Амфотерные соединения.

Из опыта работы по подготовке учащихся к ЕГЭ по химии.

Одно из заданий высокого уровня сложности (оно входит в третью часть экзаменационной работы - задание С2), проверяет знания о свойствах веществ, в том числе и амфотерных свойствах.

Для успешного выполнения этого задания нужно знать и способы разрушения комплексных солей. В учебной литературе этому материалу уделяется недостаточно внимания. Ни в одном отдельно взятом пособии он подробно не рассматривается.

Оксиды и гидроксиды многих переходных металлов имеют амфотерные свойства. Они нерастворимы в воде, но взаимодействуют и с кислотами, и со щелочами. При подготовке к ЕГЭ нужно усвоить материал о свойствах соединений цинка, бериллия, алюминия, железа, хрома. Рассмотрим основные реакции на примере цинка, алюминия и их соединений.

1. Основные свойства при взаимодействии с сильными кислотами:

ZnO + 2HCl = ZnCl₂ + 2H₂O

Zn(OH)₂ + 2HCl = ZnCl₂ + 2H₂O

Al₂O₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂O

Al(OH)₃ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O

1. Кислотные свойства при взаимодействии со щелочами:

а) Реакции при сплавлении.

Формулу гидроксида цинка записывают в кислотной форме H₂ZnO₂ (цинковая кислота).

H₂ZnO₂ + 2NaOH = Na₂ZnO₂ + 2H₂O (цинкат натрия)

ZnO + 2NaOH = Na₂ZnO₂ + H₂O

Кислотная форма гидроксида алюминия H₃AlO₃ (ортоалюминиевая кислота), но она неустойчива, и при нагревании отщепляется вода: H₃AlO₃ – H₂O = HAlO₂, получается метаалюминиевая кислота.

По этой причине при сплавлении соединений алюминия со щелочами получаются соли – метаалюминаты:

Al(OH)₃ + NaOH = NaAlO₂ + 2H₂O

Al₂O₃ + 2NaOH = 2NaAlO₂ + H₂O

б) Реакции в растворе происходят с образованием комплексных солей: Zn(OH)₂ + 2NaOH = Na₂ [Zn(OH)₄]

ZnO + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Zn(OH)₄] -

тетрагидроксоцинкат натрия.

Al(OH)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄]

Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O = 2Na[Al(OH)₄] -

тетрагидроксоалюминат натрия.

При взаимодействии соединений алюминия со щелочами в растворе получаются разные формы комплексных солей:

Na[Al(OH)₄] - тетрагидроксоалюминат натрия,

Na₃[Al(OH)₆] - гексагидроксоалюминат натрия,

Na[Al(OH)₄ (H₂O)₂] - диакватетрагидроксоалюминат натрия.

Форма соли зависит от концентрации щелочи.

Соединения бериллия - ВеО и Ве(ОН)₂ - взаимодействуют со щелочами аналогично соединениям цинка, соединения хрома (III) и железа (III) - Cr₂O₃, Cr(OH)₃, Fe₂O₃, Fe(OH)₃ - аналогично соединениям алюминия, но оксиды этих металлов взаимодействуют со щелочами только при сплавлении.

Cr₂O₃ + NaOH = NaCrO₂ + H₂O –

метахромит натрия, хромат (III) натрия.

Fe₂O₃ + 2NaOH = 2NaFeO₂ + H₂O –

феррит натрия, феррат (III) натрия.

При взаимодействии гидроксидов этих металлов со щелочами в растворе получаются комплексные соли с координационным числом 6.

Гидроксид хрома (III) легко растворяется в щелочах.

Cr(OH)₃ + 3NaOH = Na₃[Cr(OH)₆ –

гексагидроксохромат (III) натрия.

Гидроксид железа (III) имеет очень слабые амфотерные свойства, взаимодействует только с горячими концентрированными растворами щелочей: Fe(OH)₃ + 3NaOH = Na₃[Fe(OH)₆] -

тетрагидроксоферрат (III) натрия.

Из рассматриваемых металлов с растворами щелочей взаимодействуют только Ве, Zn, Al:

Be + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Be(OH)₄] + H₂­ -

тетрагидроксобериллат натрия.

2n + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂­

2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂­

Железо и хром с растворами щелочей не реагируют, эти реакции возможны только при сплавлении с твёрдыми щелочами.

При рассмотрении способов разрушения комплексных солей можно выделить несколько случаев:

1. При действии избытка сильной кислоты получается две средних соли и вода:

NaAl(OH)₄ + 4HCl_изб. = NaCl + AlCl₃ + H₂O

K₃Cr(OH)₆ + 6HNO_{3 изб.} = 3KNO₃ + Cr(NO₃)₃ + 6H₂O

1. При действии недостатка сильной кислоты получается средняя соль активного металла, амфотерный гидроксид и вода:

NaAl(OH)₄ + HCl_нед. = NaCl + Al(OH)₃ + H₂O

K₃Cr(OH)₆ + 3HNO_{3 нед.} = 3KNO₃ + Cr(OH)₃ + 3H₂O

1. При действии слабой кислоты получается кислая соль активного металла, амфотерный гидроксид и вода:

NaAl(OH)₄ + H₂S = NaHS + Al(OH)₃ + H₂O

K₃Cr(OH)₆ + 3H₂CO₃ = 3KHCO₃ + Cr(OH)₃ + 3H₂O

1. При действии углекислого или сернистого газа получается кислая соль активного металла и амфотерный гидроксид:

NaAl(OH)₄ + CO₂ = NaHCO₃ + Al(OH)₃

K₃Cr(OH)₆+ 3SO₂ = 3KHSO₃ + Cr(OH)₃

1. При действии солей, образованных сильными кислотами и катионами Fe³⁺, Al³⁺ и Cr³⁺ происходит взаимное усиление

гидролиза, получается два амфотерных гидроксида и соль активного металла:

3NaAl(OH)₄ + FeCl₃ = 3Al(OH)₃ + Fe(OH)₃ + 3NaCl

K₃Cr(OH)₆ + Al(NO₃)₃ = Al(OH)₃ + Cr(OH)₃ + 3KNO₃

6. При нагревании выделяется вода:

NaAl(OH)₄ = NaAlO₂ + 2H₂O

K₃Cr(OH)₆ = KCrO₂ + 2H₂O + 2KOH

Для отработки умений можно выполнить следующие задания:

1. Составить уравнения четырёх возможных реакций между растворами гексагидроксохромата (III) калия, хлорида алюминия, сероводорода, соляной кислоты.

Ответ:

1) K₃Cr(OH)₆ + AlCl₃ = Cr(OH)₃ +Al(OH)₃ + 3KCl

2) K₃Cr(OH)₆ + 3H₂S = 3KHS + Cr(OH)₃ + 3H₂O

1. K₃Cr(OH)₆ + 6HCl изб. = 3KCl + CrCl₃ + 6H₂O

1. K₃Cr(OH)₆ + 3HCl нед. = 3KCl + Cr(OH)₃ + 3H₂O

2. Даны водные растворы гексагидроксохромата натрия, сернистого газа, бромида железа (III), гидроксида натрия.

Напишите уравнения четырёх возможных реакций между ними.

3. Напишите уравнения четырёх возможных реакций между растворами гексагидроксоалюмината калия, карбоната калия, угольной кислоты, хлорида хрома (III).

4. Осуществить превращения:

HCl NaOH NaOH изб. H₂SO₄ t

ZnO    y  z  y  ZnO

KOH Н₂O KOH HCl

Al  Al(OH)₃    y  z  Al(OH)₃

спл.

Г.С. Основская,

учитель химии средней школы № 7

г. Великие Луки Псковской области.