Амфотерные оксиды и гидроксиды
Слово «амфотерный» ученики часто читают как «нейтральный»: раз вещество не кислота и не основание, то ни с чем и не реагирует. На деле всё наоборот. Гидроксид цинка Zn(OH)2 растворяется и в соляной кислоте, и в растворе щёлочи — в этом и состоит амфотерность. Второй источник ошибок — избыток щёлочи в задачах на осадок, который сначала выпадает, а потом исчезает.
❌ Амфотерный гидроксид не реагирует ни с кислотами, ни со щелочами. ✅ Он реагирует с теми и другими: Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O и Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4].
❌ Гидроксид алюминия получают, приливая к AlCl3 избыток NaOH. ✅ В избытке щёлочи осадок растворяется, поэтому щёлочь приливают по каплям или берут раствор аммиака.
❌ Все оксиды металлов основные. ✅ ZnO, Al2O3, BeO и Cr2O3 амфотерные.
❌ ZnO растворяется в воде и даёт Zn(OH)2. ✅ Амфотерные оксиды с водой не реагируют, гидроксид получают из соли и щёлочи.
Амфотерный гидроксид реагирует и с кислотой, и со щёлочью
С кислотой амфотерный гидроксид ведёт себя как основание и даёт обычную соль: Zn(OH)2 + 2HCl → ZnCl2 + 2H2O. С раствором щёлочи он ведёт себя как кислота. Получается растворимый гидроксокомплекс: Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2[Zn(OH)4]. Соль называется тетрагидроксоцинкат натрия.
У алюминия картина та же. Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4], продукт — тетрагидроксоалюминат натрия. Оксид алюминия тоже растворяется в растворе щёлочи, только в уравнении появляется вода, которая как бы достраивает оксид до гидроксида: Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4].
Как правило, амфотерные оксиды и гидроксиды образуют металлы в степени окисления +3 и +4. Из металлов со степенью окисления +2 в школьном курсе амфотерные соединения дают Be, Zn, Sn и Pb. Чёткой границы между классами нет. Чем выше степень окисления металла, тем сильнее кислотные свойства его оксида, и у хрома есть оксиды всех трёх типов: CrO, Cr2O3, CrO3.
Опыт ставят за пять минут. К раствору сульфата цинка по каплям приливают щёлочь — выпадает белый осадок Zn(OH)2. Осадок делят на две пробирки: в первой его растворяет соляная кислота, во второй — избыток NaOH.
Задача 1. Вычисли массу гидроксида натрия, которая нужна для растворения 19,8 г гидроксида цинка в растворе щёлочи.
Уравнение: Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2[Zn(OH)4].
M(Zn(OH)2) = 65 + 2 · 17 = 99 г/моль; n = 19,8 / 99 = 0,2 моль.
Щёлочи по уравнению вдвое больше: n(NaOH) = 0,2 · 2 = 0,4 моль.
M(NaOH) = 40 г/моль; m = 0,4 · 40 = 16 г.
Ответ: 16 г гидроксида натрия.
Алюминий и цинк растворяются в щёлочи с выделением водорода
Со щёлочью реагирует и сам металл. Алюминий защищён плотной плёнкой Al2O3, щёлочь растворяет эту плёнку, после чего металл реагирует с водой, а образующийся гидроксид сразу уходит в комплекс: 2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2. Цинк ведёт себя так же: Zn + 2NaOH + 2H2O → Na2[Zn(OH)4] + H2.
Отсюда бытовое правило. Алюминиевую кастрюлю не чистят содой и щелочными средствами для духовки: плёнка оксида растворяется, металл темнеет и разъедается. Некоторые средства для прочистки труб, наоборот, специально содержат щёлочь с гранулами алюминия. Выделяющийся водород взбалтывает засор.
При сплавлении получаются безводные соли
В расплаве воды нет, и гидроксокомплекс не образуется. Сплавление оксида алюминия с твёрдой щёлочью даёт метаалюминат: Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O. С цинком получается цинкат: ZnO + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2O. Вместо щёлочи можно взять соду, тогда выделяется углекислый газ: Al2O3 + Na2CO3 → 2NaAlO2 + CO2.
На ЕГЭ условие само подсказывает продукт. Слова «в растворе» означают Na[Al(OH)4]. Слова «при сплавлении» означают NaAlO2. Одно слово в условии меняет формулу в ответе, а уравнение с неверным продуктом не засчитывают.
Подготовка к контрольной и экзамену в малой группе
Амфотерность — частая ловушка в цепочках ЕГЭ. В «Моей школе LS» учитель химии разбирает такие превращения с учениками 11 класса на живых онлайн-уроках в малых группах.
Кислота и углекислый газ разрушают гидроксокомплекс
Тетрагидроксоалюминат устойчив только в щелочной среде. Если приливать к нему соляную кислоту понемногу, сначала выпадает белый осадок: Na[Al(OH)4] + HCl → NaCl + Al(OH)3 + H2O. В избытке кислоты осадок исчезает: Na[Al(OH)4] + 4HCl → NaCl + AlCl3 + 4H2O.
Угольная кислота слабая, и растворить гидроксид алюминия она не может, поэтому при пропускании углекислого газа осадок остаётся при любом избытке газа: Na[Al(OH)4] + CO2 → Al(OH)3 + NaHCO3. Эту реакцию любят ставить последним звеном цепочки. Запомни её.
Задача 2. Составь уравнения реакций для цепочки Al → AlCl3 → Al(OH)3 → Na[Al(OH)4] → Al(OH)3.
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2.
AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3 + 3NaCl, щёлочь приливают без избытка.
Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4].
Na[Al(OH)4] + CO2 → Al(OH)3 + NaHCO3.
Ответ: четыре уравнения выше; на последнем шаге подходит и недостаток соляной кислоты.
Задача 3. К раствору, содержащему 13,35 г хлорида алюминия, прилили раствор с 14 г гидроксида натрия. Вычисли массу осадка.
M(AlCl3) = 27 + 3 · 35,5 = 133,5 г/моль; n = 13,35 / 133,5 = 0,1 моль.
n(NaOH) = 14 / 40 = 0,35 моль.
Реакция AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3 + 3NaCl забирает 0,1 · 3 = 0,3 моль щёлочи и даёт 0,1 моль Al(OH)3.
Остаток щёлочи 0,35 − 0,3 = 0,05 моль растворяет 0,05 моль осадка: Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4].
В осадке остаётся 0,1 − 0,05 = 0,05 моль Al(OH)3; m = 0,05 · 78 = 3,9 г.
Ответ: 3,9 г гидроксида алюминия.
Амфотерный гидроксид реагирует и с кислотами, и со щелочами. С кислотой он ведёт себя как основание: Zn(OH)2 + 2HCl → ZnCl2 + 2H2O. Со щёлочью — как кислота: Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2[Zn(OH)4]. Школьные примеры — Zn(OH)2, Al(OH)3, Be(OH)2 и Cr(OH)3.
По уравнению Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4] гидроксид и щёлочь реагируют 1 : 1. Значит, растворится 0,2 моль Al(OH)3. Молярная масса 27 + 3 · 17 = 78 г/моль, масса 0,2 · 78 = 15,6 г.
Осадок делят на две пробирки. В одну приливают соляную кислоту, в другую — избыток раствора NaOH. Амфотерный Zn(OH)2 растворяется в обеих пробирках, основный Mg(OH)2 — только в кислоте.
Оцените урок:
