Глава II

ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Неорганические соединения могут классифицироваться как по составу, так и по свойствам (функциональным признакам). По составу они, прежде всего, подразделяются на двухэлементные (бинарные) и многоэлементные соединения.

К бинарным соединениям относятся, например, соединения эле­ментов с кислородом (оксиды), галогенами (галиды — фториды, хлориды, бромиды, йодиды), серой (сульфиды), азотом (нитриды), фосфором (фосфиды), углеродом (карбиды), соединения металлов с водородом (гидриды). Названия бинарных соединений образуются из латинского корня названия более электроотрицательного эле­мента с окончанием «ид» и русского названия менее электроотри­цательного элемента в родительном падеже. Так, AI2O3 — оксид алюминия (но ОР₂ — фторид кислорода, так как фтор более элек­троотрицательный элемент, чем кислород), NaCl — хлорид натрия, СаСг — карбид кальция и т. д. Если менее отрицательный эле­мент может находиться в различных состояниях окислепности, то в скобках римскими цифрами указывается его степень окислепно­сти, например, СО — оксид углерода (II), СО2 — оксид углерода (IV), FeClj — хлорид железа (III). Вместо степени окисленности менее электроотрицательного атома в названии бинарного соедине­ния можно указывать греческими числительными (моно, ди, три, тетра, пента, гекса) число атомов более электроотрицательного элемента, входящих в состав соединения, например, СО — мо­нооксид углерода, С0₂ — диоксид углерода, FeCl₃ — трихлорид железа, SF₆ — гексафторид серы.

Исключением из указанных правил являются водородные со­единения неметаллов, проявляющие свойства кислот; их названия образуются по правилам, принятым для кислот (см. люке).

Среди многоэлементных соединений важную группу образуют гидроксиды, т. е. вещества, в состав которых входят гидроксиль­ные группы ОН и которые можно рассматривать как соединения оксидов с водой. К ним относятся как основания (основные ги­дроксиды) — NaOH, Са(ОН)2 и др., так и кислоты (кислотные гидроксиды) — HNO3, H₂S0₄ и др., а также вещества, способные проявлять как кислотные, так и основные свойства (амфотерные гидроксиды). Названия гидроксидов, проявляющих свойства ки­слот, образуются по правилам, установленным для кислот (см. ниже). Названия основных гидроксидов образуются из слова «ги­дроксид» и названия элемента в родительном падеже, после ко­торого, в случае необходимости, римскими цифрами в скобках указывается степень окисленности элемента. Например, LiOH — гидроксид лития, Fe(OH)₂ — гидроксид железа (II).

По функциональным признакам неорганические соединения под­разделяются на классы в зависимости от характерных функций, выполняемых ими в химических реакциях. Так, оксиды подраз­деляются на несолеобразующие (безразличные) и солеобразующие. Последние, в свою очередь, делятся на основные, кислотные и амфотерные.

Основными называются оксиды, которые образуют соли при взаимодействии с кислотами или кислотными оксидами. Основ­ным оксидам отвечают основания. Например, оксиду кальция СаО отвечает основание гидроксид кальция Са(ОЦ)г; оксиду кадмия СсЮ — гидроксид кадмия Cd(OH)₂.

Кислотными называются оксиды, которые образуют соли при взаимодействии с основаниями или с основными оксидами. При­соединяя прямо или косвенно воду, кислотные оксиды образуют кислоты, например, диоксид кремния БЮг — кремниевую кислоту НгБЮз, оксид азота (V) N₂0₅ — азотную кислоту HN0₃.

Кислотные оксиды могут быть получены путем отнятия воды от соответствующих кислот, поэтому их называют также ангидридами кислот.

Амфотерными называются оксиды, которые обрадуют соли при взаимодействии как с кислотами, так и с основаниями. К амфотер- ным оксидам относятся, например, ZnO, AI2O3, SnO, Sn02, PbO, Cr₂0₃.

Несолеобразующие оксиды не взаимодействуют ни с кислотами, ни с основаниями. К ним относятся оксид азота (I) N2О, оксид азота (II) NO и др.

Существуют соединения элементов с кислородом, которые по составу относятся к классу оксидов, но по своему строению и свойствам принадлежат к классу солей. Это так называемые пер­оксиды, или перекиси.

Пероксидами называются соли пероксида водорода Н2О2, на­пример, Na₂0₂, Са0₂. Характерной особенностью строения этих соединений является наличие в их структуре двух связанных ме­жду собой атомов кислорода («кислородный мостик»): —0 — 0—.

