaCO 3 + 2H 2 O.
Cu(OH) 2 + 2NaHSO 4 = CuSO 4 + Na 2 SO 4 + 2H 2 O.
5. 일부 비금속 (할로겐, 황, 백린, 규소)과 반응하는 알칼리 용액의 능력을 특히 강조할 필요가 있습니다.
2 NaOH + Cl 2 = NaCl + NaOCl + H 2 O (추위),
6 KOH + 3 Cl 2 = 5 KCl + KClO 3 + 3 H 2 O (가열시),
6KOH + 3S = K2SO3 + 2K2S + 3H2O,
3KOH + 4P + 3H 2 O = PH 3 + 3KH 2 PO 2,
2NaOH + Si + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2.
6. 또한, 농축된 알칼리 용액은 가열되면 일부 금속(양성 성질을 갖는 화합물)을 용해시킬 수도 있습니다.
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H2,
아연 + 2KOH + 2H2O = K2 + H2.
알칼리성 용액에는 pH가 있습니다> 7(알칼리성 환경), 지시약의 색상을 변경합니다(리트머스 - 파란색, 페놀프탈레인 - 보라색).
M.V. Andryukhova, L.N. 보로디나
이 기사를 읽고 나면 물질을 염, 산, 염기로 분리할 수 있을 것입니다. 이 기사에서는 용액의 pH가 무엇인지, 일반 속성산과 염기가 있어요.
금속 및 비금속과 마찬가지로 산과 염기도 비슷한 성질을 바탕으로 물질을 분류한 것입니다. 산과 염기에 관한 최초의 이론은 스웨덴 과학자 아레니우스(Arrhenius)의 것이었습니다. Arrhenius에 따르면, 산은 물과 반응할 때 해리(부패)되어 수소 양이온 H+를 형성하는 물질 종류입니다. 수용액의 Arrhenius 염기는 OH-음이온을 형성합니다. 다음 이론은 1923년 과학자 Bronsted와 Lowry에 의해 제안되었습니다. Brønsted-Lowry 이론은 산을 반응에서 양성자를 제공할 수 있는 물질로 정의합니다(수소 양이온은 반응에서 양성자라고 함). 따라서 염기는 반응에서 양성자를 받아들일 수 있는 물질입니다. 현재 사용 중 지금은이론 - 루이스 이론.
루이스 이론은 산을 전자쌍을 수용하여 루이스 부가물을 형성할 수 있는 분자 또는 이온으로 정의합니다(부가물은 부산물을 형성하지 않고 두 반응물을 결합하여 형성된 화합물입니다).
무기화학에서 산은 원칙적으로 브뢴스테드-로리 산, 즉 양성자를 기증할 수 있는 물질을 의미합니다. 그것이 루이스 산의 정의를 의미한다면, 본문에서는 그러한 산을 루이스 산이라고 부릅니다. 이 규칙은 산과 염기에 적용됩니다.
분리
해리는 물질이 용액이나 용융물에서 이온으로 분해되는 과정입니다. 예를 들어, 염산의 해리는 HCl이 H +와 Cl -로 분해되는 것입니다.
산과 염기의 성질
염기는 만졌을 때 비눗물처럼 느껴지는 경향이 있는 반면, 산은 일반적으로 신맛이 납니다.
염기가 많은 양이온과 반응하면 침전물이 형성됩니다. 산이 음이온과 반응하면 일반적으로 가스가 방출됩니다.
일반적으로 사용되는 산:
H 2 O, H 3 O +, CH 3 CO 2 H, H 2 SO 4, HSO 4 −, HCl, CH 3 OH, NH 3
일반적으로 사용되는 베이스:
OH − , H 2 O , CH 3 CO 2 − , HSO 4 − , SO 4 2 − , Cl −
강하고 약한 산과 염기
강산 물에서 완전히 해리되어 수소 양이온 H + 및 음이온을 생성하는 산입니다.강산의 예는 다음과 같습니다.
염산
HCl:
HCl (용액) + H 2 O (l) → H 3 O + (용액) + Cl - (용액)
- 강산의 예: HCl, HBr, HF, HNO 3, H 2 SO 4, HClO 4
- 강산 목록
- HCl - 염산
- HBr - 브롬화수소 HI - 요오드화수소
- HNO3-
- 질산
HClO 4 - 과염소산
물(예: HF)에 부분적으로만 용해됩니다.
HF(용액) + H2O(l) → H3O +(용액) + F -(용액) - 이러한 반응에서는 90% 이상의 산이 해리되지 않습니다.
= < 0,01M для вещества 0,1М
강산과 약산은 용액의 전도도를 측정하여 구별할 수 있습니다. 전도도는 이온 수에 따라 달라지며, 산이 강할수록 더 많이 해리되므로 산이 강할수록 전도도도 높아집니다.
