Оксиды, соли, основания, кислоты и щелочи

Оксиды – соединения химических элементов с кислородом. По отношению к кислотам и щелочам все оксиды делятся на солеобразующие и несолеобразующие.

Солеобразующие образуют соли при взаимодействии с кислотами и щелочами.

Несолеобразующие не образуют солей, безразличны к кислотам и щелочам (N₂O, NO, CO).

Солеобразующие оксиды подразделяются на основные, кислотные и амфотерные.

Основными называются оксиды, которым соответствуют основания. Это оксиды, из которых прямо (взаимодействие с водой) или косвенно можно получить основания, например, Na₂O и CuO; NaOH и Cu (OН)₂:

Na₂O + Н₂О = 2 NaOH;

CuO + Н₂О ¹,

поэтому CuO + 2 НСl = CuСl₂ + Н₂О;

CuСl₂ + 2 NaOH = Cu(OН)₂ + 2 NaСl.

Основные оксиды образуют соли при взаимодействии с кислотами:

MgO + H₂SO₄ = MgSO₄ + Н₂О.

Кислотными называются оксиды, которым соответствуют кислоты. Это оксиды, из которых практически всегда прямо (взаимодействие с водой) можно получить кислоты, например, Р₂О₅ и SO₃ – H₃PO₄ и Н₂SO_4. Некоторые кислотные оксиды не взаимодействуют с водой, например, оксид кремния SiO₂:

SiO₂ + 2 NaOH = 2 Na₂SiO₃ + Н₂О;

Na₂SiO₃ + 2НСl = H₂SiO₃ + 2 NaСl.

Кислотные оксиды образуют соли при взаимодействии с основаниями:

СО₂ + Са (ОН)₂ = СаСО₃ + Н₂О.

Амфотерными называются оксиды, которым соответствуют основание и кислота. К амфотерным оксидам относятся ZnO, Al₂O_3, BeO, Fe₂O₃, Cr₂O₃, MnO₂, SnO, SnO₂ PbO, PbO₂ и др.Амфотерные оксиды с водой не взаимодействуют, поэтому получить основание или кислоту можно только косвенным путем.

Амфотерные и основные оксиды образуют только металлы, кислотные – неметаллы и некоторые металлы в высшей степени окисления (Мn₂О₇, МnО₃, СrО₃).

Оксиды наиболее активных металлов (щелочных и щелочно-земельных) характеризуются основными свойствами. По мере уменьшения активности металлов характер оксидов изменяется от типично основных через амфотерные к кислотным, т. е. с увеличением радиуса иона и уменьшением его заряда основные свойства растут, кислотные уменьшаются и наоборот.

Переходные металлы, обладающие переменной степенью окисления, образуют все три вида окислов. Оксиды, в которых металл находится в низшей степени окисления, имеют основной характер, в высшей – кислотный, в промежуточной – амфотерный, например:

Сr²⁺ O – закись (основной оксид);

Сr₂³⁺ O₃ – окись (амфотерный оксид);

Сr⁶⁺ O₃ – ангидрид (кислотный оксид).

Связи в основных оксидах (Na₂О, CaO и др.) – ионные или ковалентные сильнополярные, что обусловливает прочность их кристаллических решеток, твердость, тугоплавкость.

Высшие оксиды малоактивных металлов (СrO₃, Мn₂O₇ и др.), обладающие кислотными свойствами, характеризуются наличием ковалентных связей в молекулах, что обеспечивает непрочность их кристаллических решеток.

Амфотерные оксиды занимают промежуточное положение.

Водные растворы основных оксидов дают гидроксиды – типичные основания:

Na₂O + H₂O = 2NaOH.

Водные растворы высших оксидов образуют гидроксиды, являющиеся кислотами:

СrO₃ + H₂O = H₂СrO₄.

Основания – сложные вещества, состоящие из атомов металла и одной или нескольких гидроксогрупп (− ОН). Основания – это продукты присоединения воды к основным и амфотерным оксидам, их называют «гидроксидами». Но с водой могут взаимодействовать только оксиды, образованные щелочными и щелочно-земельными металлами. Основания основных металлов получают косвенным путем.

Растворимые в воде основания (за исключением NH₄OH) называют щелочами:

LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, FrOH;

Ca(OH)₂, Sr(OH)₂, Вa(OH)₂, Ra(OH)₂.

Основания, которым соответствуют амфотерные оксиды, называются амфотерными или амфолитами.