Важный класс неорганических соединений, выделяемый по функ­циональным признакам, составляют кислоты. С позиций теории электролитической диссоциации к кислотам относятся вещества, способные диссоциировать в растворе с образованием ионов водо­рода. С точки зрения протолитической (протонной) теории кислот и оснований кислотами называются вещества, которые могут быть донорами протонов, т. е. способны отдавать ион водорода.

Характерным свойством кислот является их способность взаимо­действовать с основаниями, основными и амфотерными оксидами с образованием солей, например:

2. HN Оз + Си (О Н)₂ = Си (N Оз)₂ + 2 Н₂ О ,

2. Н О + Са О = Са С1₂ + Н₂ О ,

H₂S0₄ + Zn0 = ZnS0₄+H₂0 .

По наличию кислорода в своем составе кислоты делятся на кислородсодержащие (например, H2SO4, HN0₃) и бескислородные (например, HBr, Н₂ S). По числу содержащихся в молекуле ки­слоты атомов водорода, способных замещаться атомами металла, различают кислоты одноосновные (например, хлороводород НС1, азотистая кислота HN0₂, двухосновные (сернистая H₂S0₃, уголь­ная Н₂СОз), трехосновные (ортофосфорная Н_аР0₄) и т. д.

Названия кислот производят от элемента, образующего кисло­ту. В случае бескислородных кислот к названию элемента (или группы элементов, например, CN — циан), образующего кислоту, добавляют суффикс «о» и слово «водород»: HF — фтороводород, H₂S — сероводород, HCN — циановодород.

Названия кислородсодержащих кислот зависят от степеии оки-. сленности кислотообразующего элемента. Максимальной степени окисленности элемента соответствует суффикс « ... н(ая)» или «... ов(ая)», например, HN0₃ — азотная кислота, НСЮ₄ — хлор­ная кислота, Н₂Сг0₄ — хромовая кислота). По мере понижения степени окисленности суффиксы изменяются в следующей после­довательности: «... оват(ая)», «... ист(ая)», «... оватист(ая)»; например, НСЮз — хлорноватая, НСЮ₂ — хлористая, Н0С1 — хлорноватистая кислоты. Если элемент образует кислоты только в двух степенях окисленности, то для названия кислоты, соот­ветствующей низшей степени окисленности элемента, используется суффикс «... ист(ая)»; например, HN0₂ — азотистая кислота.

Если элемент, находясь в одной и той же степени окисленности, образует несколько кислот, содержащих по одному атому данно­го элемента в молекуле (например, НР0₃ и Н_;!Р0₄), то название кислоты, содержащей наименьшее число атомов кислорода, снабжа­ется приставкой «мета», а название кислоты с наибольшим числом атомов кислорода — приставкой «орто» (НР0₃ — метафосфорная кислота, Н₃Р0₄ — ортофосфорная кислота).

Если молекула кислоты содержит два атома кислотообразую­щего элемента, то перед ее названием помещается числительная приставка «дву», например: Н₄ Р₂ О7 — двуфосфорная кислота, Н₂ S₂ 0₇ — двусерная кислота.

Кислоты, содержащие в своем составе группировку атомов

• О — О —, можно рассматривать как производные пероксида во­дорода. Их называют пероксокислотами (или надкислотами). В случае необходимости после приставки «пероксо» в названии ки­слоты помещают числительную приставку, указывающую число атомов кислотообразующего элемента, входящих в состав молеку­лы, например:

H₂S0₅ h₂s₂o₈

Н. Л. ГЛИНКА 1

тгг 40

О ■ ^рОО 48

и t » 53

cj-/_s 66

Ь-C 68

М- + -(С 72

-н- -н- -н- •>. 222

пероксосерная пероксодвусерная

кислота кислота

Еще один важный класс неорганических соединений, характе­ризующийся общими свойствами, образуют основания. Согласно теории электролитической диссоциации к ним относятся вещества, способные диссоциировать в растворе с образованием гидроксид- ионов, т. е. основные гидроксиды.

Характерным свойством оснований является их способность вза­имодействовать с кислотами, кислотными или амфотерными окси­дами с образованием солей, например:

К0Н + НС1 = КС1 + Н₂0,

Ва(0Н)₂ + С0₂ =ВаС0₃ + Н₂0,

2Na0H + Al₂0₃ = 2NaA10₂+ Н₂ О .

