Если вы в школе не увлекались химией, вы вряд ли с ходу вспомните, что такое оксиды и какова их роль в окружающей среде. На самом деле это довольно распространенный тип соединения, который наиболее часто в окружающей среде встречается в форме воды, ржавчины, углекислого газа и песка. Также к оксидам относятся минералы - вид горных пород, имеющий кристаллическое строение.
Определение
Оксиды - это химические соединения, в формуле которых содержится как минимум один атом кислорода и атомы других химических элементов. Оксиды металлов, как правило, содержат анионы кислорода в степени окисления -2. Значительная часть Земной коры состоит из твердых оксидов, которые возникли в процессе окисления элементов кислородом из воздуха или воды. В процессе сожжения углеводорода образуется два основных оксида углерода: монооксид углерода (угарный газ, СО) и диоксид углерода (углекислый газ, CO 2).
Классификация оксидов
Все оксиды принято делить на две большие группы:
- солеобразующие оксиды;
- несолеобразующие оксиды.
Солеобразующие оксиды - химические вещества, в которых помимо кислорода содержатся элементы металлов и неметаллов, которые образуют кислоты при контакте с водой, а соединяясь с основаниями - соли.
Солеобразующие оксиды в свою очередь подразделяются на:
- основные оксиды, в которых при окислении второй элемент (1, 2 и иногда 3-валентный металл) становится катионом (Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, CuO, Ag 2 O, MgO, CaО, SrO, BaO, HgO, MnО, CrO, NiО, Fr 2 O, Cs 2 O, Rb 2 O, FeO);
- кислотные оксиды, в которых при образовании соли второй элемент присоединяется к отрицательно заряженному атому кислорода (CO 2 , SO 2 , SO 3 , SiO 2 , P 2 O 5 , CrO 3 , Mn 2 O 7 , NO 2 , Cl 2 O 5 , Cl 2 O 3);
- амфотерные оксиды, в которых второй элемент (3 и 4-валентные металлы или такие исключения, как оксид цинка, оксид бериллия, оксид олова и оксид свинца) может стать как катионом, так и присоединиться к аниону (ZnO, Cr 2 O 3 , Al 2 O 3 , SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , TiO 2 , MnO 2 , Fe 2 O 3 , BeO).
Несолеобразующие оксиды не проявляют ни кислотных, ни основных, ни амфотерных свойств и, как следует из названия, не образуют солей (CO, NO, NO 2 , (FeFe 2)O 4).
Свойства оксидов
- Атомы кислорода в оксидах обладают высокой химической активностью. Благодаря тому, что атом кислорода всегда заряжен отрицательно, он образует устойчивые химические связи практически со всеми элементами, что обуславливает широкое многообразие оксидов.
- Благородные металлы, такие как золото и платина, ценятся из-за того, что они не окисляются естественным путем. Коррозия металлов образуется в результате гидролиза или окисления кислородом. Сочетание воды и кислорода лишь ускоряет скорость реакции.
- В присутствии воды и кислорода (или просто воздуха) реакция окисления некоторых элементов, к примеру, натрия, происходит стремительно и может быть опасна для человека.
- Оксиды создают защитную оксидную пленку на поверхности. В качестве примера можно привести алюминиевую фольгу, которая благодаря покрытию из тонкой пленки оксида алюминия, подвергается коррозии значительно медленнее.
- Оксиды большинства металлов имеют полимерную структуру, благодаря чему не разрушаются под действием растворителей.
- Оксиды растворяются под действием кислот и оснований. Оксиды, которые могут реагировать как с кислотами, так и с основаниями, называются амфотерными. Металлы, как правило, образуют основные оксиды, неметаллы - кислотные оксиды, а амфотерные оксиды получаются из щелочных металлов (металлоиды).
- Количество оксида металла может сократиться под действием некоторых органических соединений. Такие окислительно-восстановительные реакции лежат в основе многих важных химических трансформаций, таких как детоксикация препаратов под воздействием P450 энзимов и производство этиленоксида, из которого потом производят антифриз.
Тем, кто увлекается химией, будут интересны также следующие статьи.
Оксиды – сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород. Оксиды могут быть солеобразующими и несолеобразующими: одним из видов солеобразующих оксидов являются основные оксиды. Чем они отличаются от других видов, и каковы их химические свойства?
Солеобразующие оксиды подразделяются на основные, кислотные и амфотерные оксиды. Если основным оксидам соответствуют основания, то кислотным – кислоты, а амфотерным оксидам соответствуют амфотерные образования. Амфотерными оксидами называют такие соединения, которые в зависимости от условий могут проявлять либо основные, либо кислотные свойства.