Амфотерные гидроксиды не получаются непосредственным взаимодействием их оксидов с водой вследствие их плохой растворимости. Их получают при взаимодействии солей амфотерного металла со щелочью:

СrCl + 3 NaOH = 3 NaCl + Сr(OH)₃.

На практике характер оксида и гидроксида определяется с помощью индикатора (если они растворимы в воде) или отношением их к кислотам и щелочам. Основные оксиды и гидроксиды растворяются в кислотах:

CaO + 2HCl = CaCl₂ + H₂O;

Ca(OH)₂ +2HCl = CaCl₂ + H₂O.

Кислотные оксиды и гидроксиды растворяются в щелочах:

CrO₃ + 2 NaOH = Na₂CrO₄ + 2 H₂O;

H₂CrO₄ + 2 NaOH = Na₂CrO₄ + 2 H₂O.

Амфотерные оксиды и гидроксиды растворяются в кислотах и щелочах:

Аl₂О₃ + 6НСl = 2АlСl₃ + 3Н₂О;

Аl₂О₃ + 2NaOH + 3Н₂О = 2Na[Аl(OH)₄];

Аl(OH)₃ + 3НСl = АlСl₃ + 3Н₂О;

Аl(OH)₃ + NaOH = 2Na[Аl(OH)₄].

Кислоты – сложные вещества, состоящие из атомов водорода, способных замещаться на атомы металла, и кислотного остатка. Кислоты подразделяются на классы по различным признакам:

• по составу:

кислородсодержащие – HNO₃, H₂SO₄, H₂CO₃;

бескислородные – HBr, HS, HCN;

• по числу атомов водорода, способных замещаться на атомы металла:

одноосновные – HNO_3, H₂S, и т. д.;

многоосновные – H₂SO₄, Н₃РО₄, Н₄Р₂О₇;

• по степени диссоциации в водных растворах:

сильные – HI, HBr, HNO₃, H₂SO₄, НСl;

средние – Н₃РО_4, H₂SO₃, НСО₂, СН₃СООН;

слабые – Н₂СО₃, H₂S, Н₂SiO₃.

Соли – сложные вещества, образованные катионами металла

Ме ^{n +} и кислотными остатками (анионами А ^{m -}).

Соли можно рассматривать как продукты замещения атомов

водорода в кислотах на атомы металла или гидроксильных групп в основаниях на кислотные остатки. Если замещение полное, то

образуется нормальная (средняя) соль:

H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ +2Н₂О;

Мg(ОН)₂ + 2НСl = МgСl₂ + 2Н₂О.

Если замещение частичное, то образуется либо кислая соль:

H₂SO₄ + NaOH = Na₂НSO₄ + Н₂О,

либо основная соль:

Мg(ОН)₂ + 2НСl = МgОНСl + Н₂О.

Кислые соли могут образовывать только многоосновные кислоты – H₂SO₄, Н₂СО₃, и т. д.

Основные соли могут образовывать только многокислотные основания – Сr(OH)₃, Cu(OН)₂ и т. д.

Сr(ОН)₃ – [(Н₃СrО₃)] – в щелочи получаются хромиты зеленого цвета – соли метахромистой кислоты.

При написании формул химических соединений следует учитывать следующие правила степеней окисления атомов в химических соединениях:

• степень окисления в простых веществах равна нулю (Н₂⁰, О₂⁰, Р⁰ и т. д.);

• водород в своих соединениях проявляет степень окисления, равную +1 (Н₂⁺¹S^-2, N^-3H₃⁺¹, H₂⁺¹O^-2); исключение – гидриды металлов, в которых степень окисления будет –1 (Ca⁺²H₂^-1, Na⁺¹H^-1);

• кислород проявляет степень окисления, равную –2 (Ca⁺²O^-2);

исключение – фторокислород O⁺²F^-1 и пероксиды Н₂⁺¹ О₂^-1, Ва⁺²О₂^-1;

• металлы I, II и III групп главных подгрупп (Na, K, Mg, Ca, Al,

за исключением Тl) таблицы Д. И. Менделеева проявляют

постоянную степень окисления, равную номеру группы;

• алгебраическая сумма степеней окисления отдельных атомов, образующих молекулу, с учетом стехиометрических индексов равна нулю.

• атомы одного и того же элемента в различных соединениях могут иметь различные степени окисления:

K⁺¹Mn⁺⁷O₄^-2, H₂⁺¹Mn⁺⁶O₄^-2, Mn⁺⁴O₄^-2.