약산 목록
- HF 불화수소
- H 3 PO 4 인산
- H 2 SO 3 유황
- H 2 S 황화수소
- H 2 CO 3 석탄
- H 2 SiO 3 실리콘
강력한 근거
강한 염기는 물에서 완전히 해리됩니다.
NaOH(용액) + H 2 O ← NH 4
강염기에는 첫 번째(알칼리성, 알칼리 금속) 및 두 번째(알칼리노테르렌, 알칼리 토금속) 그룹의 금속 수산화물이 포함됩니다.
강력한 염기 목록
- NaOH 수산화나트륨(가성소다)
- KOH 수산화칼륨(가성칼륨)
- LiOH 수산화리튬
- Ba(OH) 2 수산화바륨
- Ca(OH) 2 수산화칼슘(소석회)
약한 기초
안에 가역적 반응물이 존재하면 OH-이온이 형성됩니다.
NH 3 (용액) + H 2 O ← NH + 4 (용액) + OH - (용액)
가장 약한 염기는 음이온입니다.
F - (용액) + H 2 O ← HF (용액) + OH - (용액)
약한 염기 목록
- Mg(OH) 2 수산화마그네슘
- Fe(OH) 2 수산화철(II)
- Zn(OH) 2 수산화아연
- NH 4 OH 수산화암모늄
- Fe(OH) 3 수산화철(III)
산과 염기의 반응
강한 산과 강한 염기
이 반응을 중화라고 합니다. 시약의 양이 산과 염기를 완전히 해리하기에 충분할 때 생성된 용액은 중성이 됩니다.
예:
H 3 O + + OH - ← 2H 2 O
약염기와 약산
일반보기반응:
약염기(용액) + H 2 O ← 약산(용액) + OH -(용액)
강한 염기와 약한 산
염기는 완전히 해리되고, 산은 부분적으로 해리되며, 생성된 용액은 약한 염기 특성을 갖습니다.
HX(용액) + OH -(용액) ← H 2 O + X -(용액)
강한 산과 약한 염기
산은 완전히 해리되고 염기는 완전히 해리되지 않습니다.
물의 해리
해리는 물질이 구성 분자로 분해되는 것입니다. 산이나 염기의 성질은 물에 존재하는 평형 상태에 따라 달라집니다.
H 2 O + H 2 O ← H 3 O + (용액) + OH - (용액)
K c = / 2
t=25°에서 물의 평형 상수: K c = 1.83⋅10 -6, 다음 등식도 성립합니다: = 10 -14, 이를 물의 해리 상수라고 합니다. 을 위한 정수= = 10 -7, 여기서 -lg = 7.0입니다.
이 값(-lg)을 pH - 수소 전위라고 합니다. 만약 pH< 7, то вещество имеет кислотные свойства, если pH >7, 그러면 그 물질은 기본적인 성질을 가지고 있습니다.
pH 측정 방법
도구적 방법
특수 장치인 pH 측정기는 용액의 양성자 농도를 전기 신호로 변환하는 장치입니다.
지표
여러 지표를 사용하면 용액의 산도에 따라 특정 pH 범위에서 색상이 변하는 물질로 상당히 정확한 결과를 얻을 수 있습니다.
소금
염은 H+ 이외의 양이온과 O2- 이외의 음이온으로 형성된 이온 화합물입니다.
약한 수용액에서는 염이 완전히 해리됩니다.소금 용액의 산-염기 특성을 결정하려면
, 용액에 어떤 이온이 존재하는지 확인하고 그 특성을 고려해야합니다. 강산과 염기로 형성된 중성 이온은 pH에 영향을 미치지 않습니다. 물에서 H + 또는 OH - 이온을 방출하지 않습니다. 예를 들어 Cl -, NO - 3, SO 2 - 4, Li +, Na +, K +입니다.
약산에서 형성된 음이온은 알칼리성 특성을 나타냅니다(F -, CH 3 COO -, CO 2- 3). 알칼리성 특성을 갖는 양이온은 존재하지 않습니다.
첫 번째 및 두 번째 그룹의 금속을 제외한 모든 양이온은 산성 특성을 갖습니다.
완충액
- 소량의 강산이나 강염기를 첨가하여 pH를 유지하는 용액의 주요 구성은 다음과 같습니다.
- 약산, 그에 상응하는 염 및 약염기의 혼합물
약염기, 상응하는 염 및 강산
- 특정 산도의 완충 용액을 준비하려면 다음 사항을 고려하여 약산이나 염기를 적절한 염과 혼합해야 합니다.
- 완충액이 효과적인 pH 범위
- 용액 용량 - 용액의 pH에 영향을 주지 않고 첨가할 수 있는 강산 또는 강염기의 양
용액의 구성을 변경할 수 있는 원치 않는 반응이 없어야 합니다.