Рис. 1. Классификация оксидов.
Физические свойства оксидов очень разнообразны. Они могут быть как газами (CO 2), так и твердыми (Fe 2 O 3) или жидкими веществами (H 2 O).
При этом большинство основных оксидов является твердыми веществами различных цветов.
оксиды, в которых элементы проявляют свою высшую активность называются высшими оксидами. Порядок возрастания кислотных свойств высших оксидов соответствующих элементов в периодах слева направо объясняется постепенным возрастанием положительного заряда ионов этих элементов.
Химические свойства основных оксидов
Основными оксидами называются оксиды, которым соответствуют основания. Например, основным оксидам K 2 O, СaO соответствуют основания KOH, Ca(OH) 2 .
Рис. 2. Основные оксиды и соответствующие им основания.
Основные оксиды образуются типичными металлами, а также металлами переменной валентности в низшей степени окисления (например, CaO, FeO), реагируют с кислотами и кислотными оксидами, образуя при этом соли:
CaO (основной оксид)+CO 2 (кислотный оксид)=СaCO 3 (соль)
FeO (основной оксид)+H 2 SO 4 (кислота)=FeSO 4 (соль)+2H 2 O (вода)
Основные оксиды также взаимодействуют с амфотерными оксидами, в результате чего происходит образование соли, например:
С водой реагируют только оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов:
BaO (основной оксид)+H 2 O (вода)=Ba(OH) 2 (основание щелочнозем. металла)
Многие основные оксиды имеют характер восстанавливаться до веществ, состоящих из атомов одного химического элемента:
3CuO+2NH 3 =3Cu+3H 2 O+N 2
При нагревании разлагаются только оксиды ртути и благородных металлов:
Рис. 3. Оксид ртути.
Список основных оксидов:
| Название оксида | Химическая формула | Свойства |
| Оксид кальция | CaO | негашенная известь, белое кристаллическое вещество |
| Оксид магния | MgO | белое вещество, малорастворимое в воде |
| Оксид бария | BaO | бесцветные кристаллы с кубической решеткой |
| Оксид меди II | CuO | вещество черного цвета практически нерастворимое в воде |
| HgO | твердое вещество красного или желто-оранжевого цвета | |
| Оксид калия | K 2 O | бесцветное или бледно-желтое вещество |
| Оксид натрия | Na 2 O | вещество, состоящее из бесцветных кристаллов |
| Оксид лития | Li 2 O | вещество, состоящее из бесцветных кристаллов, которые имеют строение кубической решетки |
Оксиды.
Это – сложные вещества состоящие из ДВУХ элементов, один из которых кислород. Например:
CuO– оксид меди(II)
AI 2 O 3 – оксид алюминия
SO 3 – оксид серы (VI)
Оксиды делятся (их классифицируют) на 4 группы:
Na 2 O– Оксид натрия
СаО – Оксид кальция
Fe 2 O 3 – оксид железа (III)
2). Кислотные – Это оксидынеметаллов . А иногда и металлов если степень окисления металла > 4. Например:
СО 2 – Оксид углерода (IV)
Р 2 О 5 – Оксид фосфора (V)
SO 3 – Оксид серы (VI)
3). Амфотерные – Это оксиды которые имеют свойства, как основных так и кислотных оксидов. Необходимо знать пять наиболее часто встречающихся амфотерных оксидов:
BeO–оксид бериллия
ZnO– Оксид цинка
AI 2 O 3 – Оксид алюминия
Cr 2 O 3 – Оксид хрома (III)
Fe 2 O 3 – Оксид железа (III)
4). Несолеобразующие (безразличные) – Это оксиды которые не проявляют свойств ни основных, ни кислотных оксидов. Необходимо запомнить три оксида:
СО – оксид углерода (II) угарный газ
NO– оксид азота (II)
N 2 O– оксид азота (I) веселящий газ, закись азота
Способы получения оксидов.
1). Горение, т.е. взаимодействие с кислородом простого вещества:
4Na + O 2 = 2Na 2 O
4P + 5O 2 = 2P 2 O 5
2). Горение, т.е. взаимодействие с кислородом сложного вещества (состоящего из двух элементов ) при этом образуются два оксида.
2ZnS + 3O 2 = 2ZnO + 2SO 2
4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2
3). Разложение трех слабых кислот. Другие не разлагаются. При этом образуются – кислотный оксид и вода.
Н 2 СО 3 = Н 2 О + СО 2
Н 2 SO 3 = H 2 O + SO 2
H 2 SiO 3 = H 2 O + SiO 2
4). Разложение нерастворимых оснований. Образуются основный оксид и вода.
