При выполнении различных заданий ЕГЭ по химии (например, задачи 34 или задания 32 «мысленный эксперимент») могут пригодиться знания о том, какие вещества при нагревании разлагаются и как они разлагаются.
Рассмотрим термическую устойчивость основных классов неорганических веществ. Я не указываю в условиях температуру протекания процессов, так как в ЕГЭ по химии такая информация, как правило, не встречается. Если возможны различные варианты разложения веществ, я привожу наиболее вероятные, на мой взгляд, реакции.
Разложение оксидов
При нагревании разлагаются оксиды тяжелых металлов:
2HgO = 2Hg + O2
Разложение гидроксидов
Как правило, при нагревании разлагаются нерастворимые гидроксиды. Исключением является гидроксид лития, он растворим, но при нагревании в твердом виде разлагается на оксид и воду:
2LiOH = Li2O + H2O
Гидроксиды других щелочных металлов при нагревании не разлагаются.
Гидроксиды серебра (I) и меди (I) неустойчивы:
2AgOH = Ag2O + H2O
2CuOH = Cu2O + H2O
Гидроксиды большинства металлов при нагревании разлагаются на оксид и воду.
В инертной атмосфере (в отсутствии кислорода воздуха) гидроксиды хрома (III) марганца (II) и железа (II) распадаются на оксид и воду:
Большинство остальных нерастворимых гидроксидов металлов также при нагревании разлагаются:
Разложение кислот
При нагревании разлагаются нерастворимые кислоты.
Некоторые кислоты неустойчивы и подвергаются разложению в момент образования. Большая часть молекул сернистой кислоты и угольной кислоты распадаются на оксид и воду в момент образования:
В ЕГЭ по химии лучше эти кислоты записывать в виде оксида и воды.
Азотистая кислота на холоде или при комнатной температуре частично распадается уже в водном растворе, реакция протекает обратимо:
При нагревании выше 100 о С продукты распада несколько отличаются:
Азотная кислота под действием света или при нагревании частично обратимо разлагается:
Разложение солей
Разложение хлоридов
Хлориды щелочных, щелочноземельных металлов, магния, цинка, алюминия и хрома при нагревании не разлагаются.
Хлорид серебра (I) разлагается под действием света:
2AgCl → Ag + Cl2
Хлорид аммония при нагревании выше 340 о С разлагается:
Разложение нитратов
Нитраты щелочных металлов при нагревании разлагаются до нитрита металла и кислорода.
Видеоопыт разложения нитрата калия можно посмотреть здесь.
Нитраты магния, стронция, кальция и бария разлагаются до нитрита и кислорода при нагревании до 500 о С:
При более сильном нагревании (выше 500 о С) нитраты магния, стронция, кальция и бария разлагаются до оксида металла, оксида азота (IV) и кислорода:
Нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений после магния и до меди (включительно) + нитрат лития разлагаются при нагревании до оксида металла, диоксида азота и кислорода:
Нитраты серебра и ртути разлагаются при нагревании до металла, диоксида азота и кислорода:
Нитрат аммония разлагается при небольшом нагревании до 270 о С оксида азота (I) и воды:
При более высокой температуре образуются азот и кислород:
Разложение карбонатов и гидрокарбонатов
Карбонаты натрия и калия плавятся при нагревании.
Карбонаты лития, щелочноземельных металлов и магния разлагаются на оксид металла и углекислый газ:
Карбонат аммония разлагается при 30 о С на гидрокарбонат аммония и аммиак:
Гидрокарбонат аммония при дальнейшем нагревании разлагается на аммиак, углекислый газ и воду:
Гидрокарбонаты натрия и калия при нагревании разлагаются на карбонаты, углекислый газ и воду:
Гидрокарбонат кальция при нагревании до 100 о С разлагается на карбонат, углекислый газ и воду:
При нагревании до 1200 о С образуются оксиды:
Разложение сульфатов
Сульфаты щелочных металлов при нагревании не разлагаются.
Сульфаты алюминия, щелочноземельных металлов, меди, железа и магния разлагаются до оксида металла, диоксида серы и кислорода:
Сульфаты серебра и ртути разлагаются до металла, диоксида серы и кислорода:
Разложение фосфатов, гидрофосфатов и дигидрофосфатов
Эти реакции, скорее всего, в ЕГЭ по химии не встретятся! Гидрофосфаты щелочных и щелочноземельных металлов разлагаются до пирофосфатов:
Ортофосфаты при нагревании не разлагаются (кроме фосфата аммония).
