Кислота плюс основный оксид. Основные оксиды реагируют
Химические свойства воды
Взаимодействие воды с металлами.
Если в цилиндр с водой опустить стружки кальция, то от поверхности кальция начнут отрываться пузырьки газа, как от поверхности цинка, помещен-ного в раствор серной кислоты. При поднесении зажженной лучинки к отверстию цилиндра мы будем наблюдать вспышки. Это горит водород. Вода в цилиндре мутнеет. Появившиеся в цилиндре белые взвешенные частицы - гидроксид кальция Са(ОН)2. Протекающая реакция выражается уравнением:
Са + 2Н 2 0 = 2Са (ОН) 2 + Н 2
При этой реакции из молекулы воды Н 2 О, которую можно представить как Н-ОН (группа - ОН - гидроксогруппа), -ОН переходит в состав гидроксида кальция. Так как атом кальция двухвалентен, то он вытесняет из двух молекул воды два атома водорода, а оставшиеся две группы -ОН соединяются с атомом кальция.
Еще энергичнее протекает реакция натрия с водой. Опустим кусочек натрия в стакан с водой. Натрий всплывает на ее поверхность, плавится, превращаясь в блестящую каплю. Она быстроперемещаетсяпоповерхностиводы,издаваяшипение и уменьшаясь в размерах. Выпарив раствор, мы обнаружим твердое белое вещество - гидроксид натрия NaOH
2Na + 2НОН = 2NaOH + Н 2
Натрий и кальций принадлежат к числу наиболее химически активных.
Взаимодействие воды с оксидами неметаллов .
Сожжем в бан-ке на ложечке красный фосфор. Прильем немного воды и подож-дем, пока получившийся оксид фосфора (V) Р 2 0 5 растворится. Добавим к раствору несколько капель фиолетового лакмуса. Лакмус окрасится в красный цвет. Значит, в растворе содер-житсякислота.Оксидфосфора(V)соединяетсясводой,и получается фосфорная кислота Н 3 Р0 4:
Р 2 0 5 + ЗН 2 0 = 2Н 3 Р0 4
Сожжем в банке, в которую налито немного воды, серу и получившийся раствор иссле-дуем раствором лакмуса. Он тоже окрасится в красный цвет. Оксид серы (IV) S0 2 , образовавшийся при сгорании серы, соединился с водой, и по-лучилась сернистаякислота:
S0 2 + H 2 0 = H 2 S0 2
Оксид се-ры (VI), взаимодействуя с водой, образует серную кисло-ту H 2 S0 4:
SO 2 + Н 2 О = H 2 S0 4
Азот может образовать ок-сид N205, при взаимодействии которого с водой образуется азотная кислота:
N 2 0 5 + Н 2 0 = 2HN0 3
Соединения оксидов неметаллов с водой относят к кислотам.
Взаимодействие воды с оксидами металлов.
Рассмотрим те-перь отношение к воде оксидов металлов. Насыплем в стакан-чики оксид меди СиО, оксид железа Fe 2 0 3 , оксид цинка ZnO и оксид кальция СаО и прильем в каждый немного воды. Оксиды меди, железа и цинка в воде не растворяются и не соединяются с ней. Иначе ведет себя оксид кальция, или негашеная из-весть.
При обливании кусков негашеной извести водой наблюдается такое сильное разогревание, что часть воды превращается в пар, а куски негашеной извести, рассыпаясь, превращаются в сухой рыхлый порошок - гашеную известь, или гидроксид кальцияCa(OH) 2:
СаО + Н 2 0 = Са(ОН) 2
Подобно оксиду кальция, соединяются с водой оксиды нат-рия и калия:
Na 2 0 + H 2 0 = 2NaOH
К 2 0+Н 2 0 = 2КОН
При этих реакциях образуются гидроксид натрия NaOH и гидроксид калия КОН.
Таким образом, одни оксиды металлов не реагируют с водой (их большинство) другие (оксид калия, оксид натрия, оксид кальция, оксид бария и др.) соединяются с ней, образуя гидроксиды, которые относятся к основаниям.
(Неорганическая химия 7-8 класс автор Ю. В. Ходаков и др.)
