Перейти до основного вмісту
Каталог

Амфотерні оксиди й гідроксиди Цинку та Алюмінію

~20 хв · 9 розділів · 10 тестових запитань

Класи неорганічних сполук
Хімія НМТ

Частина кар’єрної траєкторії Підготовка до НМТ 2027: Хімія — повний курс.

Амфотерні оксиди (ZnO, Al₂O₃) і гідроксиди (Zn(OH)₂, Al(OH)₃) реагують і з кислотами, і з лугами. Ти навчишся складати рівняння цих реакцій у розчині та під час сплавляння, добувати амфотерні гідроксиди із солей і прогнозувати розчинення осаду в надлишку лугу. На НМТ це знадобиться, зокрема, у завданні з двома твердженнями: де Алюміній входить до катіона чи аніона і з чим реагує Al₂O₃.

Амфотерність: основні й кислотні властивості в одній речовині

Амфотерність — це здатність хімічної сполуки виявляти основні властивості в реакціях із кислотами й кислотні властивості в реакціях із лугами. Слово походить від грецького «амфотерос» — «і той, і другий». Програма НМТ вимагає складати рівняння реакцій для оксидів і гідроксидів Цинку (ZnO, Zn(OH)₂) і Алюмінію (Al₂O₃, Al(OH)₃). Амфотерні також BeO, Cr₂O₃, PbO та відповідні гідроксиди — їх варто вміти впізнати, хоча рівнянь для них програма не вимагає.

Фізичні властивості

ZnO й Al₂O₃ — білі тверді речовини, нерозчинні у воді. Вони не реагують із водою, тому з них не можна «приготувати» гідроксиди простим додаванням H₂O. Zn(OH)₂ і Al(OH)₃ — білі драглисті осади, які в таблиці розчинності позначені літерою «Н» (нерозчинні). Їхній драглистий вигляд — характерна ознака, яка допомагає впізнати ці сполуки в лабораторному досліді.

Формальне перегрупування формули

Щоб зрозуміти, чому солі амфотерних гідроксидів називають цинкатами й алюмінатами, запиши гідроксид у вигляді кислоти, переставивши атоми Гідрогену наперед:

  • Zn(OH)₂ ↔ H₂ZnO₂ — цинкатна кислота (аніон ZnO₂²⁻ — цинкат-іон)

  • Al(OH)₃ ↔ H₃AlO₃ — ортоалюмінатна кислота; HAlO₂ — метаалюмінатна кислота (аніон AlO₂⁻ — метаалюмінат-іон)

Важливо: це формальний прийом, який допомагає запам’ятати назви солей. У водному розчині стійких кислот H₂ZnO₂ чи H₃AlO₃ не існує. Однак саме через таке перегрупування продукти сплавляння називають цинкатами (Na₂ZnO₂) і метаалюмінатами (NaAlO₂).

Алюміній і Цинк у катіонах та аніонах

Один і той самий елемент може входити до складу різних іонів. Ступінь окиснення при цьому не змінюється, але роль у сполуці — різна:

Елемент

У катіоні (сіль)

В аніоні (комплекс або цинкат/алюмінат)

Al (+3)

AlCl₃, Al₂(SO₄)₃, Al(NO₃)₃

[Al(OH)₄]⁻ (тетрагідроксоалюмінат), AlO₂⁻ (метаалюмінат)

Zn (+2)

ZnCl₂, ZnSO₄, Zn(NO₃)₂

[Zn(OH)₄]²⁻ (тетрагідроксоцинкат), ZnO₂²⁻ (цинкат)

Наприклад, у сполуці K[Al(OH)₄] Алюміній входить до складу аніона [Al(OH)₄]⁻, а в AlCl₃ — до катіона Al³⁺. Уміння розрізняти ці форми перевіряють у завданні № 10 демоваріанта НМТ.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Реакції з кислотами й лугами в розчині

Амфотерні оксиди й гідроксиди виявляють основні властивості, реагуючи з кислотами, і кислотні властивості, реагуючи з лугами. Розгляньмо обидва випадки для розчинів.

Реакції з кислотами (основні властивості)

З кислотами амфотерні сполуки поводяться як звичайні основні оксиди або нерозчинні основи: утворюють сіль і воду.

  • ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O

  • Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O

  • Zn(OH)₂ + H₂SO₄ → ZnSO₄ + 2H₂O

  • Al(OH)₃ + 3HNO₃ → Al(NO₃)₃ + 3H₂O

Зверни увагу: у цих реакціях Алюміній і Цинк входять до складу катіона (Al³⁺, Zn²⁺). Продукти — звичайні солі, які добре розчинні у воді.

Реакції з лугами в розчині (кислотні властивості)

У розчині лугу амфотерні сполуки виявляють кислотні властивості. При цьому утворюються гідроксокомплекси — сполуки, де атом металу оточений гідроксильними групами:

  • Zn(OH)₂ + 2NaOH → Na₂[Zn(OH)₄] — натрій тетрагідроксоцинкат

  • Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄] — натрій тетрагідроксоалюмінат

  • ZnO + 2NaOH + H₂O → Na₂[Zn(OH)₄]

  • Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O → 2Na[Al(OH)₄]

Поміть: у рівняннях із ZnO й Al₂O₃ обов’язково бере участь вода. Без води гідроксокомплекси не утворюються — це ще одна відмінність від сплавляння.

Як відрізнити амфотерний гідроксид від основного

Основні гідроксиди — Mg(OH)₂, Cu(OH)₂, Fe(OH)₂ — у лугах не розчиняються. Це найпростіший спосіб розрізнити їх в одному завданні:

Гідроксид

Реакція з кислотою

Реакція з лугом

Висновок

Al(OH)₃

AlCl₃ + H₂O

Na[Al(OH)₄]

Амфотерний

Mg(OH)₂

MgCl₂ + H₂O

Не реагує

Основний

Cu(OH)₂

CuCl₂ + H₂O

Не реагує

Основний

Якщо до розчину AlCl₃ додавати NaOH краплями, спочатку випадає білий драглистий осад Al(OH)₃. Якщо продовжити додавати NaOH, осад розчиняється. З MgCl₂ осад Mg(OH)₂ не розчиняється в надлишку лугу — це ключ до розпізнавання.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Сплавляння з лугами

Якщо нагріти (сплавити) амфотерний оксид або гідроксид із твердим лугом, гідроксокомплекси не утворюються. Замість них виникають цинкати й метаалюмінати, а також виділяється вода. Умова «t» або «сплавляння» в завданні — сигнал, що треба писати саме ці продукти.

Рівняння сплавляння

  • Zn(OH)₂ + 2NaOH → Na₂ZnO₂ + 2H₂O (натрій цинкат)

  • Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2H₂O (натрій метаалюмінат)

  • ZnO + 2NaOH → Na₂ZnO₂ + H₂O

  • Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O

Порівняй два рівняння для Al(OH)₃:

Умова

Рівняння

Продукт

Розчин (кімнатна t)

Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄]

Натрій тетрагідроксоалюмінат

Сплавляння (t)

Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2H₂O

Натрій метаалюмінат + вода

Той самий реагент — різні продукти. Тому перше, що треба прочитати в умові завдання, — це слова «розчин», «сплавляння» або позначка «t». Саме вони визначають, який продукт записувати.

Назви солей

Запам’ятай назви продуктів — вони знадобляться в завданнях на відповідність:

  • Na₂ZnO₂ — натрій цинкат

  • NaAlO₂ — натрій метаалюмінат

  • K₂[Zn(OH)₄] — калій тетрагідроксоцинкат

  • K[Al(OH)₄] — калій тетрагідроксоалюмінат

Зверни увагу на заряд аніона: [Zn(OH)₄]²⁻ потребує двох катіонів Калію (K₂), а [Al(OH)₄]⁻ — лише одного (K). Це часто плутають, і саме на цьому побудовані дистрактори в тесті.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Як добувають амфотерні гідроксиди й оксиди

Амфотерні гідроксиди добувають реакцією обміну між розчинною сіллю металу й лугом. Ключова умова: луг додають без надлишку, тобто краплями, поки не випаде осад. Якщо луг узяти в надлишку, осад розчиниться.

Добування гідроксидів (луг без надлишку)

  • ZnCl₂ + 2NaOH → Zn(OH)₂↓ + 2NaCl

  • AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃↓ + 3NaCl

  • Al₂(SO₄)₃ + 6KOH → 2Al(OH)₃↓ + 3K₂SO₄

Стрілка вниз (↓) біля Zn(OH)₂ і Al(OH)₃ показує, що ці сполуки випадають в осад. Саме так їх і виділяють.

