Амфотерные оксиды и гидроксиды

Амфотерные оксиды обладают двойственной природой: они одновременно способны к реакциям, в которые вступают как основные, так и кислотные оксиды, т.е. проявляют свойства как оснований, так и кислот.

К числу амфотерных оксидов относятся оксид алюминия Al₂O₃, оксид хрома (III) Cr₂O₃, оксид бериллия BeO, оксид цинка ZnO, оксид железа (III) Fe₂O₃ и ряд других. Амфотерные оксиды образуют только металлы и, как правило, в степени окисления +3 и +4.

Амфотерные оксиды в зависимости от второго реагента проявляют свойства как основных, так и кислотных оксидов.

Проявляя свойства основные свойства, они взаимодействуют:

1) с кислотами, образуя соль и воду:

ZnO + 2HNO₃ = Zn(NO₃)₂ + H₂O

2) с кислотными оксидами, образуя соль:

ZnO + CO₂ = ZnCO₃

Проявляя свойства кислотных оксидов, они взаимодействуют:

1) с основаниями (щелочами), образуя соль и воду:

ZnO + 2NaOH = Na₂ZnO₂ + H₂O

(H₂ZnO₂) цинкат натрия

2) с основными оксидами, образуя соль:

t

ZnO + CaO = CaZnO₂

Амфотерные оксиды не взаимодействуют с водой.

Резкой границы как между амфотерными и основными, так и между амфотерными и кислотными оксидами нет. В очень жестких условиях амфотерные свойства могут проявлять как некоторые основные оксиды (например, MgO под давлением при высокой температуре и высокой концентрации щелочи), так и некоторые кислотные оксиды (например, B₂O₃).

Таблица 1.2.2. Состав и названия анионов, образующихся при реакции со щелочью амфотерных оксидов

Кислоты

Кислотами называют сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов водорода и кислотного остатка.Общая формула кислот: Н_хКО, где Н_х – атом водорода, а КО – кислотный остаток.

Как правило, кислотные остатки образуют элементы- неметаллы.

Кислоты - это электролиты, которые при электролитической диссоциации образуют в качестве катионов только ионы водорода.

HCl «H⁺ + Cl^-

Кислоты классифицируются:

1) по основности: одноосновные (HCl, HCN, HNO₃); многоосновные: двухосновные, трехосновные и т.д. Основность кислот определяется количеством атомов водорода.

2) по содержанию атомов кислорода в молекулах кислот: Кислородсодержащие: HNO₂, HNO₃, H₂SO₃, H₂SO₄, H₂CO₃, H₂SiO₃, H₃PO₄. Бескислородные: HCl, HF, HI, H₂S.

3) по степени диссоциации в водных растворах: сильные (HCl, HBr,HI, HNO₃, H₂SO₄, HClO₃, HClO₄) и слабые (HF, H₂S, HNO₂, H₂SO₃ и др.).

Таблица 1.2.3. Получение кислот

Кислород- содержащие кислоты	Кислотный оксид + вода	SO3+H2O=H2SO4 P2O5+3H2O=2H3PO4
Неметалл+сильный окислитель	P+5HNO3+2H2O=3H3PO4+5NO
Cоль+ менее летучая кислота	NaNO3+H2SO4=HNO3 +NaHSO4
Бескислород-ные кислоты	Водород+неметалл	H2+Cl2=2HCl
Cоль+менее летучая кислота	NaCl+H2SO4=2HCl +NaHSO4

Химические свойства кислот можно разделить на две группы: общие для всех кислот реакции, связанные с наличием в их растворах иона Н⁺ (иногда иона гидроксония Н₃О⁺), и специфические, т.е. характерные для конкретных кислот.

Ион водорода может, с одной стороны, вступать в окислительно-восстановительные реакции, восстанавливаясь до водорода, а с другой стороны, вступать в реакции соединения с отрицательно заряженными частицами или нейтральными частицами, имеющими неподеленные пары электронов(кислотно-основное взаимодействие).