С точки зрения протолитической (протонной) теории основания­ми считают вещества, которые могут быть акцепторами протонов, т. е. способны присоединять ион водорода. С этих позиций к осно­ваниям следует относить не только основные гидроксиды, но и некоторые другие вещества, например аммиак, молекула которого может присоединять протон, образуя ион аммония:

N Н₃ + Н⁺ =NH+ .

Действительно, аммиак, подобно основным гидроксидам, спосо­бен реагировать с кислотами с образованием солей:

NH₃ + HC1 = NH4C1 .

В зависимости от числа протонов, которые могут присоединять­ся к основанию, различают основания однокислотные (например, LiOH, КОН, NH₃), двукислотные [Са(ОН)₂, Fe(OH)₂] и т. д.

Амфотерные гидроксиды способны диссоциировать в водных рас­творах как по типу кислот (с образованием катионов водорода), так и по типу оснований (с образованием гидроксильных анионов);

они могут быть и донорами, и акцепторами протонов. Поэтому амфотерные гидроксиды образуют соли при взаимодействии как с кислотами, так и с основаниями. При взаимодействии с кислота­ми амфотерные гидроксиды проявляют свойства оснований, а при взаимодействии с основаниями — свойства кислот:

Zn (О Н)₂ + 2 Н Cl = Zn С1₂ +2 Н₂ О ,

Zn (О Н)2 ~Ь 2 Na ОН — Na₂ Zn 0₂ +2 Н₂ О .

К амфотерным гидроксидам относятся, например, Zn(OH)₂, А1(ОН)₃, Pb(OH)₂, Sn(OH)₂, Сг(ОН)₃.

Соли можно рассматривать как продукты полного или частич­ного замещения атомов водорода в молекуле кислоты атомами металла или как продукты полного или частичного замещения ги- дроксогрупп в молекуле основного гидроксида кислотными остат­ками. При полном замещении атомов водорода в молекуле кислоты образуются средние (нормальные) соли, при неполном — кислые соли (гидросоли). Кислые соли образуются многоосновными кисло­тами.

При частичном замещении гидроксогрупп в молекуле основно­го гидроксида кислотными остатками образуются основные соли (гидроксосоли). Основные соли могут быть образованы только мно­гокислотными гидроксидами.

Кислые соли получаются при взаимодействии кислот с основа­ниями в тех случаях, когда количество взятого основания недо­статочно для образования средней соли, нанример:

H₂S0₄ + Na0H = NaHS0₄+H₂0 .

Основные соли образуются в тех случаях, когда взятого ко­личества кислоты недостаточно для образования средней соли, например:

Fe(0H)₃ + H₂S0₄ =Fe0HS0₄+2H₂0 .

Названия солей составляют из названия аниоиа кислоты в име­нительном падеже и названия катиона в родительном падеже (хло­рид натрия, сульфат меди и т. п.). При этом название аниона производят от корня латинского наименования кислотообразующе­го элемента. Степень окисленности металла, образующего катион, указывают, если необходимо, римскими цифрами в скобках.

В случае бескислородных кислот анион получает окончание «ид». Например, соли NaBr, FeS, KCN соответственно называются бромид натрия, сульфид железа (II), цианид калия.

Названия анионов кислородсодержащих кислот получают окон­чания и приставки в соответствии со степенью окисленности ки­слотообразующего элемента. Высшей степени окисленности (« ... ная» или «... овая» кислота) отвечает окончание «ат»; так, соли серной кислоты называются сульфатами, хромовой — хроматами

и т. д. Более низкой степени окисленности (« ... истая» кислота) соответствует окончание «ит»; например, соли сернистой кисло­ты — сульфиты, азотистой — нитриты и т. д. Если существует кислота с еще более низкой степенью окисленности кислотообра­зующего элемента « ... оватистая» кислота), ее анион получает приставку «гипо» и окончание «ит»; так соли хлорноватистой ки­слоты НОС1 называют гипохлоритами.

Если молекула кислоты содержит два атома кислотообразую­щего элемента, то к названию аниона добавляют числительную приставку «ди». Например, соли двусерной кислоты Н₂ S₂ 0₇ на­зываются дисульфатами, соли двуфосфорной кислоты Н₄ Р₂ 0₇ - дифосфатами.

Названия анионов пероксикислот образуют, добавляя приставку «пероксо». Так соли пероксосерной кислоты H2SO5 называются пероксосульфатами, соли пероксодвусерной кислоты Н2 S2 Og — пероксодисульфатами.