Разложение сульфитов
Сульфиты щелочных металлов разлагаются до сульфидов и сульфатов:
Разложение солей аммония
Некоторые соли аммония, не содержащие анионы кислот-сильных окислителей, обратимо разлагаются при нагревании без изменения степени окисления. Это хлорид, бромид, йодид, дигидрофосфат аммония:
Cоли аммония, образованные кислотами-окислителями, при нагревании также разлагаются. При этом протекает окислительно-восстановительная реакция. Это дихромат аммония, нитрат и нитрит аммония:
Видеоопыт разложения нитрита аммония можно посмотреть здесь.
Разложение перманганата калия
Разложение хлората и перхлората калия
Хлорат калия при нагревании разлагается до перхлората и хлорида:
4KClO3 → 3KClO4 + KCl
При нагревании в присутствии катализатора (оксид марганца (IV)) образуется хлорид калия и кислород:
2KClO3 → 2KCl + 3O2
Перхлорат калия при нагревании разлагается до хлорида и кислорода:
Раствор диоксида углерода в воде, содержащий угольную кислоту, хорошо известен: после добавления сладкого сиропа он превращается в лимонад, пепси-колу или другой освежающий напиток.
Что же между ними общего? Посмотрим на формулы кислот и увидим, что здесь, как правило, на первом месте атом водорода.
В обратимых реакциях исходные вещества превращаются в продукты не полностью, а лишь частично. Химики договорились, что вместо знака равенства в обратимых реакциях надо ставить две стрелочки, вот так:
, так или даже так:
Это значит, что слабая кислота «угощает» всех окружающих своими протонами чрезвычайно неохотно. Отщепит часть и подождет: может, больше не попросят.
«Силу» и «слабость» любой кислоты можно измерить и рассчитать. Для этого служит степень диссоциации. Эту величину принято обозначать греческой буквой α (альфа), и она равна отношению числа молекул, распавшихся на ионы, к общему числу молекул растворенной в воде кислоты.
Если кислота сильная, то степень ее диссоциации в водном растворе равна 100%, или 1,0: все молекулы, сколько бы их ни было вначале, распадаются на ионы водорода и кислотного остатка.
Протона нет и следа, Его проглотила вода. Мгновенно он превращен В оксониевый катион.
Ионы H + (а если уж быть точными, катионы оксонияH3O + ) в растворе любой кислоты действуют на язык человека, вызывая ощущение кислого.
Правда, некоторые кислоты нерастворимы в воде. Тогда для их получения химику приходится обходить множество препятствий.
Гидролиз — это процесс взаимодействия сложного химического вещества с водой, итогом которого становится разложение молекул этого вещества. Сам термин происходит от двух греческих слов: hydor, что значит «вода», и lysis, то есть «распад».
Гидролизации подвержены как органические, так и неорганические вещества: углеводы, белки, оксиды, карбиды, соли и т. д. Например, гидролиз органических соединений напрямую связан с пищеварением — с его помощью происходит распад и усвоение клетками организма жиров, белков, углеводов. Но сейчас мы займемся неорганической химией и рассмотрим гидролизацию на примере солей.
Гидролиз солей — это реакция взаимодействия ионов соли с Н + и ОН − ионами воды, которая ведет к распаду исходного соединения. В результате такого ионного обмена образуется слабый электролит — кислотный, щелочной или нейтральный.
Условия гидролиза
Далеко не все соединения распадаются, вступая в реакцию с молекулами воды. Сейчас мы на примере солей рассмотрим, какие вещества подвергаются гидролизу, а какие нет, и от чего это зависит.
Начнем с того, что любая соль включает основание — амфотерный гидроксид, и кислотный остаток.
сульфат меди CuSO4состоит из основания Cu(ОН)2и кислоты H2SO4;
хлорид натрия NaCl состоит из основания NaOH и кислоты HCl;
хлорид цинка ZnCl2состоит из основания Zn(ОН)2 и кислоты HCI;
карбонат натрия Na2CO3состоит из основания NaOH и кислоты H2CO3.
В зависимости от того, какие соли подвергаются гидролизу — со слабым основанием или слабой кислотой, в итоге может получиться кислая, щелочная или нейтральная среда водного раствора.