При изучении химических свойств воды вы узнали, что многие оксиды (окислы) неметаллов, вступая в реакцию с водой, образуют кислоты, например:
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + Q
Некоторые оксиды металлов, взаимодействуя с водой, образуют основания (щелочи), например:
CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 + Q
Однако свойство оксидов вступать в реакцию с водой не является общим для всех веществ этого класса. Многие оксиды, например двуокись кремния SiO 2 , оксид углерода СО, оксид азота NO, оксид меди CuO, оксид железа Fe 2 O 3 и др., не взаимодействуют с водой.
Взаимодействие оксидов с кислотами
Вам известно, что некоторые оксиды металлов вступают в реакцию с кислотами с образованием соли и воды, например:
CuO + H 2 SO 4 = CuSO 4 + H 2 O
Взаимодействие оксидов с основаниями
Некоторые оксиды (углекислый газ СO 2 , сернистый газ SO 2 , фосфорный ангидрид Р 2 O 5 и др.) не вступают в реакцию с кислотами с образованием соли и воды. Выясним: не взаимодействуют ли они с основаниями?
Сухую колбу наполним углекислым газом и насыплем в нее едкий натр NaOH. Закроем колбу резиновой пробкой с вставленной в нее стеклянной трубкой и надетой на ее свободный конец резиновой трубкой с зажимом. Прикоснувшись рукой к колбе, мы ощутим разогревание стекла. На внутренних стенках колбы появились капли воды. Все это – признаки химической реакции . Если углекислый газ вступил в реакцию с едким натром, то можно предполагать, что в колбе создалось разрежение. Чтобы это проверить, после того когда колба охладится до комнатной температуры, опустим конец резиновой трубки прибора в кристаллизатор с водой и откроем зажим. Вода быстро устремится в колбу. Наше предположение о разрежении в колбе подтвердилось – углекислый газ взаимодействует с едким натром. Одним из продуктов реакции является вода. Каков состав образовавшегося твердого вещества?
NaOH + CO 2 = H 2 O + ? + Q
Известно, что углекислому газу соответствует гидрат оксида (окисла) – угольная кислота Н 2 СO 3 . Образовавшееся в колбе твердое вещество – соль угольной кислоты – углекислый натрий Na 2 CO 3 .
Для образования молекулы углекислого натрия потребуется две молекулы едкого натра:
2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O + Q
При взаимодействии углекислого газа с едким натром получилась соль углекислый натрий Na 2 CO 3 и вода.
Помимо углекислого газа, есть еще многие оксиды (окислы) (SO 2 , SO 3 , SiO 2 , Р 2 O 5 и др.), которые взаимодействуют со щелочами с образованием соли и воды.
Оксиды, их классификация и свойства - это основа такой важной науки, как химия. Их начинают изучать в первый год обучения химии. В таких точных науках, как математика, физика и химия, весь материал связан между собой, именно поэтому неусвоение материала влечет за собой непонимание новых тем. Поэтому очень важно разобраться в теме оксидов и полностью в ней ориентироваться. Об этом мы с вами сегодня и постараемся поговорить более подробно.
Что такое оксиды?
Оксиды, их классификация и свойства - это то, что нужно понять первостепенно. Итак, что же такое оксиды? Вы помните это из школьной программы?
Оксиды (или оксилы) - бинарные соединения, в состав которых входят атомы электроотрицательного элемента (менее электроотрицательный, чем кислород) и кислорода со степенью окисления -2.
Окислы - это невероятно распространенные на нашей планете вещества. Примеры оксидного соединения: вода, ржавчина, некоторые красители, песок и даже углекислый газ.
Образование оксидов
Окислы можно получить самыми различными способами. Образование окислов также изучает такая наука, как химия. Оксиды, их классификация и свойства - вот, что должны знать ученые, чтобы понять, как образовался тот или иной оксид. Например, они могут быть получены путем прямого соединения атома (или атомов) кислорода с химическим элементом - это взаимодействие химических элементов. Однако есть и косвенное образование оксидов, это когда оксиды образуются путем разложения кислот, солей или оснований.
Классификация оксидов
Оксиды и их классификация зависят от того, как они образовались. По своей классификации окислы делятся всего на две группы, первая из которых солеобразующие, а вторая несолеобразующие. Итак, рассмотрим подробнее обе группы.
Солеобразующие оксиды - это довольно большая группа, которая делится на амфотерные, кислотные и основные оксиды. В результате любой химической реакции солеобразующие оксиды образуют соли. Как правило, в состав оксидов солеобразующих входят элементы металлов и неметаллов, которые в результате химической реакции с водой образуют кислоты, но при взаимодействии с основаниями образуют соответствующие кислоты и соли.
Несолеобразующие окислы - это такие окислы, которые в результате химической реакции не образуют соли. Примерами таких окислов могут служить и углерода.
Амфотерные оксиды
Оксиды, их классификация и свойства - очень важные в химии понятия. В состав солеобразующих входят оксиды амфотерные.
Амфотерные оксиды - это такие окислы, которые могут проявлять основные или кислотные свойства, в зависимости от условий химических реакций (проявляют амфотерность). Такие окислы образуются переходными металлами (медь, серебро, золото, железо, рутений, вольфрам, резерфордий, титан, иттрий и многие другие). Амфотерные окислы реагируют с сильными кислотами, а в результате химической реакции они образуют соли этих кислот.
Кислотные оксиды
Или ангидриды - это такие окислы, которые в химических реакциях проявляют а также образуют кислородсодержащие кислоты. Ангидриды всегда образуются типичными неметаллами, а также некоторыми переходными химическими элементами.
Оксиды, их классификация и химические свойства - это важные понятия. Например, у кислотных оксидов химические свойства совершенно отличаются от амфотерных. Например, когда ангидрид взаимодействует с водой, образуется соответствующая кислота (исключение составляет SiO2 - Ангидриды взаимодействуют с щелочами, а в результате таких реакций выделяется вода и сода. При взаимодействии с образуется соль.
Основные оксиды
Основные (от слова "основание") окислы - это оксиды химических элементов металлов со степенями окисления +1 или +2. К ним относятся щелочные, щелочноземельные металлы, а также химический элемент магний. Основные окислы отличаются от других тем, что именно они способны реагировать с кислотами.
Основные окислы взаимодействуют с кислотами, в отличии от кислотных оксидов, а также с щелочами, водой, другими оксидами. В результате этих реакций, как правило, образуются соли.
Свойства оксидов
Если внимательно изучить реакции различных оксидов, можно самостоятельно сделать выводы о том, какими химическими свойствами оксилы наделены. Общее химическое свойство абсолютно всех оксидов заключается в окислительно-восстановительном процессе.
Но тем не менее, все окислы отличаются друг от друга. Классификация и свойства оксидов - это две взаимосвязанные темы.
Несолеобразующие оксиды и их химические свойства
Несолеобразующие окислы - это такая группа оксидов, которая не проявляет ни кислотных, ни основных, ни амфотерных свойств. В результате химических реакций с несолеобразующими оксидами никаких солей не образуется. Раньше такие оксиды называли не несолеобразующими, а безразличными и индиффирентными, но такие названия не соответсвуют свойствам несолеобразующих оксидов. По своим свойствам эти оксилы вполне способны к химическим реакциям. Но несолебразующих оксидов очень мало, они образованы одновалентными и двухвалентными неметаллами.
Из несолеобразующих оксидов в результате химической реакции могут быть получены солеобразующие оксиды.
Номенклатура
Практически все оксиды принято называть так: слово "оксид", после чего следует название химического элемента в родительном падеже. Например, Al2O3 - это оксид алюминия. На химическом языке этот окисл читается так: алюминий 2 о 3. Некоторые химические элементы, такие как медь, могут иметь несколько степеней оксиления, соответственно, оксиды тоже будут разными. Тогда оксид CuO - это оксид меди (два), то есть со степенью оксиления 2, а оксид Cu2O - это оксид меди (три), который имеет степень оксиления 3.
Но существуют и другие наименования оксидов, которые выделяют по числу в соединении атомов кислорода. Монооксидом или моноокисью называют такие оксиды, в которых содержится всего один атом кислорода. Диоксидами называют такие оксилы, в которых содержится два атома кислорода, о чем сообщается приставка "ди". Триоксидами называют такие оксиды, в которых содержится уже три атома кислорода. Такие наименования как монооксид, диоксид и триоксид, уже устарели, но часто встречаются в учебниках, книгах и других пособиях.
Существуют и так называемые тривиальные названия оксидов, то есть те, которые сложились исторически. Например, CO - это окисл или монооксид углерода, но даже химики чаще всего называют это вещество угарным газом.