К первому типу превращений кислот относятся реакции кислот с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода, например:

Zn + H₂SO₄= ZnSO₄+H₂

К кислотно-основному типу относятся реакции с основными оксидами и основаниями, например:

2HCl+CaO=CaCl₂+H₂O

H₂SO₄+Ca(OH)₂=CaSO₄+2H₂O

Специфические свойства кислот связаны, в первую очередь, с окислительно-восстановительными реакциями. Бескислородные кислоты в водном растворе могут только окисляться:

2KMnO₄ + 16HCl = 5Cl₂ + 2KCl + 2MnCl₂+ 8H₂O

H₂S + Br₂ = S + 2HBr

Кислородсодержащие кислоты могут окисляться, только когда центральный атом в них находится в промежуточной степени окисления, как, например, в сернистой кислоте:

Н₂SO₃ + Cl₂ + H₂O = H₂SO₄ + 2HCl

Многие кислородсодержащие кислоты, в которых центральный атом имеет максимальную степень окисления (S⁶⁺, N⁵⁺, Cr⁶⁺), проявляют свойства сильных окислителей (Н₂SO₄ является сильным окислителем только при высокой концентрации):

Сu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

3P + 5HNO₃ +2H₂O = 3H₃PO₄ + 5NO

Кислоты могут взаимодействовать с солями, если образуется малорастворимое, летучее или малодиссоциирующее вещество:

H₂SO₄+BaCl₂=BaSO₄ ↓ + 2HCl

2HCl+Na₂CO₃=2NaCl+H₂O+CO₂

Слабые кислоты легко разлагаются: Н₂SiO₃=H₂O+SiO₂

Кислоты можно распознавать с помощью индикаторов.

Таблица 1.2.4. Изменение окраски индикаторов в различных средах

Соли

Соли – это сложные вещества, состоящие из ионов металлов и кислотных остатков. Соли принято делить на три группы: средние, кислые и основные. В средних солях все атомы водорода соответствующей кислоты замещены на атомы металла, в кислых солях они замещены частично, а в основных солях группы ОН соответствующего основания частично замещены на кислотные остатки.

Соли представляют собой ионные соединения, и их названия строятся по названиям катионов и анионов. Для солей бескислородных кислот к названию неметалла добавляется суффикс– ид, например хлорид натрия NaCl, сульфид меди (II) СuS.

При наименовании солей кислородсодержащих кислот к латинскому корню названия элемента добавляется окончание – ат для высших степеней окисления, - ит для более низких (для некоторых кислот используется приставка гипо- для низких степеней окисления неметалла; для солей хлорной и марганцовой кислот используется приставка пер-): карбонат кальция СаСО₃, сульфат железа (III) Fe₂(SO₄)₃, сульфит железа (II) FeSO₃, гипохлорит натрия NaClO, хлорит калия KClO₂, хлорат калия KClO₃, перхлорат калия KClO₄, перманганат калия KMnO₄, дихромат натрия Na₂Cr₂O₇.

Соли тесно связаны со всеми классами неорганических соединений и могут быть получены практически из любого класса.

Средние соли образуются при взаимодействии:

1) Оснований с кислотами (реакция нейтрализации):

Ba(OH)₂ + 2HCl = BaCl₂ + 2H₂O

2) Кислот с основными оксидами:

Н₂SO₄ + MgO = MgSO₄ + H₂O

3) Солей с кислотами:

MgCO₃ + 2HNO₃ = Mg(NO₃)₂ + H₂O + CO₂­

4) Двух различных солей:

AgNO₃ + KCl = AgCl + KNO₃

5) Солей с кислотными оксидами (кислотный оксид должен быть менее летуч, чем образующийся в ходе реакции):

CaSO₃ + SiO₂ = CaSiO₃ + SO₂­

6) Оснований с кислотными оксидами:

6NaOH + P₂O₅ = 2Na₃PO₄ + 3H₂O

7) Оснований с солями:

