Условие
Осадок Zn(OH)₂ растворяется и при добавлении соляной кислоты, и при добавлении избытка щёлочи NaOH. А похожий по виду осадок Mg(OH)₂ растворяется только в кислоте. Объясни эту разницу и укажи, что образуется в каждом случае.
Что известно и что ищем
- Известны два похожих по внешнему виду осадка и их поведение в кислоте и щёлочи.
- Ищем объяснение через строение атома цинка и магния, а не через заучивание списка амфотерных веществ.
- Отдельно формулируем, когда гидроксид амфотерен.
Ход решения
- Шаг 1. Разбираем, что происходит в кислоте. Кислота даёт ионы водорода H⁺, а оба гидроксида содержат группу OH. Идёт обычная реакция обмена: образуются соль и вода, осадок исчезает. Это происходит и с Zn(OH)₂, и с Mg(OH)₂ — в этом они одинаковы.
- Шаг 2. Переходим к щёлочи. Щёлочь даёт ионы OH⁻, и реагировать с ними гидроксид металла «не обязан». Здесь и появляется разница: Zn(OH)₂ растворяется, Mg(OH)₂ — нет.
- Шаг 3. Объясняем причину через строение атома. У цинка валентные электроны включают d-электроны предвнешнего уровня, поэтому он может проявлять свойства и металла, и неметалла. У магния валентные электроны только на третьем уровне, и он ведёт себя как типичный металл без «второй профессии». Амфотерность — не каприз природы, а следствие электронного строения.
- Шаг 4. Показываем, что получается при растворении в щёлочи. Амфотерный гидроксид ведёт себя как кислота: он отдаёт ионы водорода и присоединяет гидроксогруппы. Образуется растворимая соль, где цинк входит в состав комплексного иона, — тетрагидроксоцинкат натрия Na₂[Zn(OH)₄]. Записывать это соединение в 10 классе нужно уметь, но выводить формулу заново не требуется: достаточно знать, что цинк перешёл в раствор в виде гидроксокомплекса.
- Шаг 5. Проверяем логику на третьем примере. Гидроксид алюминия Al(OH)₃ тоже амфотерен: алюминий стоит рядом с границей, за которой начинаются неметаллы. А гидроксид натрия NaOH — щёлочь и амфотерным быть не может: натрий — металл первой группы, никакой «неметаллической» химии от него ждать не приходится.
- Шаг 6. Формулируем практическое правило. Если формула гидроксида встречается и в ряду оснований, и в ряду кислот — он амфотерен. Проверить это можно не по таблице, а по элементу: амфотерны гидроксиды элементов, стоящих у границы металлов и неметаллов (Zn, Al, Be, Cr(III), Fe(III)).
Проверь себя
- Ответ: Zn(OH)₂ амфотерен, поэтому растворяется и в кислоте (с образованием соли цинка и воды), и в избытке щёлочи (с образованием гидроксокомплекса); Mg(OH)₂ — обычное нерастворимое основание, с щёлочью не реагирует.
- Проверка вывода: сравнение с Al(OH)₃ подтверждает правило. Если элемент стоит у границы металлов и неметаллов, его гидроксид ведёт себя двояко; если элемент — типичный металл первой или второй группы, амфотерности нет.
- Ловушка: писать, что Zn(OH)₂ «реагирует со всем, поэтому и со щёлочью». Он реагирует со щёлочью потому, что может выступать в роли кислоты. С растворимой солью, например с NaCl, он не прореагирует: осадка, газа или воды не образуется.
Как объяснить ребёнку
«Гидроксид цинка — как двуязычный человек: с кислотой говорит «на языке основания», со щёлочью — «на языке кислоты», поэтому его понимают обе стороны. Гидроксид магния знает только один язык: с кислотой разговаривает, а щёлочь для него — чужой. Происходит это не из вредности, а от того, как устроены электроны в атоме».
Тема для отчёта родителю
«Амфотерные гидроксиды: почему цинк растворяется в щёлочи, а магний — нет».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.