А что происходит, если соль состоит из сильного основания и сильного кислотного остатка? Ничего. 🙂 В этом случае ее сильные катионы и анионы не взаимодействуют с ионами воды. Такая соль не распадается, то есть не подвержена гидролизу.
Схема химической реакции гидролиза выглядит так:
XY + HOH ↔ XH + HOY
XH — кислотный остаток;
Индикаторы среды раствора
Для определения среды раствора за считанные секунды используются специальные индикаторы. Самый распространенный из них — лакмусовая бумага, но также популярны фенолфталеин и метиловый оранжевый. В нейтральной среде они не меняют свой цвет, а в кислотной или щелочной — приобретают другую окраску.
Изменение цвета индикатора однозначно говорит о том, что произошла гидролизация. Однако если цвет остался тем же — это не всегда означает отсутствие гидролиза. Среда будет почти нейтральной и в том случае, когда гидролизу подвергается соль со слабым основанием и слабой кислотой. Но об этом поговорим дальше, а пока посмотрите таблицу.
Виды гидролиза
Мы выяснили, что в составе соли может быть слабый ион, который и отвечает за гидролизацию. Он находится в основании, в кислотном остатке или в обоих компонентах, и от этого зависит тип гидролиза.
Соль с сильным основанием и сильной кислотой
Гидролиз отсутствует. Как вы уже знаете, при наличии сильного основания и сильного кислотного остатка соль не распадается при взаимодействии с водой. Так, например, невозможен гидролиз хлорида натрия (NaCl), поскольку в составе этого вещества нет слабых ионов. К таким же не подверженным гидролизации солям относят KClO4, Ba(NO3)2 и т. д.
Среда водного раствора — нейтральная, т. е. pH = 7.
Реакция индикаторов: не меняют свой цвет (лакмус остается фиолетовым, а фенолфталеин — бесцветным).
Соль со слабым основанием и сильной кислотой
Среда водного раствора — кислая, pH меньше 7.
Реакция индикаторов: фенолфталеин остается бесцветным, лакмус и метиловый оранжевый — краснеют.
Соль с сильным основанием и слабой кислотой
Среда водного раствора — щелочная, pH больше 7.
Реакция индикаторов: фенолфталеин становится малиновым, лакмус — синим, а метиловый оранжевый желтеет.
Молекулярное уравнение: KNO2 + H2O ↔ HNO2 + KOH
Ионное уравнение: K + + NO2 − + HOH ↔ HNO2 + K + + OH −
Гидролиз по катиону и аниону. Если у соли оба компонента — слабые, при взаимодействии с водой в реакцию вступает и анион, и катион. При этом катион основания связывает ионы воды OH − а анион кислоты связывает ионы H +
Среда водного раствора: нейтральная, слабокислая или слабощелочная.
Реакция индикаторов: могут не изменить свой цвет.
Цианид аммония NH4CN включает слабое основание NH4OH и слабую кислоту HCN.
Обобщим все эти сведения в таблице гидролиза солей.
Ступенчатый гидролиз
Любой из видов гидролиза может проходить ступенчато. Так бывает в тех случаях, когда с водой взаимодействует соль с многозарядными катионами и анионами. Сколько ступеней будет включать процесс — зависит от числового заряда иона, отвечающего за гидролиз.
Как определить количество ступеней:
если соль содержит слабую многоосновную кислоту — число ступеней равняется основности этой кислоты;
если соль содержит слабое многокислотное основание — число ступеней определяют по кислотности основания.
Для примера рассмотрим гидролиз карбоната калия K2CO3. У нас есть двухосновная слабая кислота H2CO3, а значит, гидролизация пройдет по аниону в две ступени.
I ступень: K2CO3+HOH ↔ KOH+KHCO3, итогом которой стало получение гидроксида калия (KOH) и кислой соли (KHCO3).
II ступень: K2HCO3+HOH ↔ KOH+H2CO3, в итоге получился тот же гидроксид калия (KOH) и слабая угольная кислота (H2CO3).
Для приблизительных расчетов обычно принимают в учет только результаты первой ступени.
Обратимый и необратимый гидролиз
Химические вещества могут гидролизоваться обратимо или необратимо. В первом случае распадается лишь некоторое количество частиц, а во втором — практически все. Если соль полностью разлагается водой, это необратимый процесс, и его называют полным гидролизом.