Mg(OH) 2 = MgO + H 2 O
2Al(OH) 3 = Al 2 O 3 + 3H 2 O
5). Разложение нерастворимых солей. Образуются основный оксид и кислотный оксид.
СаСО 3 = СаО + СО 2
МgSO 3 = MgO + SO 2
Химические свойства.
I . Основных оксидов.
щелочь.
Na 2 O + H 2 O = 2NaOH
CaO + H 2 O = Ca(OH) 2
СuO + H 2 O = реакция не протекает, т.к. возможное основание в состав которого входит медь - нерастворимо
2). Взаимодействие с кислотами, при этом образуется соль и вода. (Основный оксид и кислоты реагируют ВСЕГДА)
К 2 О + 2НСI = 2KCl + H 2 O
CaO + 2HNO 3 = Ca(NO 3) 2 + H 2 O
3). Взаимодействие с кислотными оксидами, при этом образуется соль.
Li 2 O + CO 2 = Li 2 CO 3
3MgO + P 2 O 5 = Mg 3 (PO 4) 2
4). Взаимодействие с водородом, при этом образуется металл и вода.
CuO + H 2 = Cu + H 2 O
Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O
II. Кислотных оксидов.
1). Взаимодействие с водой, при этом должна образоваться кислота. (Только SiO 2 не взаимодействует с водой)
CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3
P 2 O 5 + 3H 2 O = 2H 3 PO 4
2). Взаимодействие с растворимыми основаниями (щелочами). При этом образуется соль и вода.
SO 3 + 2KOH = K 2 SO 4 + H 2 O
N 2 O 5 + 2KOH = 2KNO 3 + H 2 O
3). Взаимодействие с основными оксидами. При этом образуется только соль.
N 2 O 5 + K 2 O = 2KNO 3
Al 2 O 3 + 3SO 3 = Al 2 (SO 4) 3
Основные упражнения.
1). Закончить уравнение реакции. Определить её тип.
К 2 О + Р 2 О 5 =
Решение.
Что бы записать, что образуется в результате – необходимо определить – какие вещества вступили в реакцию – здесь это оксид калия (основный) и оксид фосфора (кислотный) согласно свойств – в результате должна получиться СОЛЬ (смотри свойство № 3) а соль состоит из атомов металлов (в нашем случае калия) и кислотного остатка в состав которого входит фосфор (т.е. РО 4 -3 – фосфат) Поэтому
3К 2 О + Р 2 О 5 = 2К 3 РО 4
тип реакции – соединение (так как вступают в реакцию два вещества, а образуется – одно)
2). Осуществить превращения (цепочка).
Са → СаО → Са(ОН) 2 → СаСО 3 → СаО
Решение
Для выполнения этого упражнения необходимо помнить, что каждая стрелочка это одно уравнение (одна химическая реакция). Пронумеруем каждую стрелочку. Следовательно, необходимо записать 4 уравнения. Вещество записанное слева от стрелочки(исходное вещество) вступает в реакцию, а вещество записанное справа – образуется в результате реакции(продукт реакции). Расшифруем первую часть записи:
Са + …..→ СаО Мы обращаем внимание, что вступает в реакцию простое вещество, а образуется оксид. Зная способы получения оксидов (№ 1) приходим к выводу, что в данной реакции необходимо добавить –кислород (О 2)
2Са + О 2 → 2СаО
Переходим к превращению № 2
СаО → Са(ОН) 2
СаО + ……→ Са(ОН) 2
Приходим к выводу, что здесь необходимо применить свойство основных оксидов – взаимодействие с водой, т.к. только в этом случае из оксида образуется основание.
СаО + Н 2 О → Са(ОН) 2
Переходим к превращению № 3
Са(ОН) 2 → СаСО 3
Сa(OH) 2 + ….. = CaCO 3 + …….
Приходим к выводу, что здесь речь идет об углекислом газе СО 2 т.к. только он при взаимодействии со щелочами образует соль (смотри свойство № 2 кислотных оксидов)
Сa(OH) 2 + СО 2 = CaCO 3 + Н 2 О
Переходим к превращению № 4
СаСО 3 → СаО
СаСО 3 = ….. СаО + ……
Приходим к выводу что здесь образуется еще СО 2 , т.к. СаСО 3 нерастворимая соль и именно при разложении таких веществ образуются оксиды.
СаСО 3 = СаО + СО 2
3). С какими из перечисленных веществ взаимодействует СО 2 . Напишите уравнения реакций.
А). Соляная кислота Б). Гидроксид натрия В). Оксид калия г). Вода
Д). Водород Е). Оксид серы (IV).
