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 + 2NaOH → 2Na₂O + H₂↑

4. Оксид лития синтезируют разложением гидроксида лития:

2LiOH → Li₂O + H₂O

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) или гидрокарбонаты (при избытке углекислого газа):

2NaOH_{(избыток)} + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O

NaOH + CO_{2(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 + 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 + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂

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 хлорида аммония и гидроксида натрия получают новую соль хлорид натрия, аммиак и воду:

NH₄Cl + NaOH → NH₃ + H₂O + NaCl

8. Гидроксиды щелочных металлов способны плавиться без разложения, однако 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