Соли некоторых кислот в соответствии с исторически сложив­шейся традицией сохранили названия, отличающиеся от систе­матических. Так, соли марганцовой (НМПО4), хлорной (НСЮ₄), йодной (HIO4) кислот называют соответственно перманганатами, перхлоратами и перйодатами. В связи с этим соли марганцовистой (Н2МПО4), хлорноватой (НСЮ₃) и йодноватой (HIO3) кислот но­сят названия манганатов, хлоратов и йодатов.

Названия важнейших кислот и их солей приведены в приложе­нии (табл. 4).

Названия кислых солей образуют так же, как и ередиих, но при этом добавляют приставку «гидро», указывающую на наличие незамещенных атомов водорода, число которых обозначают грече­скими числительными (ди, три и т. д.). Например, Ва(НСОз)г - гидрокарбонат бария, NaH-2As0₄ — дигидроортоарсеиат натрия, LiHS — гидросульфид лития.

Названия основных солей тоже образуют подобно названи­ям средних солей; но при этом добавляют приставку «гидрок- со», указывающую на наличие незамещенных гидроксогрупп. Так, FeOHCl — хлорид гидроксожелеза (II), (Ni0H)₂S0₄ — сульфат гидроксоникеля (II), A1(0H)₂N0₃ — нитрат дигидроксоалюминия.

В некоторых случаях образование основной соли сопровождается отщеплением воды, например:

Bi(OH)₂ Cl = ВЮС1 + Н₂0 .

Образующиеся при этом соли (оксосоли) не содержат гидроксо­групп, но сохраняют свойства основных солей, в частности, спо­собность взаимодействовать с кислотами с образованием средних солей:

Bi О Cl +2 Н Cl = Bi CI3 + Н₂ О .

Названия кислородсодержащих катионов, входящих в состав ок- сосолей (ВЮ⁺, SbO⁺, U0₂¹ и т. п.), образуют от корня латинского названия металла с добавлением окончания «ил»: ВЮ⁺ — висму­тин, SbO⁺ — стибил (антимонил), U0₂⁺ — уранил. В соответствии с этим BiOCl называется хлорид висмутила, U О2 (N Оз)г — нитрат уранила и т. д.

Задачи

29. Написать формулы ангидридов указанных кислот: H2SO4; Н3ВО3; H₄P₂0₇; НОС1; НМп0₄.

30. Написать формулы оксидов, соответствующих указанным гидроксидам: H₂Si0₃; Cu(OH)₂; H₃As0₄; H₂W0₄; Fe(OH)₃.

31. Составить уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения:

Ва—► ВаО —► Ва.С1₂ —» Ba(N0₃)₂ —>BaS0₄;

Mg—>MgS0₄ —»Mg(OH)₂ —► MgO —►MgCb .

29. Написать уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

Zn —► К₂ Z11O2; S —> Н₂ S 0₃ ;

NH₃—> HN0₃; Си—» CuS .

29. Какие из указанных газов вступают в химическое взаимо­действие с раствором щелочи: НС1, H2S, NO2, N2, CI2, СН₄, SO2, NH3? Написать уравнения соответствующих реакций.

30. Какие соли можно получить, имея в своем распоряжении C11SO4, AgN0₃, К3РО4, ВаС1₂? Написать уравнения реакций и назвать полученные соли.

31. Назвать следующие соединения: К₂0₂, Мп0₂, Ва0₂, МпО, СгОз, V₂0₅.

32. Как доказать амфотерный характер ZnO, AI2O3, Sn(OH)2, Сг (ОН)₃?

33. Можно ли осуществить в растворах указанные ниже реак­ции:

CuS0₄+BaCl₂ —> BaS0₄+CuCl₂;

Fe S + K₂ S 0₄ —► Fe S 0₄ + K₂ S;

AgCl + KNOg —> Ag N 0₃ + К Cl .

Дать мотивированный ответ.

29. Можно ли получить раствор, содержащий одновременно:

а) Ва(ОН)₂ и НС1; б) СаС1₂ и Na₂C0₃; в) NaCl и AgN0₃; г) КС1 и NaNG₃. Указать, какие комбинации невозможны и почему.

29. Какие из перечисленных кислот образуют кислые соли: HI, H₂Se, H₂Se0₃, H₂C₂0₄, СН₃СООН?

30. Какие кислоты могут быть получены непосредственным взаимодействием с водой оксидов: P₂Os, С0₂, N₂Os, N0₂, S0₂?

31. С какими из перечисленных ниже веществ будет реаги­ровать соляная кислота: N2O5, Zn(OH)₂, CaO, AgN0₃, Н3РО4, H2SO4? Составить уравнения реакций.