시험:
1. 염기는 산과 반응하여 염과 물을 형성합니다.
Cu(OH) 2 + 2HCl = CuCl 2 + 2H 2 O
2. 산성 산화물로 소금과 물을 형성합니다.
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O
3. 알칼리는 양쪽성 산화물 및 수산화물과 반응하여 염과 물을 형성합니다.
2NaOH + Cr2O3 = 2NaCrO2 + H2O
KOH + Cr(OH) 3 = KCrO 2 + 2H 2 O
4. 알칼리는 가용성 염과 반응하여 약염기, 침전물 또는 가스를 형성합니다.
2NaOH + NiCl 2 = Ni(OH) 2 ̅ + 2NaCl
베이스
2KOH + (NH 4) 2 SO 4 = 2NH 3 + 2H 2 O + K 2 SO 4
Ba(OH) 2 + Na 2 CO 3 = BaCO 3 ̅ + 2NaOH
5. 알칼리는 양쪽성 산화물에 해당하는 일부 금속과 반응합니다.
6. 지표에 대한 알칼리의 영향:
오 - + 페놀프탈레인 ® 진홍색 색상
오 - + 리트머스 ® 파란색
7. 가열 시 일부 염기의 분해:
Сu(OH) 2 ® CuO + H 2 O
양쪽성 수산화물 – 화학물질, 염기와 산의 성질을 모두 나타냅니다. 양쪽성 수산화물은 양쪽성 산화물에 해당합니다(문단 3.1 참조).
양쪽성 수산화물은 일반적으로 염기 형태로 표시되지만 산 형태로도 표시될 수 있습니다.
Zn(OH) 2 Û H 2 ZnO 2
기반
양쪽성 수산화물의 화학적 성질
1. 양쪽성 수산화물은 산 및 산성 산화물과 상호 작용합니다.
Be(OH) 2 + 2HCl = BeCl 2 + 2H 2 O
Be(OH) 2 + SO 3 = BeSO 4 + H 2 O
2. 알칼리 및 알칼리 토금속의 알칼리 및 염기성 산화물과 상호 작용합니다.
Al(OH) 3 + NaOH = NaAlO 2 + 2H 2 O;
H 3 AlO 3 산 나트륨 메타알루미네이트
(H 3 AlO 3 ® HAlO 2 + H 2 O)
2Al(OH) 3 + Na 2 O = 2NaAlO 2 + 3H 2 O
모든 양쪽성 수산화물은 약한 전해질이다
염류
염류- 이것 복합 물질, 금속 이온과 산성 잔류물로 구성됩니다. 염은 산에서 수소 이온을 금속(또는 암모늄) 이온으로 완전히 또는 부분적으로 대체한 산물입니다. 염의 종류: 중간(보통), 산성 및 염기성.
중간염- 산의 수소 양이온을 금속(또는 암모늄) 이온(Na 2 CO 3, NiSO 4, NH 4 Cl 등)으로 완전히 대체한 산물입니다.
중간염의 화학적 성질
1. 염은 산, 알칼리 및 기타 염과 상호 작용하여 약한 전해질이나 침전물을 형성합니다. 또는 가스:
Ba(NO 3) 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 ̅ + 2HNO 3
Na 2 SO 4 + Ba(OH) 2 = BaSO 4 ̅ + 2NaOH
CaCl 2 + 2AgNO 3 = 2AgCl̅ + Ca(NO 3) 2
2CH 3 COONa + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2CH 3 COOH
NiSO 4 + 2KOH = Ni(OH) 2 ̅ + K 2 SO 4
2NaOH + NiCl 2 = Ni(OH) 2 ̅ + 2NaCl
NH4NO3 + NaOH = NH3 + H2O + NaNO3
2. 염은 더 활동적인 금속과 상호작용합니다. 더 활동적인 금속이 염 용액에서 덜 활동적인 금속을 대체합니다(부록 3).
Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu
산성염- 산의 수소 양이온을 금속 (또는 암모늄) 이온으로 불완전하게 대체한 생성물입니다: NaHCO 3, NaH 2 PO 4, Na 2 HPO 4 등 산성염은 다염기산에 의해서만 형성될 수 있습니다. 거의 모든 산성 염은 물에 잘 녹습니다.
산성염을 얻고 이를 중간염으로 전환
1. 산성염은 과량의 산 또는 산성 산화물을 염기와 반응시켜 얻습니다.
H 2 CO 3 + NaOH = NaHCO 3 + H 2 O
CO 2 + NaOH = NaHCO 3
2. 과잉 산이 염기성 산화물과 상호작용할 때:
2H 2 CO 3 + CaO = Ca(HCO 3) 2 + H 2 O
3. 산성염은 산을 첨가하여 중간 염에서 얻습니다.