Необратимо гидролизуются соли, в составе которых есть слабые нерастворимые основания и слабые и/или летучие кислоты. Такие соединения могут существовать лишь в сухом виде, их не получить путем смешивания водных растворов других солей.
Например, полному гидролизу подвергается сульфид алюминия:
Как видите, в результате гидролизации образуется гидроксид алюминия и сероводород.
Необратимые реакции при взаимодействии с водой имеют место и в органической химии. В качестве примера рассмотрим полный гидролиз органического вещества — карбида кальция, в результате которого образуется ацетилен:
Степень гидролиза
Взаимодействие соли или другого химического соединения с водой может усиливаться или ослабляться в зависимости от нескольких факторов. Если нужно получить количественное выражение гидролиза, говорят о его степени, которая указывается в процентах.
h — степень гидролиза,
nгидр. — количество гидролизованного вещества,
nобщ. — общее количество растворенного в воде вещества.
На степень гидролизации может повлиять:
температура, при которой происходит процесс;
концентрация водного раствора;
состав участвующих в гидролизе веществ.
Можно усилить гидролиз с помощью воды (просто разбавить полученный раствор) или стимулировать процесс повышением температуры. Более сложным способом будет добавление в раствор такого вещества, которое могло бы связать один из продуктов гидролиза. К соли со слабой кислотой и сильным основанием нужно добавить соль со слабым основанием и сильной кислотой.
Для ослабления гидролиза раствор охлаждают и/или делают более концентрированным. Также можно изменить его состав: если гидролизация идет по катиону — добавляют кислоту, а если по аниону — щелочь.
Итак, мы разобрались, что такое гидролиз солей и каким он бывает. Пора проверить свои знания и ответить на вопросы по материалу.
Вопросы для самопроверки:
Назовите необходимое условие для гидролиза.
Какие типы гидролиза вы знаете?
В каком случае в результате гидролиза может образоваться слабощелочная или слабокислая среда?
По какому типу гидролизуется соль с сильным основанием и слабым кислотным остатком?
При гидролизе соли с сильным основанием и слабой кислотой для ослабления процесса нужно добавить в раствор кислоту или щелочь?
Как воздействует на гидролиз разбавление раствора водой?
Как определяется количество ступеней гидролиза?
Какая среда раствора образуется при гидролизации солей NaF, KCl, FeBr2, Na2PO4? Ответов может быть несколько.
Какие из солей гидролизуются по катиону: Csl, FeSO4, RbNO3, CuSO4, Mn(NO3)2? Ответов может быть несколько.
Какая из солей не подвергается гидролизу: K2HPO4, KNO3, KCN, Ni(NO3)2?
H2Co3 распадается на – Ответы@Mail.Ru: химические свойства H2CO3
Ответы@Mail.Ru: химические свойства h3CO3
Основные химические свойства кислот: — взаимодействие с металлами: h3SO4 +Zn = ZnSO4 + h3 — Образуется соль и выделяется водород В зависимости от концентрации самой кислоты получаются различные продукты химической реакции. Например, 2h3SO4 + Cu = CuSO4 + SO2 +2h3O — в этом случае серная кислота — концентрированная. Разбавленная — на медь (Cu) никак не действует. — взаимодействие с основными оксидами и амфотерными оксидами: CuO + h3SO4 = CuSO4 + h3O — образуется соль и вода; SnO + HCl = SnCl2 + h3O (оксид олова — SnO — амфотерный оксид) — взаимодействие с основаниями и щелочами: HCl + KOH = KCl + h3O — эту реакцию ещё называют реакцией нейтрализации — образуется соль и вода; Cu(OH)2 + 2HCl = CuCl2 + 2h3O — взаимодействие с солями: При химических реакциях кислот с солями обязательно надо учитывать основные признаки химических реакций, а именно, химическая реакция пройдёт, если будет выделяться газ, выпадет осадок, и т.д. N2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 + h3O — выделяется углекислый газ CO2. Конечно, если говорить точно, то образуется слабая угольная кислота (h3CO3), которая сразу же распадается на углекислый газ и воду. При этих реакциях образуется соль и другая кислота (менее слабая).