32. Какие из указанных веществ реагируют с гидроксидом на­трия: HN0₃, СаО, С0₂, C11SO4, Cd(OH)₂, Р2О5? Составить урав­нения реакций.

33. Написать уравнения реакций, свидетельствующих об основ­ных свойствах FeO, Cs₂0, HgO, В1г0₃.

34. Написать уравнения реакций, доказывающих кислотный характер Se0₂, S0₃, Мп₂0₇, Р2О5, Сг0₃.

35. Составить уравнения реакций получения хлорида магния:

а) действием кислоты на металл; б) действием кислоты на осно­вание; в) действием кислоты на соль.

29. Составить уравнения реакций между кислотами и основани­ями, приводящих к образованию солей: NaN0₃, NaHSC>4, Na₂HPC>4, K₂S, Fe₂ (S0₄)₃.

30. Какие вещества могут быть получены при взаимодействии кислоты с солью? Кислоты с основанием? Соли с солью? Привести примеры реакций.

31. Составить формулы нормальных и кислых солей калия и кальция, образованных: а) угольной кислотой; б) мышьяковистой кислотой.

32. Назвать соли: Sb0N0₃, [Fe(OH)₂]₂ Cr0₄, (A10H)S0₄, Cd(HS)₂, Ca(H₂P0₄)₂.

33. При взаимодействии каких веществ можно получить ди- гидроортоантимонат натрия, метахромит натрия, гидроортоарсеиат калия, сульфат гидроксоалюминия? Составить уравнения реакций.

34. Написать уравнения реакций образования Mg₂P2 07, Ca₃(P0₄)₂, Mg(C10₄)2, Ba(N0₃)₂ в результате взаимодействия:

а) основного и кислотного оксидов; б) основания и кислотного .оксида; в) основного оксида и кислоты; г) основания и кислоты.

29. Написать уравнения реакций, с помощью которых можно получить в лаборатории следующие вещества: а) хлороводород;

б) сульфид свинца; в) сульфат бария; г) ортофосфат серебра;

д) гидроксид железа (III); е) нитрат меди (II).

29. Назвать соли: a) Zn(NOs)₂; б) NaH₂Sb0₄; в) КгН₂Р₂07;

г) A1(0H)₂N0₃; д) CaCr0₄; е) K₃As0₄; ж) Na^Ci^Or; з) Ва(Н50₃)₂; и) C1-OHSO4; к) (Си0Н)₂С0₃; л) NaHS.

Вопросы для самоконтроля

29. Какие из указанных гидроксидов могут образовать основ­ные соли: а) Си(ОН)₂; б) Са(ОН)₂; в) LiOH; г) А1(ОН)₃; д) КОН?

30. Ангидридом какой кислоты является P₂0s: а) фосфори­стой; б) двуфосфорной; в) ортофосфорной?

31. Ангидридом какой кислоты можно считать CI2O7: а) хлор­ной; б) хлорноватой; в) хлорноватистой?

32. Какие из приведенных соединений относятся к пероксидам:

1. N0₂; б) К₂ 0₂; в) Ва0₂; г) Мп0₂?

29. В реакции нейтрализации гидроксида калия ортом ышьяко- вой кислотой эквивалентная масса последней оказалась равной 142 г/моль. Какая соль при этом образовалась: а) ортоарсенат калия; б) гидроортоарсенат калия; в) дигидроортоарсенат калия?

30. Какая формула соответствует марганцовистой кислоте:

а) НМп0₄; б) Н₄Мп0₄; в) Н₂Мп0₄?

29. Какая из формул соответствует хлорату бария: а) ВаС1₂;

б) Ва(ОС1)₂; в) Ва(СЮ₃)₂; г) Ва(СЮ₂)₂?

29. Какое название соответствует соли (Си0Н)₂С0₃: а) ги­дрокарбонат меди; б) карбонат гидроксомеди (II); в) карбонат ди- гидроксомеди (II)?

30. Какая соль образуется при взаимодействии 1 моля гидро­ксида цинка и 2 молей ортофосфорной кислоты: а) ортофосфат цинка; б) дигидроортофосфат цинка; в) ортофосфат гидроксоцинка;

г) гидроортофосфат цинка?

29. Какое взаимодействие приведет к получению нормальной со­ли из хлорида гидроксомагния: a) MgOHCl+NaOH; б) Mg0HC103+ +NaOH; в) Mg0HC10₃+HCl; г) MgOHCl+HCl?