Otrzymywanie soli i amfoteryczność

Jak myśleć o tym temacie

Sole można otrzymać na wiele sposobów, ale nie trzeba uczyć się ich jak listy zaklęć. Wszystkie opierają się na jednym pomyśle: metal (albo coś, co metal zawiera) spotyka się z resztą kwasową (albo z czymś, co ją zawiera).

Dlatego każdą metodę da się zapisać w tej samej postaci: substrat dający metal + substrat dający resztę → sól + coś jeszcze.

Siedem sposobów otrzymywania soli

Sposób Schemat Przykład
1 metal + kwas → sól + wodór Mg + 2 HCl → MgCl₂ + H₂↑
2 tlenek metalu + kwas → sól + woda CuO + 2 HCl → CuCl₂ + H₂O
3 wodorotlenek + kwas → sól + woda NaOH + HCl → NaCl + H₂O
4 metal + niemetal → sól Fe + S → FeS
5 tlenek metalu + tlenek niemetalu → sól CaO + CO₂ → CaCO₃
6 wodorotlenek + tlenek niemetalu → sól + woda Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O
7 metal aktywniejszy + sól → nowa sól + metal Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

Warto znać jeszcze jedną, ósmą drogę: reakcje wymiany między solą a kwasem, zasadą lub inną solą. Zachodzą wtedy, gdy powstaje osad albo gaz:

AgNO₃ + NaCl → AgCl↓ + NaNO₃ CuSO₄ + 2 NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄ Na₂CO₃ + 2 HCl → 2 NaCl + H₂O + CO₂↑

Strzałka w dół oznacza osad, strzałka w górę — wydzielający się gaz.

Trzy metody, które warto znać najlepiej

Metal + kwas

To reakcja, przy której wydziela się wodór — widać bąbelki gazu.

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑

Ale nie każdy metal zadziała. Decyduje szereg aktywności metali:

K · Na · Ca · Mg · Al · Zn · Fe · (H) · Cu · Ag · Au

Zasada jest prosta: tylko metale stojące przed wodorem wypierają go z kwasów. Dlatego cynk rozpuszcza się w kwasie solnym, a miedź nie — miedź stoi za wodorem.

Zobojętnianie

Reakcja kwasu z wodorotlenkiem. Nazwa bierze się stąd, że kwas i zasada wzajemnie znoszą swoje działanie — powstaje sól i woda, a roztwór staje się obojętny.

2 NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2 H₂O

To właśnie dzieje się, gdy bierzemy sodę oczyszczoną na zgagę albo neutralizujemy rozlany kwas.

Metal wypiera metal

Metal aktywniejszy wypiera ze soli metal mniej aktywny — czyli ten, który stoi dalej w szeregu aktywności.

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

Gwóźdź włożony do niebieskiego roztworu siarczanu(VI) miedzi(II) pokrywa się warstwą miedzi, a roztwór blednie. Reakcja odwrotna — miedź w roztworze soli żelaza — nie zajdzie.

Amfoteryczność

Dotąd świat dzielił się prosto: tlenki i wodorotlenki metali są zasadowe, tlenki niemetali są kwasowe. Ale niektóre związki nie mieszczą się w żadnej z tych szufladek.

Substancja amfoteryczna to taka, która reaguje zarówno z kwasami, jak i z zasadami.

Słowo pochodzi z greki i znaczy mniej więcej „obojnaki” — zachowuje się raz tak, raz tak, zależnie od tego, z czym się zetknie.

Najważniejsze przykłady, które trzeba znać:

Tlenki amfoteryczne Wodorotlenki amfoteryczne
Al₂O₃, ZnO Al(OH)₃, Zn(OH)₂

(Amfoteryczne są też m.in. Cr₂O₃, PbO i ich wodorotlenki, ale w zadaniach szkolnych królują glin i cynk.)

Jak to wygląda w równaniach

Wodorotlenek glinu z kwasem — zachowuje się jak zwykła zasada, powstaje sól i woda:

Al(OH)₃ + 3 HCl → AlCl₃ + 3 H₂O

Wodorotlenek glinu z zasadą — zachowuje się jak kwas, powstaje sól zwana glinianem:

Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2 H₂O

To samo z cynkiem:

Zn(OH)₂ + 2 HCl → ZnCl₂ + 2 H₂O Zn(OH)₂ + 2 NaOH → Na₂ZnO₂ + 2 H₂O

Sole powstające w drugim przypadku mają własne nazwy: NaAlO₂ to glinian sodu, a Na₂ZnO₂ to cynkan sodu.