Определяем, что СО 2 – это кислотный оксид. А кислотные оксиды вступают в реакции с водой, щелочами и основными оксидами … Следовательно из приведенного списка выбираем ответы Б, В, Г И именно с ними записываем уравнения реакций:
1). СО 2 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + H 2 O
2). CO 2 + K 2 O = K 2 CO 3
Свойства оксидов
Оксиды
- это сложные химические вещества, представляющие собой химические соединения простых элементов с кислородом. Они бывают солеобразующими
и не образующие соли
.
При этом солеобразующие бывают 3-х типов: основными
(от слова "основание"), кислотными
и амфотерными
.
Примером окислов, не образующих соли, могут быть: NO (окись азота) - представляет собой бесцветный газ, без запаха. Он образуется во время грозы в атмосфере. CO (окись углерода) - газ без запаха, образуется при сгорании угля. Его обычно называют угарным газом. Существуют и другие окислы, не образующие соли.
Теперь разберём подробнее каждый вид солеобразующих окислов.
Основные оксиды
Основные оксиды
- это сложные химические вещества, относящиеся к окислам, которые образуют соли при химической реакции с кислотами или кислотными оксидами и не реагируют с основаниями или основными оксидами. Например, к основным относятся следующие:
K 2 O (окись калия), CaO (окись кальция), FeO (окись железа 2-валентного).
Рассмотрим химические свойства оксидов на примерах
1. Взаимодействие с водой:
- взаимодействие с водой с образованием основания (или щёлочи)
CaO+H 2 O→ Ca(OH) 2 (известная реакция гашения извести, при этом выделяется большое количества тепла!)
2. Взаимодействие с кислотами:
- взаимодействие с кислотой с образованием соли и воды (раствор соли в воде)
CaO+H 2 SO 4 → CaSO 4 + H 2 O (Кристаллы этого вещества CaSO 4 известны всем под названием "гипс").
3. Взаимодействие с кислотными оксидами: образование соли
CaO+CO 2 → CaCO 3 (Это вещество известно всем - обычный мел!)
Кислотные оксиды
Кислотные оксиды - это сложные химические вещества, относящиеся к окислам, которые образуют соли при химическом взаимодействии с основаниями или основными оксидами и не взаимодействуют с кислотными оксидами.
Примерами кислотных окислов могут быть:
CO 2 (всем известный углекислый газ), P 2 O 5 - оксид фосфора (образуется при сгорании на воздухе белого фосфора), SO 3 - триокись серы - это вещество используют для получения серной кислоты .
Химическая реакция с водой
CO 2 +H 2 O→ H 2 CO 3 - это вещество - угольная кислота - одна из слабых кислот, её добавляют в газированную воду для "пузырьков" газа. С повышением температуры растворимость газа в воде уменьшается, а его излишек выходит в виде пузырьков.
Реакция с щелочами (основаниями):
CO 2 +2NaOH→ Na 2 CO 3 +H 2 O- образовавшееся вещество (соль) широко используется в хозяйстве. Её название - кальцинированная сода или стиральная сода, - отличное моющее средство для подгоревших кастрюль, жира, пригара. Голыми руками работать не рекомендую!
Реакция с основными оксидами:
CO 2 +MgO→ MgCO 3 - получившая соль - карбонат магния - ещё называется "горькая соль".
Амфотерные оксиды
Амфотерные оксиды - это сложные химические вещества, также относящиеся к окислам, которые образуют соли при химическом взаимодействии и с кислотами (или кислотными оксидами ) и основаниями (или основными оксидами ). Наиболее частое применение слово "амфотерный" в нашем случае относится к оксидам металлов .
Примером амфотерных оксидов могут быть:
ZnO - окись цинка (белый порошок, часто применяемый в медицине для изготовления масок и кремов), Al 2 O 3 - окись алюминия (называют еще "глинозёмом").
Химические свойства амфотерных оксидов уникальны тем, что они могут вступать в химические реакции, соответствующие как основаниями так и с кислотами. Например:
Реакция с кислотным оксидом:
ZnO+H 2 CO 3 → ZnCO 3 + H 2 O - Образовавшееся вещество - раствор соли "карбоната цинка" в воде.
Реакция с основаниями:
ZnO+2NaOH→ Na 2 ZnO 2 +H 2 O - полученное вещество - двойная соль натрия и цинка.
