Особенности взаимодействия кислых солей со щелочами.

Достаточно часто возникают затруднения при записи реакций кислых солей со щелочами. Ниже рассмотрим основные закономерности подобных взаимодействий. Под кислыми солями подразумеваем соли, в которых остались атомы водорода, способные к замещению на катионы металлов или аммония. Отсюда первый вывод: при добавлении щелочи водород в составе «кислого» аниона будет замещаться с образованием среднего аниона. По такой схеме будут идти простейшие примеры 1) и 2):

1) NaHCO₃ + NaOH = Na₂CO₃ + H₂O
Na⁺ + HCO₃⁻ + Na⁺ + OH⁻ = 2Na⁺ + CO₃^2- + H₂O
HCO₃⁻ + OH⁻ = CO₃^2- + H₂O

2) LiHS + LiOH = Li₂S + H₂O
Li⁺ + HS⁻ + Li⁺ + OH⁻ = 2Li⁺ + S^2- + H₂O
HS⁻ + OH⁻ = S^2- + H₂O

При рассмотрении солей фосфорной кислоты будут возникать дополнительные варианты за счет образования двух видов кислых солей: гидрофосфатов и дигидрофосфатов. Тут следует обращать внимание на избыток/недостаток соли, либо щелочи. Сравните примеры 3) и 4):

3) NaH₂PO₄(изб.) + NaOH = Na₂HPO₄ + H₂O
Na⁺ + H₂PO₄⁻ + Na⁺ + OH⁻ = 2Na⁺ + HPO₄^2- + H₂O
H₂PO₄⁻ + OH⁻ = HPO₄^2- + H₂O

Щелочи в примере 3) мало, не хватает для полного замещения атомов водорода в кислой соли.

4) NaH₂PO₄ + 2NaOH(изб.) = Na₃PO₄ + 2H₂O
Na⁺ + H₂PO₄⁻ + 2Na⁺ + 2OH⁻ = 3Na⁺ + PO₄^3- + 2H₂O
H₂PO₄⁻ + 2OH⁻ = PO₄^3- + 2H₂O

В примере 4) щелочи много, заместит все возможные атомы водорода в кислой соли.

Значительно больше сложностей возникает при взаимодействии кислой соли и щелочи с разными катионами. Здесь все так же сперва происходит превращение кислого аниона в средний, а далее возможен обмен катионами. Влиять на такой обмен будет природа катионов, растворимость соответствующих средних солей, а также избыток/недостаток соли, либо щелочи. Рассмотрим возможные комбинации для солей двухосновной кислоты, например, угольной:

5) 2KHCO₃(изб.) + Ba(OH)₂ = K₂CO₃ + BaCO₃ + 2H₂O
2K⁺ + 2HCO₃⁻ + Ba²⁺ + 2OH⁻ = 2K⁺ + CO₃^2- + BaCO₃ + 2H₂O
2HCO₃⁻ + Ba²⁺ + 2OH⁻ = CO₃^2- + BaCO₃ + 2H₂O

В описании задания случай 5) можно охарактеризовать фразой «в образовавшемся растворе практически отсутствовали гидроксид-ионы», что вполне понятно из ионного уравнения.

6) KHCO₃ + Ba(OH)₂(изб.) = KOH + BaCO₃ + H₂O
K⁺ + HCO₃⁻ + Ba²⁺ + 2OH⁻ = K⁺ + OH⁻ + BaCO₃ + H₂O
HCO₃⁻ + Ba²⁺ + OH⁻ = BaCO₃ + H₂O

Для случая 6) можно записать «в образовавшемся растворе практически отсутствовали карбонат-ионы», что вполне понятно, поскольку они полностью перешли в состав осадка карбоната бария.

Различие в примерах 5) и 6) легко понять, если представить, что карбонат калия, образовавшийся на первой стадии, может далее вступить в обмен с избытком гидроксида бария.