Tlenki amfoteryczne zachowują się tak samo:

Al₂O₃ + 6 HCl → 2 AlCl₃ + 3 H₂O Al₂O₃ + 2 NaOH → 2 NaAlO₂ + H₂O

Doświadczenie, które to pokazuje

Do roztworu chlorku glinu dodajemy powoli wodorotlenek sodu. Wytrąca się biały, kłaczkowaty osad:

AlCl₃ + 3 NaOH → Al(OH)₃↓ + 3 NaCl

Gdy jednak dolejemy nadmiar wodorotlenku sodu, osad zaczyna znikać — rozpuszcza się:

Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2 H₂O

Ten znikający osad to najprostszy dowód amfoteryczności. Zwykły wodorotlenek, na przykład Mg(OH)₂, w nadmiarze zasady pozostałby nietknięty.

Przykłady rozwiązane krok po kroku

Przykład 1 — dobór metody

Zaproponuj dwa sposoby otrzymania siarczanu(VI) magnezu MgSO₄.

Sól zawiera magnez i resztę SO₄, więc potrzebujemy czegoś z magnezem i czegoś z tą resztą. Reszta SO₄ pochodzi od kwasu siarkowego(VI).

Sposób 1 — metal + kwas: Mg + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂↑ Sposób 2 — tlenek metalu + kwas: MgO + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂O

Przykład 2 — czy reakcja zajdzie

Czy miedź rozpuści się w kwasie solnym?

Sprawdzamy szereg aktywności. Miedź stoi za wodorem, więc nie wypiera go z kwasów. Odpowiedź: nie, reakcja nie zajdzie.

Przykład 3 — wypieranie metalu

Czy zajdzie reakcja: Zn + CuCl₂?

Cynk stoi w szeregu aktywności przed miedzią, więc jest aktywniejszy i wypiera ją z soli. Odpowiedź: tak. Zn + CuCl₂ → ZnCl₂ + Cu

Przykład 4 — amfoteryczność

Wodorotlenek cynku wsypano do dwóch probówek: z kwasem solnym i z wodorotlenkiem sodu. Co zaobserwujemy?

W obu probówkach osad się rozpuści — to właśnie znaczy, że Zn(OH)₂ jest amfoteryczny. Z kwasem: Zn(OH)₂ + 2 HCl → ZnCl₂ + 2 H₂O Z zasadą: Zn(OH)₂ + 2 NaOH → Na₂ZnO₂ + 2 H₂O

Trzy najczęstsze błędy

Zakładanie, że każdy metal reaguje z kwasem. Miedź, srebro i złoto stoją za wodorem i z kwasem solnym nie zareagują.

Mylenie amfoteryczności z rozpuszczalnością. Amfoteryczny osad rozpuszcza się w kwasie i w zasadzie. Sam fakt, że coś się rozpuściło w kwasie, jeszcze o niczym nie świadczy.

Zapominanie o wodzie po prawej stronie. W reakcji tlenku lub wodorotlenku z kwasem zawsze powstaje woda — sama sól to za mało.

Sprawdź się

  1. Zapisz równanie reakcji tlenku wapnia z kwasem solnym.
  2. Czy srebro wypiera wodór z kwasu siarkowego(VI)? Uzasadnij.
  3. Który z wodorotlenków jest amfoteryczny: NaOH czy Al(OH)₃?
  4. Co się stanie z osadem Al(OH)₃ po dodaniu nadmiaru NaOH?

Rozwiązania. (1) CaO + 2 HCl → CaCl₂ + H₂O — tlenek metalu z kwasem daje sól i wodę. (2) Nie, srebro stoi w szeregu aktywności za wodorem, więc go nie wypiera. (3) Al(OH)₃ — reaguje i z kwasami, i z zasadami. NaOH to typowa zasada. (4) Rozpuści się, tworząc glinian sodu: Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2 H₂O.

Do zapamiętania

  • Każda metoda otrzymywania soli łączy źródło metalu ze źródłem reszty kwasowej.
  • Metal wypiera wodór z kwasu tylko wtedy, gdy stoi przed nim w szeregu aktywności.
  • Zobojętnianie to reakcja kwasu z wodorotlenkiem — powstaje sól i woda.
  • Metal aktywniejszy wypiera z soli metal mniej aktywny.
  • Substancje amfoteryczne (Al₂O₃, ZnO, Al(OH)₃, Zn(OH)₂) reagują zarówno z kwasami, jak i z zasadami.