Получение оксидов
Получение оксидов производят различными способами. Это может происходить физическим и химическим способами. Самым простым способом является химическое взаимодействие простых элементов с кислородом. Например, результатом процесса горения или одним из продуктов этой химической реакции являются оксиды . Например, если раскалённое железный прутик, да и не только железный (можно взять цинк Zn, олово Sn, свинец Pb, медь Cu, - вообщем то, что имеется под рукой) поместить в колбу с кислородом, то произойдёт химическая реакция окисления железа, которая сопровождается яркой вспышкой и искрами. Продуктом реакции будет чёрный порошок оксида железа FeO:
2Fe+O 2 → 2FeO
Полностью аналогичны химические реакции с другими металлами и неметаллами. Цинк сгорает в кислороде с образованием окисла цинка
2Zn+O 2 → 2ZnO
Горение угля сопровождается образованием сразу двух окислов: угарного газа и углекислого газа
2C+O 2 → 2CO - образование угарного газа.
C+O 2 → CO 2 - образование углекислого газа. Этот газ образуется если кислорода имеется в более, чем достаточном количестве, то есть в любом случае сначала протекает реакция с образованием угарного газа, а потом угарный газ окисляется, превращаясь в углекислый газ.
Получение оксидов можно осуществить другим способом - путём химической реакции разложения . Например, для получения окисла железа или окисла алюминия необходимо прокалить на огне соответствующие основания этих металлов :
Fe(OH) 2 → FeO+H 2 O
Твёрдый оксид алюминия - минерал корунд
Оксид железа (III). Поверхность планеты Марс имеет красновато-оранжевый цвет из-за наличия в грунте оксида железа (III).
Твёрдый оксид алюминия - корунд
2Al(OH) 3 → Al 2 O 3 +3H 2 O,
а также при разложении отдельных кислот:
H 2 CO 3 → H 2 O+CO 2 - разложение угольной кислоты
H 2 SO 3 → H 2 O+SO 2 - разложение сернистой кислоты
Получение оксидов можно осуществить из солей металлов при сильном нагревании:
CaCO 3 → CaO+CO 2 - прокаливанием мела получают окись кальция (или негашенную известь) и углекислый газ.
2Cu(NO 3) 2 → 2CuO + 4NO 2 + O 2 - в этой реакции разложения получается сразу два окисла: меди CuO (чёрного цвета) и азота NO 2 (его ещё называют бурым газом из-за его действительно бурого цвета).
Ещё одним способом, которым можно осуществить получение окислов - это окислительно-восстановительные реакции
Cu + 4HNO 3 (конц.)→ Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
S + 2H 2 SO 4 (конц.)→ 3SO 2 + 2H 2 O
Оксиды хлора
Молекула ClO 2
Молекула Cl 2 O 7
Закись азота N 2 O
Азотистый ангидрид N 2 O 3
Азотный ангидрид N 2 O 5
Бурый газ NO 2
Известны следующие оксиды хлора : Cl 2 O, ClO 2 , Cl 2 O 6 , Cl 2 O 7 . Все они, за исключением Cl 2 O 7 , имеют желтую или оранжевую окраску и не устойчивы, особенно ClO 2 , Cl 2 O 6 . Все оксиды хлора взрывоопасны и являются очень сильными окислителями.
Реагируя с водой, они образуют соответствующие кислородсодержащие и хлорсодержащие кислоты :
Так, Cl 2 O - кислотный оксид хлора хлорноватистой кислоты.
Cl 2 O + H 2 O→ 2HClO - Хлорноватистая кислота
ClO 2 - кислотный оксид хлора хлорноватистой и хлорноватой кислоты, так как при химической реакции с водой образует сразу две этих кислоты:
ClO 2 + H 2 O→ HClO 2 + HClO 3
Cl 2 O 6 - тоже кислотный оксид хлора хлорноватой и хлорной кислот:
Cl 2 O 6 + H 2 O→ HClO 3 + HClO 4
И, наконец, Cl 2 O 7 - бесцветная жидкость - кислотный оксид хлора хлорной кислоты:
Cl 2 O 7 + H 2 O→ 2HClO 4
Оксиды азота
Азот - газ, который образует 5 различных соединений с кислородом - 5 оксидов азота . А именно:
N 2 O - гемиоксид азота
. Другое его название известно в медицине под названием веселящий газ
или закись азота
- это бесцветный сладковатый и приятный на вкус на газ.
- NO - моноксид азота
- бесцветный, не имеющий ни запаха ни вкуса газ.