Итак, оксид - это соединение кислорода с химическим элементом. Основной наукой, которая изучает их образование и взаимодействия, является химия. Оксиды, их классификация и свойства - это несколько важных тем в науке химия, не поняв которую нельзя понять все остальное. Окислы - это и газы, и минералы, и порошки. Некоторые окислы стоит подробно знать не только ученым, но и обычным людям, ведь они даже могут быть опасны для жизни на этой земле. Окислы - это тема очень интересная и достаточно легкая. Соединения оксидов очень часто встречаются в повседневной жизни.
Оксиды — это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых — кислород со степенью окисления ($-2$).
Общая формула оксидов: $Э_{m}O_n$, где $m$ — число атомов элемента $Э$, а $n$ — число атомов кислорода. Оксиды могут быть твердыми (песок $SiO_2$, разновидности кварца), жидкими (оксид водорода $H_2O$), газообразными (оксиды углерода: углекислый $CO_2$ и угарный $CO$ газы). По химическим свойствам оксиды подразделяются на солеобразующие и несолеобразующие.
Несолеобразующими называются такие оксиды, которые не взаимодействуют ни со щелочами, ни с кислотами и не образуют солей. Их немного, в их состав входят неметаллы.
Солеобразующими называются такие оксиды, которые взаимодействуют с кислотами или основаниями и образуют при этом соль и воду.
Среди солеобразующих оксидов различают оксиды основные, кислотные, амфотерные.
Основные оксиды — это такие оксиды, которым соответствуют основания. Например: $CaO$ соответствует $Ca(OH)_2, Na_2O — NaOH$.
Типичные реакции основных оксидов:
1. Основный оксид + кислота → соль + вода (реакция обмена):
$CaO+2HNO_3=Ca(NO_3)_2+H_2O$.
2. Основный оксид + кислотный оксид → соль (реакция соединения):
$MgO+SiO_2{→}↖{t}MgSiO_3$.
3. Основный оксид + вода → щелочь (реакция соединения):
$K_2O+H_2O=2KOH$.
Кислотные оксиды — это такие оксиды, которым соответствуют кислоты. Это оксиды неметаллов:
N2O5 соответствует $HNO_3, SO_3 — H_2SO_4, CO_2 — H_2CO_3, P_2O_5 — H_3PO_4$, а также оксиды металлов с большим значением степеней окисления: ${Cr}↖{+6}O_3$ соответствует $H_2CrO_4, {Mn_2}↖{+7}O_7 — HMnO_4$.
Типичные реакции кислотных оксидов:
1. Кислотный оксид + основание → соль + вода (реакция обмена):
$SO_2+2NaOH=Na_2SO_3+H_2O$.
2. Кислотный оксид + основный оксид → соль (реакция соединения):
$CaO+CO_2=CaCO_3$.
3. Кислотный оксид + вода → кислота (реакция соединения):
$N_2O_5+H_2O=2HNO_3$.
Такая реакция возможна, только если кислотный оксид растворим в воде.
Амфотерными называются оксиды, которые в зависимости от условий проявляют основные или кислотные свойства. Это $ZnO, Al_2O_3, Cr_2O_3, V_2O_5$. Амфотерные оксиды с водой непосредственно не соединяются.
Типичные реакции амфотерных оксидов:
1. Амфотерный оксид + кислота → соль + вода (реакция обмена):
$ZnO+2HCl=ZnCl_2+H_2O$.
2. Амфотерный оксид + основание → соль + вода или комплексное соединение:
$Al_2O_3+2NaOH+3H_2O{=2Na,}↙{\text"тетрагидроксоалюминат натрия"}$
$Al_2O_3+2NaOH={2NaAlO_2}↙{\text"алюминат натрия"}+H_2O$.