Чому луг не можна брати в надлишку

Амфотерні гідроксиди розчиняються в надлишку лугу. Якщо додати більше NaOH, ніж потрібно, осад зникає:

  • Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄] — осад розчиняється

  • Сумарно: AlCl₃ + 4NaOH → Na[Al(OH)₄] + 3NaCl

  • ZnSO₄ + 4NaOH → Na₂[Zn(OH)₄] + Na₂SO₄

Найбільше осаду Al(OH)₃ утворюється, коли співвідношення n(AlCl₃) : n(NaOH) = 1 : 3. Якщо співвідношення стає 1 : 4, осад повністю розчиняється. Це важливо пам’ятати в задачах на кількість речовини.

Добування оксидів

Оксиди ZnO й Al₂O₃ добувають термічним розкладанням відповідних гідроксидів під час нагрівання:

  • 2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O (t)

  • Zn(OH)₂ → ZnO + H₂O (t)

Оскільки оксиди не реагують із водою, зворотна реакція (Al₂O₃ + H₂O → Al(OH)₃) не відбувається — це типова помилка.

Руйнування тетрагідроксоалюмінату кислотою

Якщо на тетрагідроксоалюмінат подіяти надлишком сильної кислоти, комплекс руйнується, і Алюміній знову переходить у катіон:

Na[Al(OH)₄] + 4HCl → NaCl + AlCl₃ + 4H₂O

Це зворотний процес до утворення комплексу — чотири молекули кислоти нейтралізують чотири гідроксильні групи.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Розбираємо завдання

Розгляньмо чотири типові завдання НМТ на тему амфотерних сполук. Кожне розібране покроково.

Приклад 1. Продукт взаємодії Al(OH)₃ з надлишком розчину NaOH

Завдання: Укажи продукт взаємодії алюміній гідроксиду з надлишком розчину натрій гідроксиду.

Розв’язання: Al(OH)₃ — амфотерний гідроксид. У розчині лугу (не сплавляння!) він утворює гідроксокомплекс. Оскільки NaOH у надлишку, осад Al(OH)₃ повністю розчиняється. Рівняння: Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄]. Продукт — натрій тетрагідроксоалюмінат.

Відповідь: Na[Al(OH)₄].

Чому інші варіанти неправильні:

  • NaAlO₂ і H₂O — це продукти сплавляння, а в умові сказано «розчин».

  • Al₂O₃ — оксид, який утворюється під час нагрівання гідроксиду, а не від дії лугу.

  • «Реакція не відбувається» — помилка, бо Al(OH)₃ реагує з лугом.

Приклад 2. Логічні пари: реагенти й умови → продукти

Завдання: Установи відповідність між реагентами (1–3) і продуктами реакції (А–Д).

Реагенти й умови

Продукти

1. ZnO + NaOH (сплавляння)

А. Na₂ZnO₂ і H₂O

2. Zn(OH)₂ + NaOH (розчин)

Б. Na₂[Zn(OH)₄]

3. Zn(OH)₂ + HCl

В. ZnCl₂ і H₂O

Г. ZnO і H₂O (зайва)

Д. ZnCl₂ і H₂ (зайва)

Розв’язання:

  • 1 → А: сплавляння ZnO з NaOH дає цинкат і воду — Na₂ZnO₂ + H₂O.

  • 2 → Б: у розчині Zn(OH)₂ з NaOH утворює тетрагідроксоцинкат — Na₂[Zn(OH)₄].

  • 3 → В: Zn(OH)₂ з HCl — реакція нейтралізації, продукти ZnCl₂ + H₂O.

Відповідь: 1–А, 2–Б, 3–В. Варіанти Г і Д зайві.

Приклад 3. Два твердження

Завдання: Оціни правильність двох тверджень.

I. У сполуці K[Al(OH)₄] Алюміній входить до складу катіона.

II. ZnO реагує з розчином NaOH.

Розв’язання: I — неправильне. У K[Al(OH)₄] Алюміній входить до складу аніона [Al(OH)₄]⁻, а катіоном є K⁺. II — правильне. ZnO — амфотерний оксид, у розчині лугу він реагує з утворенням Na₂[Zn(OH)₄] (за участю води).

Відповідь: правильне лише II.

Приклад 4. Розпізнавання розчинів

Завдання: Яким реагентом можна розрізнити розчини AlCl₃ і MgCl₂?

Розв’язання: До обох розчинів додають надлишок NaOH. В обох випадках спочатку випадає осад: Al(OH)₃ (білий драглистий) і Mg(OH)₂ (білий). Але Al(OH)₃ у надлишку лугу розчиняється, а Mg(OH)₂ — ні. Отже, за розчиненням осаду можна розрізнити ці солі.

Відповідь: надлишок розчину NaOH.

Чому інші варіанти не підходять:

  • HCl — не дає осаду з жодним розчином.

  • AgNO₃ — дає білий осад AgCl з обома (хлорид-іон однаковий).

  • NaNO₃ — не реагує з жодним.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Типові помилки й пастки

  • Забувають, що в надлишку лугу осад Al(OH)₃ чи Zn(OH)₂ розчиняється, і записують осад як кінцевий продукт. Наприклад, у завданні «AlCl₃ + надлишок NaOH →» пишуть Al(OH)₃↓, хоча насправді утворюється Na[Al(OH)₄]. Завжди перевіряй, чи є слово «надлишок».

  • Плутають продукти в розчині й під час сплавляння: пишуть NaAlO₂ для реакції в розчині або Na[Al(OH)₄] для сплаву. Запам’ятай: розчин → гідроксокомплекс (з квадратними дужками), сплавляння → цинкат/метаалюмінат (без дужок) + вода.

  • Вважають ZnO основним оксидом, бо ступінь окиснення Цинку +2. Насправді ступінь окиснення +2 не гарантує основного характеру: характер оксиду залежить і від елемента, і від його ступеня окиснення, а ZnO (як і BeO) — амфотерний. ZnO реагує і з HCl, і з NaOH.

  • Записують Al₂O₃ + H₂O → Al(OH)₃ або ZnO + H₂O → Zn(OH)₂. Ці оксиди з водою не реагують! Гідроксиди добувають із солей, а не з оксидів.

  • Розчиняють у лугу Mg(OH)₂ чи Cu(OH)₂, вважаючи їх амфотерними. Це основні гідроксиди — вони не реагують із лугами. Амфотерність треба довести двома реакціями.

  • Пишуть у тетрагідроксоцинкаті один атом Натрію: Na[Zn(OH)₄] замість Na₂[Zn(OH)₄]. Пам’ятай: заряд аніона [Zn(OH)₄]²⁻, тому потрібно два катіони Na⁺.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Як це перевіряють на НМТ

Тема «Амфотерні сполуки» (пункт 2.2.5 програми) є основною в завданні № 10 демоваріанта НМТ 2026. Форма — вибір однієї відповіді з чотирьох за двома твердженнями. Завдання оцінюється в 1 бал. У ньому перевіряють, чи розумієш ти, де Алюміній входить до катіона, а де — до аніона, і чи знаєш, що амфотерний оксид реагує з лугом.

Логічні пари (завдання 19–20) мають формат 1–3 → А–Д, де дві букви зайві. Кожна правильно встановлена пара дає 1 бал. У демоваріанті 2026 року вони стосувалися якісних реакцій органічних сполук і гідролізу солей. Вправи «реагенти й умови → продукти» в цьому уроці — тренувальні: у них «розчин» і «сплавляння» дають різні продукти, і на цьому побудована пастка.

Довідкові матеріали НМТ містять таблицю «Розчинність основ, кислот, амфотерних гідроксидів і солей у воді». У ній показано розчинність Zn(OH)₂ і Al(OH)₃ (позначка «Н») та їхніх солей. Однак рівнянь реакцій із лугами в довідці немає — їх треба знати напам’ять.

Стратегія виконання

  • У завданні з двома твердженнями спочатку оціни кожне твердження окремо (правильне / неправильне), а потім вибери комбінацію з чотирьох варіантів.

  • У завданні на відповідність першим прочитай умову: «розчин», «сплавляння» чи «t». Це визначає, який продукт шукати.

  • Якщо в завданні є слово «надлишок» щодо лугу — осад амфотерного гідроксиду не буде кінцевим продуктом.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Питання й відповіді

Чому Al(OH)₃ розчиняється в лугу, а Mg(OH)₂ — ні?