- N 2 O 3 - азотистый ангидрид
- бесцветное кристаллическое вещество
- NO 2 - диоксид азота
. Другое его название - бурый газ
- газ действительно имеет буро-коричневый цвет
- N 2 O 5 - азотный ангидрид
- синяя жидкость, кипящая при температуре 3,5 0 C
Из всех этих перечисленных соединений азота наибольший интерес в промышленности представляют NO - моноксид азота и NO 2 - диоксид азота. Моноксид азота (NO) и закись азота N 2 O не реагируют ни с водой, ни с щелочами. (N 2 O 3) при реакции с водой образует слабую и неустойчивую азотистую кислоту HNO 2 , которая на воздухе постепенно переходит в более стойкое химическое вещество азотную кислоту Рассмотрим некоторые химические свойства оксидов азота :
Реакция с водой:
2NO 2 + H 2 O→ HNO 3 + HNO 2 - образуется сразу 2 кислоты: азотная кислота HNO 3 и азотистая кислота.
Реакция с щелочью:
2NO 2 + 2NaOH→ NaNO 3 + NaNO 2 + H 2 O - образуются две соли: нитрат натрия NaNO 3 (или натриевая селитра) и нитрит натрия (соль азотистой кислоты).
Реакция с солями:
2NO 2 + Na 2 CO 3 → NaNO 3 + NaNO 2 + CO 2 - образуются образуются две соли: нитрат натрия и нитрит натрия, и выделяется углекислый газ.
Получают диоксид азота (NO 2) из моноксида азота (NO) с помощью химической реакции соединения c кислородом :
2NO + O 2 → 2NO 2
Оксиды железа
Железо образует два оксида : FeO - оксид железа (2-валентный) - порошок чёрного цвета, который получают восстановлением оксида железа (3-валентного) угарным газом по следующей химической реакции:
Fe 2 O 3 +CO→ 2FeO+CO 2
Этот основной оксид, легко вступающий в реакции с кислотами. Он обладает восстановительными свойствами и быстро окисляется в оксид железа (3-валентный).
4FeO +O 2 → 2Fe 2 O 3
Оксид железа (3-валентный) - красно-бурый порошок (гематит), обладающий амфотерными свойствами (может взаимодействовать и с кислотами и со щелочами). Но кислотные свойства этого оксида выражены настолько слабо, что наиболее часто он его используют, как основной оксид .
Есть ещё так называемы смешанный оксид железа Fe 3 O 4 . Он образуется при горении железа, хорошо проводит электрический ток и обладает магнитными свойствами (его называют магнитным железняком или магнетитом). Если железо сгорает, то в результате реакции горения образуется окалина, состоящая сразу из двух оксидов: оксида железа (III) и (II) валентные.
Оксид серы
Сернистый газ
SO 2
Оксид серы SO 2 - или сернистый газ относится к кислотным оксидам , но кислоту не образует, хотя отлично растворяется в воде - 40л оксида серы в 1 л воды (для удобства составления химических уравнений такой раствор называют сернистой кислотой).
При нормальных обстоятельствах - это бесцветный газ с резким и удушливым запахом горелой серы. При температуре всего -10 0 C его можно перевести в жидкое состояние.
В присутствии катализатора -оксида ванадия (V 2 O 5) оксид серы присоединяет кислород и превращается в триоксид серы
2SO 2 +O 2 → 2SO 3
Растворённый в воде сернистый газ - оксид серы SO 2 - очень медленно окисляется, в результате чего сам раствор превращается в серную кислоту
Если сернистый газ пропускать через раствор щелочи, например, гидроксида натрия, то образуется сульфит натрия (или гидросульфит - смотря сколько взять щёлочи и сернистого газа)
NaOH + SO 2 → NaHSO 3 - сернистый газ взят в избытке
2NaOH + SO 2 → Na 2 SO 3 + H 2 O
Если сернистый газ не реагирует с водой, то почему его водный раствор даёт кислую реакцию?! Да, не реагирует, но он сам окисляется в воде, присоединяя к себе кислород. И получается, что в воде накапливаются свободные атомы водорода, которые и дают кислую реакцию (можете проверить каким-нибудь индикатором!)
Сегодня мы начинаем
знакомство с важнейшими классами неорганических соединений. Неорганические
вещества по составу делятся, как вы уже знаете, на простые и сложные.
|
ОКСИД |
КИСЛОТА |
ОСНОВАНИЕ |
СОЛЬ |
|
Э х О у |
Н n A А – кислотный остаток |
Ме(ОН) b ОН – гидроксильная группа |
Me n A b |
Сложные неорганические вещества подразделяют на четыре класса: оксиды, кислоты, основания, соли. Мы начинаем с класса оксидов.
ОКСИДЫ
Оксиды
- это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых
кислород, с валентность равной 2. Лишь один химический элемент - фтор,
соединяясь с кислородом, образует не оксид, а фторид кислорода OF 2 .
