Оксиды и гидроксиды щелочных металлов

Получение оксидов ЩМ

Оксиды ЩМ (кроме лития) получают исключительно косвенными методами: взаимодействием натрия с окислителями в расплаве:

1. Оксид натрия получают при взаимодействии натрия с нитратом натрия в расплаве:

10Na  +  2NaNO3 →  6Na2O  +  N2

2. С помощью реакции натрия с пероксидом натрия:

2Na  +  Na2O2 →  2Na2O

3. С помощью реакции натрия с расплавом щелочи:

2Na  +  2NaOН → 2Na2O  +  Н2

4. Оксид лития синтезируют разложением гидроксида лития:

2LiOН → Li2O  +  Н2O

Химические свойства оксидов ЩМ

ЩМ образуют основные оксиды, которые способны вступать в реакции с кислотными и амфотерными оксидами, кислотами и водой.

1. Оксиды ЩМ легко вступают в реакции с кислотными и амфотерными оксидами:

3Na2O  +  P2O5  → 2Na3PO4

Na2O  +  Al2O3  → 2NaAlO2

2. Оксиды ЩМ взаимодействуют с кислотами с образованием средних и кислых солей:

K2O  +  2HCl →  2KCl  +  H2O

3. Оксиды ЩМ активно взаимодействуют с водой с образованием щелочей:

Li2O  +  H2O →  2LiOH

4. Оксиды ЩМ окисляются кислородом (кроме оксида лития): оксид натрия — до пероксида, оксиды калия, рубидия и цезия – до надпероксида. 2Na2O + O2 = 2Na2O2

Получение гидроксидов ЩМ

1. Гидроксиды ЩМ или щелочи получают в результате электролиза растворов хлоридов щелочных металлов:

2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2

2. С помощью реакции ЩМ, их оксидов, пероксидов и гидридов с водой:

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2

Na2O + H2O → 2NaOH

2NaH + 2H2O → 2NaOH + H2

Na2O2 + H2O → 2NaOH + H2O2

3. Карбонаты и сульфаты реагируют с гидроксидом кальция или бария с образованием щелочи:

K2CO3 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + 2KOH

Химические свойства гидроксидов ЩМ

1. Гидроксиды ЩМ вступают в химические реакции со всеми кислотами, образуя в зависимости от соотношения реагирующих веществ средние или кислые соли. Так продуктами реакции между гидроксидом калия и фосфорной кислотой могут быть фосфаты, гидрофосфаты или дигидрофосфаты:

3KOH + H3PO4 → K3PO4 + H2O

2KOH + H3PO4 → K2HPO4 + 2H2O

KOH + H3PO4 → KH2PO4 + H2O

2. Гидроксиды ЩМ с кислотными оксидами образуют средние или кислые соли, в зависимости от соотношения количеств веществ, вступающих в реакцию.

Гидроксид натрия  взаимодействует с углекислым газом, образуя при этом  карбонаты (при избытке щелочи) илигидрокарбонаты (при избытке углекислого газа):

2NaOH(избыток)  + CO2 → Na2CO3 + H2O

NaOH + CO2(избыток)  → NaHCO3

Оксид азота IV имеет промежуточную степень окисления, поэтому в ходе реакции может образовать как азотную, так и азотистую кислоты.

2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2  + H2O

2KOH + 2NO2 + O2 = 2KNO3 + H2O

3. Гидроксиды щелочных металлов вступают во взаимодействие с амфотерными оксидами и гидроксидами. При этом в расплаве будут образовываться средние соли, а в растворе — комплексные соли.

Например, гидроксид натрия  с оксидом алюминия реагирует в расплаве с образованием алюминатов:

2NaOH + Al2O3  → 2NaAlO2 + H2O

в растворе образуется комплексная соль — тетрагидроксоалюминат:

2NaOH + Al2O3 + 3H2O → 2Na[Al(OH)4]

Гидроксид натрия с гидроксидом алюминия в расплаве реагирует с образованием комплексной соли, называемой. тетрагидроксоалюминатом натрия:

NaOH + Al(OH)3 → Na[Al(OH)4]

4. Щелочи способны реагировать с кислыми солями с образованием средних солей. Так если к гидроксиду калия  прибавить его же гидрокарбонат, то получим карбонат калия:

KOH + KHCO3 →  K2CO3  +  H2O

5. Гидроксиды ЩМ, как и сами щелочные металлы, реагируют с большим числом простых неметаллов, за исключением инертных газов, азота, кислорода, водорода и углерода.

Кремний окисляется щелочами до силиката и водорода:

2NaOH + Si + H2O → Na2SiO3 + H2

Фтор окисляет щелочи с выделением кислорода:

4NaOH + 2F2 → 4NaF + O2 (OF2)+ 2H2O

Галогены (хлор, бром, йод), сера и фосфор диспропорционируют в щелочах:

3KOH +  P4 +  3H2O =  3KH2PO2  +  PH3

2KOH(холодный)  +  Cl2  = KClO  +  KCl  +  H2O

6KOH(горячий)  +  3Cl2  =  KClO3  +  5KCl  +  3H2O

Сера реагирует с гидроксидами ЩМ только при нагревании:

6NaOH  +  3S  =  2Na2S   +  Na2SO3  +  3H2O

6. Щелочи способны реагировать с амфотерными металлами, за исключением железа и хрома. В расплаве образуется соль и выделяется водород:

2KOH + Zn → K2ZnO2 + H2

В растворе при взаимодействии алюминия или цинка образуется комплексная соль и выделяется водород:

2NaOH + 2Al  + 6Н2О = 2Na[Al(OH)4] + 3Н2

7. Щелочи реагируют с солями тяжелых металлов. Хлорид меди (II) взаимодействует с гидроксидом натрия. В качестве продуктов реакции мы получаем хлорид натрия и голубой осадок гидроксида меди (II):

2NaOH + CuCl2 = Cu(OH)2↓+ 2NaCl

Гидроксиды ЩМ взаимодействуют с солями аммония. Так из хлорид аммония и гидроксида натрия получают новую соль хлорид натрия, аммиак и вода:

NH4Cl + NaOH = NH3 + H2O + NaCl

8. Гидроксиды щелочных металлов способны плавиться без разложения, однако один гидроксид лития разлагается при температуре около 600°С с образованием оксида лития:

2LiOH → Li2O + H2O

9. Все гидроксиды щелочных металлов проявляют свойства сильных оснований. В воде диссоциируют почти целиком, что приводит к образованию щелочной среды (изменяется окраска кислотно-основного индикатора).

NaOH ⇄ Na+ + OH

10. Гидроксиды щелочных металлов в расплаве подвергаются электролизу. На катоде восстанавливается сам металл, а на аноде выделяется молекулярный кислород: 4NaOH → 4Na + O2 + 2H2O