Na 2 О + H 2 O = 2NaОH;
CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 ;
с соединениями кислотного характера (кислотными оксидами, кислотами) с образованием солей и воды:
CaO + СО 2 = СаСО 3 ;
CaO + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O;
3) с соединениями амфотерного характера:
Li 2 O + Al 2 O 3 = 2Li AlO 2 ;
3NaOH + Al(OН) 3 = Na 3 AlO 3 + 3Н 2 О;
Кислотные оксиды реагируют:
1) с водой с образованием кислот:
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 ;
2) с соединениями основного характера (основными оксидами и основаниями) с образованием солей и воды:
SO 2 + Na 2 O = Na 2 SO 3 ;
CO 2 + 2NaОH = Na 2 CO 3 + H 2 O;
с соединениями амфотерного характера
СО 2 + ZnO = ZnCO 3 ;
СО 2 + Zn(OH) 2 = ZnСО 3 + H 2 O;
Амфотерные оксиды проявляют свойства как основных, так и кислотных оксидов. Им отвечают амфотерные гидроксиды:
кислая среда щелочная среда Ве(ОН) 2 ВеО Н 2 ВеО 2
Zn(OH) 2 ZnO Н 2 ZnО 2
Аl(OН) 3 Al 2 O 3 H 3 AlО 3 , НАlO 2
Cr(OН) 3 Сr 2 O 3 HCrO 2
Pb(OH) 2 PbO Н 2 PbО 2
Sn(OH) 2 SnO Н 2 SnО 2
Амфотерные оксиды взаимодействуют с соеднинениями кислого и основного характера:
|
ZnO + SiO 2 = ZnSiO 3 ; ZnO + H 2 SiO 3 = ZnSiO 3 + H 2 O; |
Al 2 O 3 + 3Na 2 O = 2Na 3 AlO 3 ; Al 2 O 3 + 2NaOH = 2NaAlO 2 + H 2 O. |
Металлы с переменной валентностью могут образовывать оксиды всех трех типов. Например:
CrO основной Cr(OH) 2 ;
Cr 2 O 3 амфотерный Cr(OH) 3 ;
Cr 2 O 7 кислотный H 2 Cr 2 O 7 ;
MnO, Mn 2 O 3 основной;
MnO 2 амфотерный;
Mn 2 O 7 кислотный HMnO 4 .
Основания
Основания – сложные вещества, в состав которых входят атомы металла и одна или несколько гидроксидных групп (ОН ‾). Общая формула оснований – Ме(ОН) у, где у – число гидроксидных групп, равное валентности металла.
Номенклатура
Название основания складывается из слова «гидроксид» + название металла.
Если металл имеет переменную валентность, то ее указывают в конце в скобках. Например: CuOH – гидроксид меди (I), Cu(OH) 2 – гидроксид меди (II), NaОH – гидроксид натрия.
Основания (гидроксиды) являются электролитами. Электролитами называются вещества, которые в расплавах или растворах полярных жидкостей распадаются на ионы: положительно заряженные катионы и отрицательно заряженные анионы. Распад вещества на ионы называется электролитической диссоциацией.
Bсe электролиты можно разделить на две группы: сильные и слабые. Сильные электролиты в водных растворах диссоциированы практически нацело. Слабые электролиты диссоциируют только частично и в растворах устанавливается динамическое равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами: NН 4 ОН NH 4 + + ОН - .
2.2. Классификация
а) по числу гидроксидных групп в молекуле. Количество гидроксидных групп в молекуле основания зависит от валентности металла и определяет кислотность основания.
Основания делятся на:
Однокислотные, молекулы которых содержат одну гидроксидную группу: NaOH, KOH, LiOH и др.;
Двухкислотные, молекулы которых содержат две гидроксидные группы: Ca(OH) 2 , Fe(OH) 2 и др.;
Трехкислотные, молекулы которых содержат три гидроксидные группы: Ni(OH) 3 , Bi(OH) 3 и др.
Двух- и трехкислотные основания называются многокислотными.
б) по силе основания делятся на:
Сильные (щелочи): LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH) 2 , Sr(OH) 2 , Ba(OH) 2 ;
Слабые: Cu(OH) 2 , Fe(OH) 2 , Fe(OH) 3 и др.
Сильные основания растворимы в воде, а слабые – нерастворимы.
Диссоциация оснований
Сильные основания диссоциируют практически полностью:
Са(ОН) 2 = Са 2+ + 2ОН - .
Слабые основания диссоциируют ступенчато. При последовательном отщеплении гидроксид-иона от многокислотных оснований образуются основные остатки гидроксокатионы, например:
Fe(OH) 3 OH - + Fe(OH) 2 + дигидроксокатионы железа;
Fe(OH) 2 + OH - + FeOH 2+ гидроксокатионы железа;
Fe(OH) 2+ OH - + Fe 3+ катионы железа.
Число основных остатков равно кислотности основания.