Называются они просто - "оксид + название элемента" (см. таблицу). Если
валентность химического элемента переменная, то указывается римской цифрой,
заключённой в круглые скобки, после названия химического элемента.
|
Формула |
Название |
Формула |
Название |
|
оксид углерода (II) |
Fe 2 O 3 |
оксид железа (III) |
|
|
оксид азота (II) |
CrO 3 |
оксид хрома (VI) |
|
|
Al 2 O 3 |
оксид алюминия |
оксид цинка |
|
|
N 2 O 5 |
оксид азота (V) |
Mn 2 O 7 |
оксид марганца (VII) |
Классификация оксидов
Все оксиды можно разделить на две группы: солеобразующие (основные, кислотные, амфотерные) и несолеобразующие или безразличные.
|
Оксиды металлов Ме х О у |
Оксиды неметаллов неМе х О у |
|||
|
Основные |
Кислотные |
Амфотерные |
Кислотные |
Безразличные |
|
I, II Ме |
V-VII Me |
ZnO,BeO,Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 |
> II неМе |
I, II неМе CO, NO, N 2 O |
1). Основные оксиды – это оксиды, которым соответствуют основания. К основным оксидам относятся оксиды металлов 1 и 2 групп, а также металлов побочных подгрупп с валентностью I и II (кроме ZnO - оксид цинка и BeO – оксид берилия):
2). Кислотные оксиды – это оксиды, которым соответствуют кислоты. К кислотным оксидам относятся оксиды неметаллов (кроме несолеобразующих – безразличных), а также оксиды металлов побочных подгрупп с валентностью от V до VII (Например, CrO 3 -оксид хрома (VI), Mn 2 O 7 - оксид марганца (VII)):
3). Амфотерные оксиды – это оксиды, которым соответствуют основания и кислоты. К ним относятся оксиды металлов главных и побочных подгрупп с валентностью III , иногда IV , а также цинк и бериллий (Например, BeO , ZnO , Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 ).
4). Несолеобразующие оксиды – это оксиды безразличные к кислотам и основаниям. К ним относятся оксиды неметаллов с валентностью I и II (Например, N 2 O , NO , CO ).
Вывод:характер свойств оксидов в первую очередь зависит от валентности элемента.
Например, оксиды хрома:
CrO ( II - основный);
Cr 2 O 3 ( III - амфотерный);
CrO 3 ( VII - кислотный).
Классификация оксидов
(по растворимости в воде)
|
Кислотные оксиды |
Основные оксиды |
Амфотерные оксиды |
|
Растворимы в воде. Исключение – SiO 2 (не растворим в воде) |
В воде растворяются только оксиды щелочных и щелочноземельных металлов (это металлы I «А» и II «А» групп, исключение Be , Mg ) |
С водой не взаимодействуют. В воде не растворимы |
Выполните задания:
1. Выпишите отдельно химические формулы солеобразующих кислотных и основных оксидов.
NaOH, AlCl 3 , K 2 O, H 2 SO 4 , SO 3 , P 2 O 5 , HNO 3 , CaO, CO.
2.
Даны
вещества
: CaO, NaOH, CO 2 , H 2 SO 3 , CaCl 2 , FeCl 3 , Zn(OH) 2 , N 2 O 5 , Al 2 O 3 , Ca(OH) 2 , CO 2 , N 2 O, FeO
,
SO 3 , Na 2 SO 4 , ZnO, CaCO 3 , Mn 2 O 7 , CuO, KOH, CO, Fe(OH) 3
Получение оксидов
Тренажёр "Взаимодействие кислорода с простыми веществами"
|
1. Горение веществ (Окисление кислородом) |
а) простых веществ Тренажёр |
2Mg +O 2 =2MgO |
|
б) сложных веществ |
2H 2 S+3O 2 =2H 2 O+2SO 2 |
|
|
2.Разложение сложных веществ (используйте таблицу кислот, см. приложения) |
а) солей СОЛЬ t = ОСНОВНЫЙ ОКСИД+КИСЛОТНЫЙ ОКСИД |
СaCO 3 =CaO+CO 2 |
|
б) Нерастворимых оснований Ме(ОН) b t = Me x O y + H 2 O |
Cu (OH) 2 t =CuO+H 2 O |
|
|
в) кислородсодержащих кислот Н n A = КИСЛОТНЫЙ ОКСИД + H 2 O |
H 2 SO 3 =H 2 O+SO 2 |
Физические свойства оксидов
При комнатной температуре большинство оксидов - твердые вещества (СаО, Fe 2 O 3 и др.), некоторые - жидкости (Н 2 О, Сl 2 О 7 и др.) и газы (NO, SO 2 и др.).
Химические свойства оксидов
|
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОСНОВНЫХ ОКСИДОВ 1. Основной оксид + Кислотный оксид = Соль (р. соединения) CaO + SO 2 = CaSO 3 2. Основной оксид + Кислота = Соль + Н 2 О (р. обмена) 3 K 2 O + 2 H 3 PO 4 = 2 K 3 PO 4 + 3 H 2 O 3. Основной оксид + Вода = Щёлочь (р. соединения) Na 2 O + H 2 O = 2 NaOH |
|
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОТНЫХ ОКСИДОВ 1. Кислотный оксид + Вода = Кислота (р. соединения) С O 2 + H 2 O = H 2 CO 3 , SiO 2 – не реагирует 2. Кислотный оксид + Основание = Соль + Н 2 О (р. обмена) P 2 O 5 + 6 KOH = 2 K 3 PO 4 + 3 H 2 O 3. Основной оксид + Кислотный оксид = Соль (р. соединения) CaO + SO 2 = CaSO 3 4. Менее летучие вытесняют более летучие из их солей CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2 |
|
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМФОТЕРНЫХ ОКСИДОВ Взаимодействуют как с кислотами, так и со щелочами. ZnO + 2 HCl = ZnCl 2 + H 2 O ZnO + 2 NaOH + H 2 O = Na 2 [ Zn (OH ) 4 ] (в растворе) ZnO + 2 NaOH = Na 2 ZnO 2 + H 2 O (при сплавлении) |
Применение оксидов
Некоторые оксиды не растворяются в воде, но многие вступают с водой в реакции соединения:
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4
CaO + H 2 O = Ca ( OH ) 2
В результате часто получаются очень нужные и полезные соединения. Например, H 2 SO 4 – серная кислота, Са(ОН) 2 – гашеная известь и т.д.
Если оксиды нерастворимы в воде, то люди умело используют и это их свойство. Например, оксид цинка ZnO – вещество белого цвета, поэтому используется для приготовления белой масляной краски (цинковые белила). Поскольку ZnO практически не растворим в воде, то цинковыми белилами можно красить любые поверхности, в том числе и те, которые подвергаются воздействию атмосферных осадков. Нерастворимость и неядовитость позволяют использовать этот оксид при изготовлении косметических кремов, пудры. Фармацевты делают из него вяжущий и подсушивающий порошок для наружного применения.
Такими же ценными свойствами обладает оксид титана (IV) – TiO 2 . Он тоже имеет красивый белый цвет и применяется для изготовления титановых белил. TiO 2 не растворяется не только в воде, но и в кислотах, поэтому покрытия из этого оксида особенно устойчивы. Этот оксид добавляют в пластмассу для придания ей белого цвета. Он входит в состав эмалей для металлической и керамической посуды.
Оксид хрома (III) – Cr 2 O 3 – очень прочные кристаллы темно-зеленого цвета, не растворимые в воде. Cr 2 O 3 используют как пигмент (краску) при изготовлении декоративного зеленого стекла и керамики. Известная многим паста ГОИ (сокращение от наименования “Государственный оптический институт”) применяется для шлифовки и полировки оптики, металлических изделий, в ювелирном деле.
Благодаря нерастворимости и прочности оксида хрома (III) его используют и в полиграфических красках (например, для окраски денежных купюр). Вообще, оксиды многих металлов применяются в качестве пигментов для самых разнообразных красок, хотя это – далеко не единственное их применение.
Задания для закрепления
1. Выпишите отдельно химические формулы солеобразующих кислотных и основных оксидов.
NaOH, AlCl 3 , K 2 O, H 2 SO 4 , SO 3 , P 2 O 5 , HNO 3 , CaO, CO.
2. Даны вещества : CaO, NaOH, CO 2 , H 2 SO 3 , CaCl 2 , FeCl 3 , Zn(OH) 2 , N 2 O 5 , Al 2 O 3 , Ca(OH) 2 , CO 2 , N 2 O, FeO , SO 3 , Na 2 SO 4 , ZnO, CaCO 3 , Mn 2 O 7 , CuO, KOH, CO, Fe(OH) 3
Выберите из перечня: основные оксиды, кислотные оксиды, безразличные оксиды, амфотерные оксиды и дайте им названия .
3. Закончите УХР, укажите тип реакции, назовите продукты реакции
Na 2 O + H 2 O =
N 2 O 5 + H 2 O =
CaO + HNO 3 =
NaOH + P 2 O 5 =
K 2 O + CO 2 =
Cu(OH) 2 = ? + ?
4. Осуществите превращения по схеме:
1) K → K 2 O → KOH → K 2 SO 4
2) S→SO 2 →H 2 SO 3 →Na 2 SO 3
3) P→P 2 O 5 →H 3 PO 4 →K 3 PO 4