Использование основных законов химии позволяет рассчитывать массу или объем в результате реакции:

2 А + 3 В = 3 С + 2 D,

если А и В являются твердыми веществами, m_A / 2 M_A = m_B / 3 M_B;

если В является газообразным веществом, m_A / 2 M_A = V ₀ (B) / 3 · 22,4,

где V ₀ – объем газа при нормальных условиях (Т ₀ = 273 К,

р ₀ = 101325 Па);

22,4 л – объем 1 моля любого газа при нормальных условиях (н.у.).

Для приведения объема газов, вступающих в реакцию или образующихся в результате реакции, к нормальным условиям используют объединенное уравнение газового состояния:

PV / T = p ₀ V ₀ / T ₀,

откуда V ₀ = pVT ₀ / p ₀ Т,

где р – парциальное давление определяемого газа:

р = р _общ − р_i;

здесь р _общ – общее давление смеси газов;

р_i − парциальное давление другого газа смеси при данной температуре.

Количество веществ (моль), вступающих в реакцию или образующихся в результате реакции, вычисляют по формулам:

N = m / M; n = V ₀ /22,4.

Вопросы и задания

1 Как изменяется восстановительная способность атомов металлических элементов по группам периодов в периодической системе элементов с возрастанием заряда ядра атома?

2 Какие металлы называются амфотерными? Почему?

3 Цинк реагирует с концентрированной и разбавленной азотной кислотой. Составить электронно-ионные уравнения реакций.

4 Сколько нужно взять алюминия для получения 15,2 г хрома из его оксида алюмотермическим способом?

5 Какое количество NaOH необходимо для полного окисления одного грамм-атома цинка?

6 Перечислить основные классы неорганических соединений.

7 Какое свойство оксидов и гидроксидов называется амфотерностью?

8 Написать реакции, характеризующие амфотерность оксида олова (II) и гидроксида алюминия (III).

9 Какая связь между основанием и кислотой; металлом и основным оксидом; кислотным оксидом и кислотой; основным оксидом и кислотой; кислотным оксидом и основанием; кислотой и солью; основанием и солью; основным оксидом и кислотным оксидом. Ответ подтвердите уравнениями реакций.

10 Составить уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить превращения:

РbСl

Рb(ОН)₂

Nа₂ РbО₂

11 Как осуществить превращения:

Cu CuO CuSO₄ Cu(OH)₂ Cu(NO₃)₂ HNO₃ N₂O₅;

CaO Ca(OH)₂ CaCl₂ HCl

CaCO₃ +HNO₃

CO₂ NaCO₃ NaHCO₃ HCl?

12 Какие из перечисленных оксидов являются основными, амфотерными или кислотными: CaO, Fe₂O_3, Al₂O₃, ZnO, Cl₂O₇, CO₂? Составить уравнения реакций взаимодействия вышеуказанных оксидов с хлороводородной кислотой и гидрооксидом натрия, назвать полученные продукты реакций.

13 Хром образует соединения, в которых он проявляет степень окисления + 3 и + 6. Составить формулы его оксидов и гидроксидов, отвечающих этим степеням окисления. Написать уравнения реакций, доказывающих амфотерность гидроксида хрома (III).

14 Какие из перечисленных солей образуют:

кислые соли: HF, H₂S, H₂SO₄, H₃PO₄, HCN;

основные: Ca (OH)₂, Al (OH)₃, KOH?

Привести примеры соответствующих реакций и назвать полученные соединения.

Задачи

1 Во взаимодействие вступили 20 г СаО и 20 г СО_2.. Каковы масса и состав образовавшейся соли? Ответ подтвердите расчетами.

2 Какое количество гидроксида калия потребуется для взаимодействия с 1,02 г окиси алюминия?

3 Какой объем СО₂ выделится, если прокалить 200 г СаСО₃, содержащего 15 % примесей?

4 К раствору, содержащему 27 г хлорида меди (I), прибавили

12 г железных опилок. Сколько меди можно получить при этом?

Г

5 При алюминотермической реакции было получено 20 кг

железа. Вычислить, сколько было взято оксида железа (Ш) и

алюминия для этого процесса. 28,57 кг оксида железа

И 9,64 кг алюминия

6 Сколько кальция входит в состав 250 г карбоната кальция, содержащего 12 % примесей? 220 г

7 Сколько граммов нормальной соли может быть получено при взаимодействии растворов, содержащих 22,4 г едкого калия и 16 г серной кислоты? Какое вещество и в каком количестве останется в

избытке? 28,4 г К₂SO₄,

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: