45 min

Metody otrzymywania wodorotlenków o charakterze zasadowym

Metody otrzymywania rozpuszczalnych i nierozpuszczalnych wodorotlenków oraz wody amoniakalnej.

Teoria

Metody otrzymywania wodorotlenków o charakterze zasadowym

Ten blok warto podzielić według rozpuszczalności produktu. Najpierw są metody otrzymywania rozpuszczalnych wodorotlenków metali, następnie metody strąceniowe dla wodorotlenków nierozpuszczalnych, a na końcu woda amoniakalna.

Ściśle mówiąc, zasada to wodny roztwór rozpuszczalnego wodorotlenku. Dlatego w równaniach będziemy otrzymywać wodorotlenki, a w roztworze powstają zasady.

Wodorotlenki rozpuszczalne w wodzie: reakcja aktywnego metalu z wodą

Schemat 1

aktywny metal + woda → wodorotlenek + wodór↑

Przykłady

1. 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑

2. Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑

Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje

W ten sposób reagują przede wszystkim metale 1. grupy oraz Ca, Sr i Ba.
Reakcje litowców są gwałtowne; potas, rubid i cez reagują szczególnie energicznie.

Wodorotlenki rozpuszczalne w wodzie: reakcja tlenku zasadowego z wodą

Schemat 1

tlenek zasadowy + woda → wodorotlenek

Przykłady

1. Na₂O + H₂O → 2NaOH

2. CaO + H₂O → Ca(OH)₂

Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje

Metoda dotyczy głównie tlenków metali 1. grupy oraz Ca, Sr i Ba.
Reakcja CaO z wodą jest gaszeniem wapna i przebiega egzotermicznie.

Wodorotlenki rozpuszczalne w wodzie: reakcja wodorku jonowego z wodą

Schemat 1

wodorek metalu + woda → wodorotlenek + wodór↑

Przykłady

1. NaH + H₂O → NaOH + H₂↑

2. CaH₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + 2H₂↑

Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje

Wodorki jonowe tworzą przede wszystkim metale 1. i 2. grupy.
Jon wodorkowy H⁻ bardzo silnie reaguje z wodą, dlatego reakcja wymaga ostrożności.

Wodorotlenki rozpuszczalne w wodzie: reakcja nadtlenku metalu z wodą

Schemat 1

nadtlenek metalu + woda → wodorotlenek + tlen↑

Przykład 1

2Na₂O₂ + 2H₂O → 4NaOH + O₂↑

Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje

To metoda charakterystyczna między innymi dla nadtlenku sodu.
Nie należy przenosić tego schematu automatycznie na każdy nadtlenek.

Wodorotlenki rozpuszczalne w wodzie: elektroliza wodnego roztworu chlorku sodu

Schemat 1

chlorek metalu aktywnego + woda → wodorotlenek + wodór + chlor

Przykład 1

2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑

Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje

Jest to przemysłowa metoda otrzymywania NaOH.
Stosuje się membranę lub przeponę, aby produkty reakcji nie mieszały się ze sobą: chlor mógłby reagować z powstającym NaOH.
Metody otrzymywania rozpuszczalnych i nierozpuszczalnych wodorotlenków wynikają przede wszystkim z ich rozpuszczalności oraz miejsca metalu w układzie okresowym.

Wodorotlenki nierozpuszczalne w wodzie: reakcja strąceniowa z mocną zasadą

Schemat 1

rozpuszczalna sól metalu + rozpuszczalna zasada → nierozpuszczalny wodorotlenek↓ + rozpuszczalna sól

Przykłady

1. FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3NaCl

2. CuSO₄ + 2KOH → Cu(OH)₂↓ + K₂SO₄

Schemat 2

schemat jonowy skrócony

Przykład 2

Mⁿ⁺ + nOH⁻ → M(OH)ₙ↓

Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje

Oba substraty muszą dostarczać jonów w roztworze, więc wybieramy dobrze rozpuszczalną sól metalu i dobrze rozpuszczalną zasadę, najczęściej NaOH albo KOH.
Przed zapisaniem równania sprawdź tablicę rozpuszczalności.

Wodorotlenki nierozpuszczalne w wodzie: reakcja strąceniowa z wodą amoniakalną

Schemat 1

Mⁿ⁺ + nNH₃ + nH₂O → M(OH)ₙ↓ + nNH₄⁺

Przykład 1

Fe³⁺ + 3NH₃ + 3H₂O → Fe(OH)₃↓ + 3NH₄⁺

Schemat 2

schemat jonowy skrócony

Przykład 2

Mⁿ⁺ + nNH₃ + nH₂O → M(OH)ₙ↓ + nNH₄⁺

Schemat 3

przykład

Przykład 3

Fe³⁺ + 3NH₃ + 3H₂O → Fe(OH)₃↓ + 3NH₄⁺

Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje

Amoniak jest słabą zasadą, ale w wodzie tworzy jony OH⁻, które mogą wytrącać osad wodorotlenku.
Trzeba uważać na nadmiar amoniaku: niektóre kationy, zwłaszcza Cu²⁺, Zn²⁺ i Ag⁺, mogą tworzyć z nim rozpuszczalne kompleksy zamiast trwałego osadu.

Woda amoniakalna: rozpuszczanie amoniaku w wodzie

Schemat 1

NH₃ + H₂O ⇄ NH₄⁺ + OH⁻

Przykład 1

NH₃ + H₂O ⇄ NH₄⁺ + OH⁻

Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje

Nie zapisujemy trwałego, wyizolowanego związku NH₄OH. Poprawna nazwa to woda amoniakalna lub wodny roztwór amoniaku.
To właśnie ta równowaga odpowiada za właściwości zasadowe roztworu amoniaku.

Woda amoniakalna: otrzymywanie amoniaku z soli amonowej i mocnej zasady

Schemat 1

sól amonowa + mocna zasada → amoniak↑ + sól + woda

Przykład 1

NH₄Cl + NaOH → NH₃↑ + NaCl + H₂O

Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje

W laboratorium otrzymany amoniak rozpuszcza się następnie w wodzie.
Reakcję zwykle prowadzi się z ogrzewaniem.

Woda amoniakalna: przemysłowa synteza amoniaku i jego rozpuszczanie

Schemat 1

N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃

Przykład 1

N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃

Schemat 2

synteza amoniaku

Przykład 2

N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃

Schemat 3

powstawanie wody amoniakalnej

Przykład 3

NH₃ + H₂O ⇄ NH₄⁺ + OH⁻

Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje

Synteza amoniaku przebiega w wysokim ciśnieniu i temperaturze, na katalizatorze żelazowym. Jest to proces Habera-Boscha.
Następnie amoniak można rozpuścić w wodzie, otrzymując wodę amoniakalną.