Al(OH)₃ — амфотерний гідроксид. Він виявляє кислотні властивості: у лужному середовищі гідроксильні групи «віддають» протон, і утворюється розчинний гідроксокомплекс [Al(OH)₄]⁻. Mg(OH)₂ — основний гідроксид, він не здатен виявляти кислотні властивості, тому з лугами не реагує і в надлишку NaOH залишається в осаді.

Чим відрізняються продукти реакції з лугом у розчині й під час сплавляння?

У розчині утворюються гідроксокомплекси: Na₂[Zn(OH)₄] або Na[Al(OH)₄]. Під час сплавляння (нагрівання без води) гідроксокомплекси не утворюються — виділяються цинкати й метаалюмінати та вода: Na₂ZnO₂ + H₂O або NaAlO₂ + 2H₂O. Умова «t» або «сплавляння» в завданні вказує на другий варіант.

Навіщо додавати луг по краплях, коли добувають Al(OH)₃?

Al(OH)₃ — амфотерний гідроксид. Якщо додати луг у надлишку, осад Al(OH)₃ одразу розчиниться, реагуючи з надлишком лугу з утворенням Na[Al(OH)₄]. Тому, щоб отримати саме осад Al(OH)₃, луг додають краплями, контролюючи його кількість (співвідношення n(AlCl₃) : n(NaOH) = 1 : 3).

Як Алюміній може бути в аніоні, якщо він метал?

Металічний елемент може входити до складу аніона, якщо він зв’язаний з електронегативнішими атомами (Оксигеном, гідроксильною групою). У сполуках типу Na[Al(OH)₄] або NaAlO₂ Алюміній оточений атомами Оксигену, які «забирають» на себе електронну густину, і вся група набуває від’ємного заряду. Ступінь окиснення Алюмінію залишається +3, але формально він входить до складу аніона.

Чи бувають амфотерні гідроксиди інших елементів, крім Цинку й Алюмінію?

Так, амфотерність виявляють також гідроксиди Хрому(III) — Cr(OH)₃, Плюмбуму(II) — Pb(OH)₂, Стануму(II) — Sn(OH)₂ та деяких інших елементів. Однак рівняння реакцій програма НМТ з хімії вимагає складати лише для оксидів і гідроксидів Цинку й Алюмінію. Інші амфотерні сполуки варто вміти впізнати за властивостями.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Коротко: головне

  • Головні амфотерні сполуки програми НМТ — ZnO, Zn(OH)₂, Al₂O₃, Al(OH)₃. Вони реагують і з кислотами, і з лугами.

  • З кислотою утворюють сіль і воду (ZnCl₂, AlCl₃ тощо) — виявляють основні властивості.

  • З лугом у розчині утворюють гідроксокомплекси: Na₂[Zn(OH)₄] (натрій тетрагідроксоцинкат) і Na[Al(OH)₄] (натрій тетрагідроксоалюмінат).

  • Під час сплавляння з лугом утворюються цинкати й метаалюмінати та вода: Na₂ZnO₂, NaAlO₂ + H₂O.

  • Гідроксиди добувають із солі й лугу без надлишку, бо в надлишку лугу осад розчиняється.

  • Алюміній і Цинк бувають і в катіонах (Al³⁺, Zn²⁺), і в аніонах ([Al(OH)₄]⁻, AlO₂⁻, [Zn(OH)₄]²⁻, ZnO₂²⁻).

  • Основні гідроксиди (Mg(OH)₂, Cu(OH)₂) у лугах не розчиняються — це спосіб відрізнити їх від амфотерних.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Самоперевірка

Перевірте себе на цьому юніті

Спробуйте ці 5 запитань — оберіть відповідь, щоб побачити, чи ви праві й чому. Приєднайтеся, щоб пройти повний тест юніту, який іде в глибину по цьому юніту.

1. Яка сіль утворюється в результаті взаємодії ZnO з хлоридною кислотою?

2. У якій зі сполук Алюміній входить до складу аніона?

3. Яким реагентом можна розрізнити розчини магній хлориду (MgCl₂) та алюміній хлориду (AlCl₃)?

4. Чому під час добування алюміній гідроксиду з алюміній хлориду й натрій гідроксиду луг додають краплями, не допускаючи надлишку?

5. Які продукти утворюються під час сплавляння Al(OH)₃ з твердим NaOH?

Це лише дрібка самоперевірки — повний тест юніту йде в глибину й використовує всі 10 запитань цього юніта і точно визначає, що вивчати.

Приєднатися, щоб пройти тест