· 동명의
Na 2 SO 3 + H 2 SO 3 = 2NaHSO 3;
Na2SO3 + HCl = NaHSO3 + NaCl
4. 산성염은 알칼리를 사용하여 중간염으로 전환됩니다.
NaHCO 3 + NaOH = Na 2 CO 3 + H 2 O
기본염– 이들은 수산기(OH)의 불완전한 치환 생성물입니다. - ) 산성 잔류물이 있는 염기: MgOHCl, AlOHSO 4 등 염기성 염은 다가 금속의 약한 염기에 의해서만 형성될 수 있습니다. 이 염은 일반적으로 거의 녹지 않습니다.
염기성염을 얻어 중간염으로 전환
1. 염기성 염은 과량의 염기를 산 또는 산 산화물과 반응시켜 얻습니다.
Mg(OH) 2 + HCl = MgOHCl̅ + H 2 O
수산화-
염화마그네슘
Fe(OH) 3 + SO 3 = FeOHSO 4 ̅ + H 2 O
수산화-
철(III) 황산염
2. 염기성 염은 알칼리가 부족하여 중간 염에서 형성됩니다.
Fe 2 (SO 4) 3 + 2NaOH = 2FeOHSO 4 + Na 2 SO 4
3. 염기성 염은 산(바람직하게는 염에 해당하는 것)을 첨가하여 중간 염으로 전환됩니다.
MgOHCl + HCl = MgCl 2 + H 2 O
2MgOHCl + H 2 SO 4 = MgCl 2 + MgSO 4 + 2H 2 O
전해질
전해질- 극성 용매 분자 (H 2 O)의 영향으로 용액에서 이온으로 분해되는 물질입니다. 해리(이온으로 분해) 능력에 따라 전해질은 일반적으로 강한 전해질과 약한 전해질로 구분됩니다. 강한 전해질은 거의 완전히(묽은 용액에서) 해리되는 반면, 약한 전해질은 부분적으로만 이온으로 해리됩니다.
강한 전해질에는 다음이 포함됩니다.
· 강산(20페이지 참조)
· 강염기 – 알칼리(22페이지 참조);
· 거의 모든 수용성 염.
약한 전해질에는 다음이 포함됩니다.
약산(20페이지 참조);
· 염기는 알칼리성이 아니다.
약한 전해질의 주요 특징 중 하나는 해리 상수 – 에게 . 예를 들어, 일염기산의 경우,
하우하 + +A - ,
여기서 는 H + 이온의 평형 농도입니다.
– 산성 음이온 A의 평형 농도 - ;
– 산 분자의 평형 농도,
아니면 기초가 약한 분들은
모우엠 + +오 - ,
,
여기서 는 M + 양이온의 평형 농도입니다.
– 수산화물 이온 OH의 평형 농도 - ;
– 약한 염기 분자의 평형 농도.
일부 약한 전해질의 해리 상수(t = 25°C에서)
| 물질 | 에게 | 물질 | 에게 |
| HCOOH | K = 1.8×10 -4 | H3PO4 | K 1 = 7.5×10 -3 |
| CH3COOH | K = 1.8×10 -5 | K 2 = 6.3×10 -8 | |
| HCN | K = 7.9×10 -10 | K 3 = 1.3×10 -12 | |
| H2CO3 | K 1 = 4.4×10 -7 | HClO | K = 2.9×10 -8 |
| K2 = 4.8×10 -11 | H3BO3 | K 1 = 5.8×10 -10 | |
| HF | K = 6.6×10 -4 | K2 = 1.8×10 -13 | |
| HNO2 | K = 4.0×10 -4 | K 3 = 1.6×10 -14 | |
| H2SO3 | K 1 = 1.7×10 -2 | H2O | K = 1.8×10 -16 |
| K 2 = 6.3×10 -8 | NH3×H2O | K = 1.8×10 -5 | |
| H2S | K 1 = 1.1×10 -7 | Al(OH)3 | K 3 = 1.4×10 -9 |
| K2 = 1.0×10 -14 | 아연(OH)2 | K 1 = 4.4×10 -5 | |
| H2SiO3 | K 1 = 1.3×10 -10 | K 2 = 1.5×10 -9 | |
| K2 = 1.6×10 -12 | CD(OH)2 | K 2 = 5.0×10 -3 | |
| 철(OH)2 | K 2 = 1.3×10 -4 | Cr(OH)3 | K 3 = 1.0×10 -10 |
| 철(OH) 3 | K2 = 1.8×10 -11 | Ag(OH) | K = 1.1×10 -4 |
| K 3 = 1.3×10 -12 | 납(OH)2 | K 1 = 9.6×10 -4 | |
| Cu(OH)2 | K 2 = 3.4×10 -7 | K 2 = 3.0×10 -8 | |
| 니켈(OH)2 | K 2 = 2.5×10 -5 |