Теперь давайте поменяем местами исходные катионы и убедимся, что тогда реакция может пойти единственным образом:

7) Ba(HCO₃)₂ + 2KOH = K₂CO₃ + BaCO₃ + 2H₂O
Ba²⁺ + 2HCO₃⁻ + 2K⁺ + 2OH⁻ = 2K⁺ + CO₃^2- + BaCO₃ + 2H₂O
2HCO₃⁻ + Ba²⁺ + 2OH⁻ = CO₃^2- + BaCO₃ + 2H₂O

Почему невозможен вариант с получением гидроксида бария по аналогии со случаем 6)? Потому что карбонат бария уже является осадком и в дальнейшее взаимодействие с гидроксидом калия не вступает:

BaCO₃ + KOH – нет реакции

Схожие рассуждения можно применить и для реакций с участием трехосновной фосфорной кислоты. Там так же будет больше вариантов протекания, если исходим из соли щелочного металла и щелочи, содержащей щелочноземельный металл:

8) 6Cs₂HPO₄(изб.) + 3Ca(OH)₂ = 4Cs₃PO₄ + Ca₃(PO₄)₂ + 6H₂O
12Cs⁺ + 6HPO₄^2- + 3Ca²⁺ + 6OH⁻ = 12Cs⁺ + 4PO₄^3- + Ca₃(PO₄)₂ + 6H₂O
6HPO₄^2- + 3Ca²⁺ + 6OH⁻ = 4PO₄^3- + Ca₃(PO₄)₂ + 6H₂O

Вариант 8) с образованием двух солей, по формулировке «в образовавшемся растворе практически отсутствовали гидроксид-ионы». Гидроксида кальция добавили мало, связать все фосфат-ионы в осадок не смог.

9) 2Cs₂HPO₄ + 3Ca(OH)₂(изб.) = 4CsOH + Ca₃(PO₄)₂ + 2H₂O
4Cs⁺ + 2HPO₄^2- + 3Ca²⁺ + 6OH⁻ = 4Cs⁺ + 4OH⁻ + Ca₃(PO₄)₂ + 2H₂O
2HPO₄^2- + 3Ca²⁺ + 2OH⁻ = Ca₃(PO₄)₂ + 2H₂O

Вариант 9) с образованием соли и щелочи, по формулировке «в образовавшемся растворе практически отсутствовали фосфат-ионы». Гидроксида кальция взяли много, все фосфат-ионы перешли в осадок.

Если взять изначально соль щелочноземельного металла и гидроксид щелочного, то вариант будет только один:

10) 3CaHPO₄ + 3CsOH(изб.) = Cs₃PO₄ + Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂O
3CaHPO₄ + 3 Cs⁺ + 3OH⁻ = 3Cs⁺ + PO₄^3- + Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂O
3CaHPO₄ + 3OH⁻ = PO₄^3- + Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂O

Причина отсутствия гидроксида кальция в продуктах по аналогии с пунктом 7) – нерастворимость промежуточно образовавшегося фосфата кальция и отсутствие обмена с ним:

Ca₃(PO₄)₂ + CsOH – нет реакции

Реакции с дигидрофосфатами будут идти по аналогичным схемам и приводить к двум солям, либо соли и щелочи. Рассмотрим два примера из числа возможных:

11) 2KH₂PO₄ + 3Sr(OH)₂(изб.) = Sr₃(PO₄)₂ + 2KOH + 4H₂O
2K⁺ + 2H₂PO₄⁻ + 3Sr²⁺ + 6OH⁻ = Sr₃(PO₄)₂ + 2K⁺ + 2OH⁻ + 4H₂O
2H₂PO₄⁻ + 3Sr²⁺ + 4OH⁻ = Sr₃(PO₄)₂ + 4H₂O

Весь фосфат перешел в осадок.

12) 3Sr(H₂PO₄)₂ + 12KOH(изб.) = Sr₃(PO₄)₂ + 4K₃PO₄ + 12H₂O
3Sr²⁺ + 6H₂PO₄⁻ + 12K⁺ + 12OH⁻ = Sr₃(PO₄)₂ + 12K⁺ + 4PO₄^3- + 12H₂O
3Sr²⁺ + 6H₂PO₄⁻ + 12OH⁻ = Sr₃(PO₄)₂ + 4PO₄^3- + 12H₂O