Неорганическая химия

1. Важнейшие классы неорганических соединений: оксиды, гидроксиды, кислоты, соли.

Окси́д (о́кисел, о́кись) — соединение химического элемента с кислородом, в котором сам кислород связан только с менее электроотрицательным элементом. Химический элемент кислород по электроотрицательности второй после фтора, поэтому к оксидам относятся почти все соединения химических элементов с кислородом. К исключениям относятся, например, дифторид кислорода OF₂.

В зависимости от химических свойств различают:

СОЛЕОБРАЗУЮЩИЕ ОКСИДЫ:

основные оксиды – оксиды, образующие соли и воду при взаимодействии с кислотами или кислотными оксидами (например, оксид натрия Na₂O, оксид меди(II) CuO): оксиды металлов, степень окисления которых I—II;

Химические свойства: Основные оксиды

1. Основный оксид + кислота = соль + вода

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O

2. Сильноосновный оксид + вода = щелочь

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

3. Сильноосновный оксид + кислотный оксид = соль

CaO + Mn₂O₇ = Ca(MnO₄)₂

Na₂O + CO₂ = Na₂CO₃

4. Основный оксид + водород = металл + вода

CuO + H₂ = Cu + H₂O

кислотные оксиды – оксиды, растворяющиеся только в щелочах, с образованием соли и воды. Образуются типичными неметаллами и некоторыми переходными элементами (например, оксид серы(VI) SO₃, оксид азота(IV) NO₂): оксиды металлов со степенью окисления V—VII и оксиды неметаллов;

Химические свойства: Кислотные оксиды

1. Кислотный оксид + вода = кислота

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

Некоторые оксиды, например SiO₂, с водой не реагируют, поэтому их кислоты получают косвенным путём.

2. Кислотный оксид + основный оксид = соль

CO₂ + CaO = CaCO₃

3. Кислотный оксид + основание = соль + вода

SO₂ + 2NaOH = Na₂SO₃ + H₂O

Если кислотный оксид является ангидридом многоосновной кислоты, возможно образование кислых или средних солей:

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃↓ + H₂O

CaCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca(HCO₃)₂

4. Нелетучий оксид + соль1 = соль2 + летучий оксид

SiO₂ + Na₂CO₃ = Na₂SiO₃ + CO₂↑

амфотерные оксиды — солеобразующие оксиды, проявляющие в зависимости от условий либо осно́вные, либо кислотные свойства (то есть проявляющие амфотерность). Образуются переходными металлами (например, оксид цинка ZnO, оксид алюминия Al₂О₃): оксиды металлов со степенью окисления III—IV и исключения II (ZnO, BeO, SnO, PbO);

Химические свойства: Амфотерные оксиды

При взаимодействии с сильной кислотой или кислотным оксидом проявляют основные свойства:

ZnO + 2HCl = ZnCl₂ + H₂O

При взаимодействии с сильным основанием или основным оксидом проявляют кислотные свойства:

ZnO + 2KOH + H₂O = K₂[Zn(OH)₄)]  (в водном растворе)

ZnO + CaO = CaZnO₂  (при сплавлении)

НЕСОЛЕОБРАЗУЮЩИЕ ОКСИДЫ: оксид углерода(II) СО, оксид азота(I) N₂O, оксид азота(II) NO, оксид кремния(II) SiO.

ПОЛУЧЕНИЕ ОКСИДОВ

1. Взаимодействие простых веществ (за исключением инертных газов, золота и платины) с кислородом:

2Cu + O₂ = 2CuO

2. При горении в кислороде щелочных металлов (кроме лития), а также стронция и бария образуются пероксиды и надпероксиды:

2Na + O₂ = Na₂O₂

2. Обжиг или горение бинарных соединений в кислороде:

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂↑

3. Термическое разложение солей

CaCO₃ = CaO + CO₂↑

4. Термическое разложение оснований или кислот:

2Al(OH)₃ = Al₂O₃ + 3H₂O↑

4HNO₃ = 4NO₂↑ + O₂↑ + 2H₂O

5. Окисление низших оксидов в высшие и восстановление высших в низшие

4FeO + O₂ = 2Fe₂O₃

Fe₂O₃ + CO = 2FeO + CO₂↑

6. Взаимодействие некоторых металлов с водой при высокой температуре:

Zn + H₂O = ZnO + H₂↑

7. Взаимодействие солей с кислотными оксидами при нагревании с выделением летучего оксида:

Ca₃(PO₄)₂ + 3SiO₂ = 3CaSiO₃ + P₂O₅↑

8. Взаимодействие металлов с кислотами-оксилителями:

Zn + 4HNO_3(конц.) = Zn(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

9. При действии водоотнимающих веществ на кислоты и соли:

2KClO₄ + H₂SO_4(конц) = K₂SO₄ + Cl₂O₇ + H₂O

10. Взаимодействие солей слабых неустойчивых кислот с более сильными кислотами:

NaHCO₃ + HCl = NaCl + H₂O + CO₂↑

Гидроксиды (гидроокиси) — соединения оксидов химических элементов с водой. Гидроксиды могут образовать только оксиды металлов.

В зависимости от того, является ли соответствующий оксид основным, кислотным или амфотерным, соответственно различают:

основные гидроксиды (основания) — гидроксиды, образованные элементами с металлическими свойствами (например, гидроксид кальция Ca(ОН)₂, гидроксид калия KOH, гидроксид натрия NaOH и др.)

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ОСНОВАНИЙ:

1. Получение щелочи при реакции сильноосновного оксида с водой

Так как только сильноосновные оксиды способны реагировать с водой, этот способ можно использовать исключительно для получения сильных оснований или щелочей.

CaO(т) + H₂O(ж) → Ca(OH)₂(p)

Слабоосновные и амфотерные оксиды с водой не реагируют, и поэтому соответствующие им гидроксиды таким способом получить нельзя.

2. Косвенное получение основания (гидроксида) при реакции соли со щелочью

Гидроксиды малоактивных металлов получают при добавлении щелочи к растворам соответствующих солей. Так как растворимость слабоосновных гидроксидов в воде очень мала, гидроксид выпадает из раствора в виде студнеобразной массы.

CuSO₄(p) + 2NaOH(p) → Cu(OH)₂(т)↓ + Na₂SO₄(p)

3. Получение щелочи при реакции замещения типичного металла с водой.

Ca+2H₂O=Ca(OH)₂+H₂

КЛАССИФИКАЦИЯ ОСНОВАНИЙ:

- Растворимые в воде основания (щёлочи)

LiOH, NaOH, KOH, Ca(OH)₂ , Ba(OH)₂ , Sr(OH)₂ , Ra(OH)₂, CsOH, RbOH, FrOH

- Практически нерастворимые в воде гидроксиды

Mg(OH)₂, Zn(OH)₂, Cu(OH)₂, Al(OH)₃, Fe(OH)₃ , Be(OH)₂

- Другие основания

NH₃ × H₂O

Деление на растворимые и нерастворимые основания практически полностью совпадает с делением на сильные и слабые основания, или гидроксиды типичных и не типичных металлов

Химические свойства:

1. Действие на индикаторы: лакмус - синий, метилоранж - жёлтый, фенолфталеин - малиновый,

2. Основание + кислота = Соли + вода. Примечание: реакция не идёт, если и кислота, и щёлочь слабые.

NaOH + HCl = NaCl + H₂O

3. Щёлочь + кислотный или амфотерный оксид = соли + вода

2NaOH + SiO₂ = Na₂SiO₃ + H₂O

4. Щёлочь + соли = (новое)основание + (новая) соль. Примечание: исходные вещества должны быть в растворе, а хотя бы один из продуктов реакции выпасть в осадок или мало растворяться.

Ba(OH)₂ + Na₂SO₄ = BaSO₄+ 2NaOH

5.Слабые основания при нагреве разлагаются:

Cu(OH)₂+Q=CuO + H₂O

6.При нормальных условиях невозможно получить гидроксиды серебра и ртути, вместо них в реакции появляются вода и соответствующий оксид:

AgNO₃ + 2NaOH(p) → NaNO₃+Ag₂O+H₂O

кислотные гидроксиды (кислородосодержащие кислоты) — гидроксиды, проявляющие кислотные свойства (например, азотная кислота HNO₃, серная кислота H₂SO₄, сернистая кислота H₂SO₃ и др.)

амфотерные гидроксиды, проявляющие в зависимости от условий либо основные, либо кислотные свойства (например, гидроксид алюминия Al(ОН)₃, гидроксид цинка Zn(ОН)₂).

Термин «гидроксиды» часто применяют только по отношению к основным и амфотерным гидроксидам.

Кислота – это сложное вещество, в молекуле которого имеется один или несколько атомов водорода и кислотный остаток.

КЛАССФИКАЦИЯ КИСЛОТ:

1. По содержанию кислорода

- бескислородные (HCl, H₂S);

- кислородосодержащие (HNO₃).

2. По основности — количество кислых атомов водорода

- Одноосновные (HPO₃);

- Двухосновные (H₂SO₄);

- Трёхосновные (H₃PO₄).

- Четырёхосновные (H₄СO₄).

3. По силе

- Сильные — диссоциируют практически полностью, константы диссоциации больше 1·10⁻³ (HI, HBr, HCl, H₂SO₄, HNO₃);

- Слабые — константа диссоциации меньше 1·10⁻³ (HF, H₃PO₄, H₂SO₃, H₂S, H₂CO₃, H₂SiO₃,).

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОТ:

1. Взаимодействие с оксидами металлов с образованием соли и воды:

CaO +2HCl →CaCl₂ +H₂O

2. Взаимодействие с амфотерными оксидами с образованием соли и воды:

ZnO + 2HNO₃ →Zn(NO₃)₂ +H₂O

3. Взаимодействие со щелочами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации):

NaOH +HCl →NaCl + H₂O

4. Взаимодействие с нерастворимыми основаниями с образованием соли и воды, если полученная соль растворима:

Cu(OH)₂↓ + 2H₂SO₄ →CuSO₄ + 2H₂O

5. Взаимодействие с солями, если выпадает осадок или выделяется газ:

BaCl₂ +H₂SO₄ →BaSO₄↓ + 2HCl↑

6. Сильные кислоты вытесняют более слабые из их солей:

K₃PO₄ + 3HCl → 3KCl + H₃PO₄

7. Металлы, стоящие в ряду активности до водорода, вытесняют его из раствора кислоты (кроме азотной кислоты любой концентрации и концентрированной серной кислоты), если образующаяся соль растворима:

Mg + 2HCl →MgCl₂ + H₂↑

С азотной кислотой и концентрированной серной кислотами реакция идёт иначе:

Mg + 2H₂SO₄ →MgSO₄ + SO₂↑ +2H₂O

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЕ КИСЛОТ:

Кислоты можно получить по реакциям соответствующих кислотных оксидов с водой:

CO₂ + H₂O → H₂CO₃

Соли - вещества, состоящие из катионов металла (или катиона аммония NH₄⁺) и анионов кислотного остатка.

КЛАССИФИКАЦИЯ СОЛЕЙ:

- Средние (нормальные) соли — все атомы водорода в молекулах кислоты замещены на атомы металла Na₂CO₃

- Кислые соли — атомы водорода в кислоте замещены атомами металла частично. Они получаются при нейтрализации основания избытком кислоты K₂HPO₄

- Осно́вные соли — гидроксогруппы основания (OH^-) частично замещены кислотными остатками (CuOH)₂CO₃

- Двойные соли — в их составе присутствует два различных катиона, получаются кристаллизацией из смешанного раствора солей с разными катионами, но одинаковыми анионами. KAl(SO₄)₂ ∙ 12H₂O

- Смешанные соли — в их составе присутствует два различных аниона Ca(OCl)Cl

- Гидратные соли (кристаллогидраты) — в их состав входят молекулы кристаллизационной воды Na₂SO₄ ∙ 10H₂O.

- Комплексные соли — в их состав входит комплексный катион или комплексный анион K₃[Fe(CN)₆], [Cu(NH₃)₄](OH)₂.

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ СОЛИ:

1. Взаимодействие кислот с металлами, основными и амфотерными оксидами / гидроксидами:

H₂SO₄ + Mg → MgSO₄ + H₂↑

2. Взаимодействие кислотных оксидов c щелочами, основными и амфотерными оксидами / гидроксидами:

CaO +SiO₂ → CaSiO₃

3. Взаимодействие солей c кислотами, другими солями (если образуется выходящий из сферы реакции продукт):

CuCl₂ + Na₂S → 2NaCl + CuS↓

4. Взаимодействие простых веществ:

Fe + S → FeS

5. Взаимодействие оснований с неметаллами, например с галогенами:

Ca(OH)₂ + Cl₂ → Ca(OCl)Cl + H₂O

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОЛИ:

1. Соли взаимодействуют с кислотами и основаниями, если в результате реакции получается продукт, который выходит из сферы реакции (осадок, газ, мало диссоциирующие вещества, например, вода):

BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HCl

2. Соли взаимодействуют с металлами, если свободный металл находится левее металла в составе соли в электрохимическом ряде активности металлов:

Cu + HgCl₂ → CuCl₂ + Hg

3. Соли взаимодействуют между собой, если продукт реакции выходит из сферы реакции; в том числе эти реакции могут проходить с изменением степеней окисления атомов реагентов:

AgNO₃ + NaCl → AgCl↓ + NaNO₃

4. Некоторые соли разлагаются при нагревании:

NH₄NO₃ → N₂O↑ + 2H₂O