Лабораторная работа № 1 основные типы химических реакций. Классы неорганических соединений

Цель работы: ознакомление с типами химических реакций, с некоторыми способами получения оксидов металлов и неметаллов, их гидроксидов, солей.

1.1 Теоретическая часть

Процессы, сопровождающиеся изменением состава и строения веществ, в результате которых получаются новые соединения с новыми свойствами, называются химическими реакциями.

Химические реакции классифицируют по разным признакам:

• по изменению числа и вида начальных и конечных продуктов реакции делятся на такие типы: соединения, разложения, замещения, обмена;

• по признаку выделения или поглощения теплоты: экзотермические (+Q) и эндотермические (–Q);

• по признаку обратимости: обратимые и необратимые;

• по изменению степени окисления элементов, входящих в состав реагирующих веществ: окислительно-восстановительные реакции – это те, которые сопровождаются изменением степеней окисления элементов.

Возможны и другие классификации: по механизму взаимодействия реагирующих веществ, по имени автора и др.

Основные классы неорганических соединений: оксиды, кислоты, основания, соли.

Оксиды – соединения элемента с кислородом (оксигеном), с которых степень окисления (ст. ок.) оксигена (–2).

По своему химическому характеру оксиды делятся на основные, кислотные и амфотерные (двойственные).

Основные – оксиды металлов в ст. ок. +1 и +2

.

Амфотерные – оксиды металлов в ст. ок. +3 и +4, иногда +2

.

Кислотные – оксиды металлов в ст. ок. +5, +6, +7, +8

и оксиды неметаллов

.

Основные оксиды взаимодействуют с кислотами и кислотными оксидами с образованием солей и воды:

CaO + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂O;

MnO + H₂SO₄ → MnSO₄ + H₂O;

MgO + CO₂ → MgCO₃.

Кислотные оксиды взаимодействуют со щелочами и основными оксидами с образованием солей и воды:

CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O;

P₂O₅ +3CaO → Ca₃(PO₄)₂;

Mn₂O₇ + 2KOH → 2KMnO₄ + H₂O.

Амфотерные оксиды обладают свойствами кислотных и основных оксидов, т.е. образуют соли с кислотами и щелочами:

	t
кислотный
	t
основный

При соединении оксидов с водой образуются гидроксиды – основания и кислоты.

Основным оксидам соответствуют основания, кислотным оксидам - кислоты, амфотерным оксидам – амфолиты, проявляющие свойства и кислот, и оснований.

Основания – это сложные вещества, состоящие из металла в степени окисления (+1, +2) и гидроксильных групп , число которых равно ст. ок. металла.

;

.

Основания, растворимые в воде, называются щелочами. Щелочи – это сильные основания. К ним относятся: LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH)₂, Sr(OH)₂, Ba(OH)₂. Остальные основания нерастворимы в воде и являются слабыми. К слабым основаниям относится гидроксид аммония, растворимый в воде (NН₄ОН).

Любое основание взаимодействует с кислотой с образованием соли и воды:

Cu(OH)₂ + H₂SO₄ → CuSO₄ + 2H₂O.

По международной номенклатуре соединения, содержащие в своем составе гидроксогруппы , называют гидроксидами. Если металл имеет несколько степеней окисления, то в названии гидроксида указывается ст. ок. металла или его валентность римской цифрой в круглых скобках

Fe(OH)₂ – гидроксид железа (+2) или гидроксид железа (II), феррум (+2) – гидроксид.

Fe(OH)₃ – гидроксид железа (+3) или гидроксид железа (III), феррум (+3) – гидроксид.

Амфотерные гидроксиды – это гидроксиды металлов в ст. ок. +3 и +4 (иногда +2). Это слабые основания, нерастворимые в воде, но они растворяются в кислотах и щелочах с образованием соли и воды:

Zn(OH)2 + 2HCl → ZnCl2 + 2 H2O;
основание гидроксид цинка (II)

Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2ZnO2 + 2 H2O.
кислота цинковая (цинкатная)

Кислоты – это сложные вещества, состоящие из атомов водорода в  ст. ок. (+1) (ионы водорода ) и кислотного остатка, отрицательный заряд которого равен числу атомов водорода в кислоте.

Названия кислот производят от латинского названия элемента, образующего кислоту: при высшей ст. ок. окончание названия элемента меняется на – ат, при более низкой ст. ок. меняется на – ит.

сульфур	сульфур (+6) – оксид	сульфатная кислота
	сульфур (+4) – оксид	сульфитная кислота

Если в составе кислоты три или четыре атома гидрогена – это полный гидроксид и он является ортокислотой. При отнятии молекулы воды от ортокислоты образуется метакислота.

					НРО3
фосфор	фосфор (+5) – оксид	ортофосфатная кислота		метафосфатная кислота

Существуют бескислородные кислоты, состоящие из атомов водорода в степени окисления (+1) и кислотного остатка – атома неметалла в отрицательной ст. ок., равной (8 – № группы, в которой находится данный неметалл в периодической системе элементов). Название такой кислоты производят от латинского названия элемента – неметалла с добавлением суффикса – «ид»: – хлоридная кислота; – сульфидная кислота; – цианидная кислота.

Кислоты взаимодействуют с основаниями с образованием соли и воды. В растворах можно обнаружить кислоту или основание с помощью индикатора. Индикатор – вещество, способное менять окраску в зависимости от среды.

В щелочной среде (избыток ионов ) фиолетовый лакмус делается синим, бесцветный фенолфталеин – малиновым, оранжевый метилоранж – желтым. В кислой среде (избыток ионов ) фиолетовый лакмус и метилоранж краснеют, фенолфталеин остается бесцветным.

Соли – сложные вещества, состоящие из металла в определенной ст. ок. и кислотного остатка. Соль можно рассматривать как продукт замещения ионов водорода кислоты металлом

или как продукт взаимодействия основания с кислотой, при котором гидроксогруппы основания замещаются кислотными остатками.

Ca(OH)₂ + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + 2H₂O.

Соли бывают средние (нормальные), кислые и основные.

Нормальные соли образуются, когда кислоты и основания взяты в эквивалентных количествах и соль состоит только из катионов металла и кислотного остатка

Cu(OH)₂ + H₂SO₄ → CuSO₄ + 2H₂O.

купрум (+2) –

сульфат

Название соли состоит из названия металла с указанием его валентности или ст. ок. и названия кислотного остатка.

Кислые соли образуются при избытке кислоты. В этом случае происходит неполное замещение атомов водорода (один, два или три). Название кислой соли состоит из названия металла с указанием его ст. ок., а к названию кислотного остатка добавляется приставка гидроген (гидро–), тригидроген (тригидро–) в зависимости от числа оставшихся (незамещенных) в кислотном остатке атомов  .

Н₃РО₄ + 2КОН → К₂НРO₄ + 2H₂O.

калий (+1) –

гидрогенфосфат

Н₃РО₄ + КОН → КН₂РO₄ + H₂O.

калий (+1) –

дигидрогенфосфат

Основные соли образуются при избытке основания. В этом случае происходит неполное замещение гидроксогрупп основания кислотными остатками и в составе соли при катионе металла остаются незамещенные гидроксо-группы  (одна, две или три). Название основной соли состоит из названия металла с указанием его ст. ок. (или валентности), затем число и название незамещенных гидроксильных групп и название кислотного остатка.

2Cu(OH)₂ + H₂SO₄ → (CuОН)₂SO₄ + 2H₂O.

купрум (+2) –

гидроксо-сульфат

В правильно составленной формуле соли алгебраическая сумма зарядов частиц должна быть равна нулю.