Теперь рассмотрим основным методы получения кислот Получение кислот
Получение кислот производят с помощью следующих химических реакций: — взаимодействие кислотных оксидов с водой: SO3 + h3O = h3SO4; CO2 + h3O = h3CO3; — взаимодействие с солями: NaCl + h3SO4(конц.) = HCl + Na2SO4 — при этой химической реакции образуется новая более слабая кислота (более слабая, чем серная, но тоже сильная) и другая соль; — взаимодействие неметаллов с водородом с последующим растворением их в воде: h3 + Cl2 = HCl (Надо помнить, что само по себе данное химическое соединение — газ хлороводород HCl кислотой не является. Для её образования необходимо полученный газ HCl растворить в воде). Аналогичным образом поступают с газом сероводородом: h3 + S = h3S; — оксиление некоторых простых веществ: P + 5HNO3 +2h3O = 3h4PO4 + 5NO (в этой химической реакции происходит окисление фосфора (P) азотной кислотой (HNO3) до ортофосфорной кислоты (h4PO4) с выделением оксида азота (NO)
Рассмотрим наиболее распространённые кислоты, часто используемые в хозяйстве: Угольная кислота Угольная кислота h3CO3 — это сложное химическое вещество, оразованное растворением углекислого газа в воде: CO2 + h3O = h3CO3. Она является одной из слабых двухосновных (2 атома водорода) кислот. Кроме того, она неустойвива и при норомальных условиях самопроизвольно распадается на углекислый гах и воду.
Химические свойства угольной кислоты
Мы знаем, что кислоты могут образовывать различные соли, так вот, угольная — образут соли карбонаты и гидрокарбонаты — кислые соли. Например, всем известная стиральная сода (ещё одно её названгие — кальцинированная сода) имеет формулу Na2CO3 — очень едкое сильнощелочное вещество (химическое название — карбонат натрия). А вот её ближайший родственник — пищевая сода (которыу мы добавляем, например, в тесто). Её формула NaHCO3 — гидрокарбонат натрия (или кислая соль натрия и угольной кислоты, у которой атом натрия заместил не 2, а 1 атом водорода). — реакция с оксидами металлов: h3CO3 +CaO = CaCO3 + h3O (образуется мел CaCO3 и вода). Мел — это тоже соль, химиче
Угольная кислота — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Угольная кислота
Систематическое название
Угольная кислота
Химическая формула
H2CO3
Внешний вид
бесцветный раствор
Свойства
Молярная масса
62,03 г/моль
Температура плавления
?
Температура кипения
?
Температура возгонки
?
Температура разложения
?
Температура стеклования
?
Плотность
1,668 г/см³
Константа диссоциации pKa
реальные: 1) 3,60; 2) 10,33 кажущаяся [1] : 6,37
Растворимость в воде
0,21 [1] г/100 мл
Термодинамические свойства
Стандартная энтальпия образования
−700 кДж/моль
Стандартная молярная энтропия
+187 Дж/(К·моль)
Стандартная энергия образования Гиббса
Магний, зажженный на воздухе, продолжает гореть и в атмосфере :
Углекислый газ проявляет кислотные свойства: реагирует со щелочами, гидратом аммиака. Восстанавливается водородом.
В лабораториях диоксид углерода обычно получают, действуя на мрамор соляной кислотой в аппарате Киппа:
В промышленности большие количества диоксида углерода получают при обжиге известняка:
Углекислый газ играет важную роль в биологических (фотосинтез), природных (парниковый эффект) и геохимических (растворение в океанах и образование карбонатов) процессах. В больших количествах он поступает в окружающую среду в результате сжигания органического топлива, гниения отходов и т.д.
Угольная кислота очень слабая. В растворе она диссоциирует главным образом на ионы и и лишь в ничтожном количестве образует ионы :
Как двухосновная кислота, угольная кислота образует два ряда солей – средние и кислые; средние соли называются карбонатами, кислые – гидрокарбонатами. Соли угольной кислоты могут быть получены или действием диоксида углерода на щелочи, или путем обменных реакций между растворимыми солями угольной кислоты и солями других кислот:
Карбонат натрия (кальцинированная сода, стиральная сода) в обычных условиях представляет собой кристаллы белого цвета, которые плавятся без разложения и разлагаются при дальнейшем нагревании (температура плавления ). Хорошо растворяется в воде (гидролизуется по катиону) создавая сильнощелочную среду:
Раствор диоксида углерода в воде, содержащий угольную кислоту, хорошо известен: после добавления сладкого сиропа он превращается в лимонад, пепси-колу или другой освежающий напиток.
, так 
или даже так: 
Задание 41. Кислоты