3NaOH + FeCl₃ = 3NaCl + Fe(OH)₃↓

8) Основных оксидов с кислотными:

СаО + SiO₂ = CaSiO₃

9) Металлов с неметаллами:

2K + Cl₂ = 2KCl

10) Металлов с кислотами:

Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂­

11) Металлов с солями:

CuSO₄ + Zn = ZnSO₄ + Cu↓

12) Амфотерных металлов с расплавами щелочей:

t

Zn + 2NaOH = Na₂ZnO₂ + H₂­

13) Неметаллов со щелочами. Галогены (кроме фтора) и сера взаимодействуют со щелочами, образуя две соли – бескислородной и кислородсодержащей кислот:

3S + 6NaOH = 2Na₂S + Na₂SO₃ + 3H₂O

Cl₂ + 2KOH = KCl + KClO + H₂O

14) Неметаллов с солями:

Cl₂ +2KI = KCl + I₂

15) При нагревании некоторых солей кислородсодержащих кислот образуются соли с меньшим содержанием кислорода или вообще не содержащие его: t

2KNO₃ = 2KNO₂ + O₂­

2KClO₃ =2KCl +O₂ ­

Соли проявляют различные химические свойства. Многие соли устойчивы при нагревании. Однако соли аммония, а также некоторые соли малоактивных металлов, слабых кислот и кислот, в которых элементы проявляют высшие или низшие степени окисления, при нагревании разлагаются:

t

СаСО₃ = СаО + СО₂­; NH₄Cl = NH₃ +HCl

При химических реакциях солей проявляются особенности как катионов, так и анионов, входящих в их состав. Ионы металлов, находящиеся в растворах, могут вступать в реакции с другими анионами с образованием нерастворимых соединений или же в окислительно-восстановительные реакции, как за счет катиона, так и за счет аниона:

2FeCl₂ + Cl₂ = 2FeCl₃

2KNO₃ + C = 2KNO₂ + CO₂­

Кислые и средние соли можно рассматривать как продукт неполного превращения кислот и оснований. По международной номенклатуре атом водорода, входящий в состав кислой соли, обозначается приставкой гидро-, а группа ОН- приставкой гирокси: NaHS- гидросульфид натрия, Mg(OH)Cl- гидроксихлорид магния.

Кислые соли могут быть получены либо неполной нейтрализацией кислот, либо действием избытка кислот на средние соли, щелочи, оксиды или соли:

NaOH + H₂SO₄ = NaHSO₄ + H₂O

CaCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca(HCO₃)₂

При нагревании многие кислые соли разлагаются:

t

2NaHCO₃ =Na₂CO₃ + CO₂­ + H₂O

Основные соли часто получаются при осторожном добавлении небольших количеств щелочей к растворам средних солей металлов, имеющих малорастворимые основания, или при действии солей слабых кислот на средние соли:

AlCl₃ + 2NaOH = Al(OH)₂Cl + 2NaCl

Химические свойства кислых солей в отличие от свойств средних солей обусловлены наличием не только катионов металла, но и катионов водорода. Поэтому они проявляют не только свойства солей, но и кислот.

Катионы водорода обусловливают взаимодействие кислых солей:

1) Со щелочами: NaHCO₃+NaOH=Na₂SO₄+H₂O

2) C солями: 2NaHSO₄+MgCO₃=MgSO₄+Na₂SO₄+H₂O+CO₂­

3) С металлами:

а) расположенными в электрохимическом ряду напряжений до водорода, но правее по отношению к металлу, образующему соль:

2NaHSO₄ + Fe = Na₂SO₄ + FeSO₄ + H₂­

б) расположенными в электрохимическом ряду напряжений до водорода, но левее по отношению к металлу, образующему соль. В этом случае в реакцию вступает как катион металла, так и катион водорода:

Fe(HSO₄)₂ + 2Mg = 2 MgSO₄ + Fe + H₂­

Образование кислых и средних солей имеет большое значение при объяснении процессов гидролиза.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: