1.4.2. Свойства кислотных оксидов

Кислотными называют оксиды, которые взаимодействуют со щелочами, образуя соли. Кислотным оксидам соответствуют кислоты, например:

Кислотный оксид Кислота

СО₂ Н₂СО₃

Р₂О₅ НРО₃, Н₃РО₄, Н₄Р₂О₇

SO₃ H₂SO₄

Кислотными являются все солеобразующие оксиды неметаллов (CO₂, SO₂, SO₃, P₂O₅, B₂O₃), а также оксиды металлов в высших степенях окисления (+5, +6, +7): _{, ,} .

Кислотные оксиды при обычных условиях по агрегатному состоянию могут быть газообразными (СО₂, SO₂), жидкими (N₂O₃, Cl₂O₇, Mn₂O₇) и твердыми веществами (P₂O₅, SiO₂, N₂O₅, B₂O₃).

Химическая связь в кислотных оксидах преимущественно ковалентная полярная.

1. Большинство кислотных оксидов непосредственно взаимодействует с водой с образованием кислоты:

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

CO₂ + H₂O = H₂CO₃

Mn₂O₇ + H₂O = 2HMnO₄

Оксиды, которым соответствуют нерастворимые кислоты, с водой не взаимодействуют (например, SiO₂).

Кислотные оксиды иногда называют ангидридами кислот, т.е. их рассматривают как продукты отщепления воды от соответствующей кислоты, например:

СО₂ – ангидрид угольной кислоты (угольный ангидрид);

SO₃ – ангидрид серной кислоты (серный ангидрид);

Р₂О₅ – фосфорный ангидрид трех кислот – метафосфорной, ортофосфорной и дифосфорной (пирофосфорной).

Кислотные оксиды, которые при взаимодействии с водой образуют две кислоты, называются смешанными ангидридами, например:

2NO₂ + H₂O = HNO₃ + HNO₂

2ClO₂ + H₂O = HClO₃ + HClO₂

2. Кислотные оксиды реагируют со щелочами, образуя соль и воду:

B₂O₃ +2NaOH = 2NaBO₂+H₂O

SO₂ + 2NaOH = Na₂SO₃ + H₂O

CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃ + H₂O

Иногда такие реакции протекают только при нагревании:

SiO₂ + 2NaOH Na₂SiO₃ + H₂O

Для правильного написания формулы образующейся соли следует четко представлять, какая кислота соответствует данному оксиду. При составлении химической формулы кислоты можно использовать формальный прием суммирования атомов оксида и атомов молекулы воды. При кратном числе атомов у каждого из элементов следует поделить число атомов на наименьшее общее кратное.

Например, формулы кислот, соответствующие оксидам B₂O₃, Cl₂O, As₂O₅:

+

+

+

B₂O₃ Cl₂O As₂O₅

H₂O H₂O H₂O

H₂B₂O₄ = 2HBO₂ H₂Cl₂O₂ = 2HClO H₂As₂O₆ = 2HAsO₃

3. Кислотные оксиды взаимодействуют с основными и амфотерными оксидами, образуя соли:

P₂O₅ + Al₂O₃ 2AlPO₄

SiO₂ + CaO CaSiO₃

4. Кислотные оксиды могут вступать в окислительно-восстано-вительные реакции:

- взаимодействуют с восстановителями

CO₂ + C 2CO

SO₂ + 2H₂S = 3S + 2H₂O

- взаимодействуют с окислителями

2SO₂ + O₂ 2SO₃

5. Малолетучие оксиды вытесняют летучие оксиды из солей:

Na₂CO₃ + SiO₂ Na₂SiO₃ + CO₂

1.4.3. Свойства амфотерных оксидов

Амфотерные оксиды обладают свойствами как основных, так и кислотных оксидов: они реагируют и с кислотами, и со щелочами, образуя соли. Амфотерным оксидам соответствуют амфотерные гидроксиды. Например, амфотерному оксиду ZnO соответствует амфотерный гидроксид Zn(OH)₂. Амфотерными являются оксиды металлов в средних степенях окисления, чаще всего +3, +4 (например, Al₂O₃, Cr₂O₃, PbO₂, SnO₂, MnO₂), а также в степенях окисления +2 (ВеО, ZnO, PbO, SnO, GeO).

Все амфотерные оксиды являются твердыми веществами и с водой непосредственно не взаимодействуют.

1. Амфотерные оксиды, проявляя основные свойства, реагируют с кислотами, образуя соль и воду:

ZnO + 2HNO₃ = Zn(NO₃)₂ + H₂O

Al₂O₃ + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ +3H₂O

В результате образуются соли, в которых цинк и алюминий находится в форме катионов (Zn²⁺, Al³⁺).

2. Амфотерные оксиды, проявляя кислотные свойства, реагируют со щелочами. При сплавлении образуется соль и вода:

Al₂O₃ + 2NaOH 2NaAlO₂ + H₂O

ZnO + 2KOH K₂ZnO₂ + H₂O

В этом случае образуются соли, в которых цинк и алюминий входят в состав аниона кислотного остатка. Чтобы правильно составить формулу образующейся соли, следует написать формулу амфотерного гидроксида, соответствующего данному оксиду, так, как обычно записывается формула кислоты, и отсюда найти формулу кислотного остатка. Например, в случае соединений цинка и алюминия надо проделать следующие логические переходы:

Амфотерный оксид	Форма основания	Форма кислоты	Соль
ZnO	Zn(OH)2	H2ZnO2	Na2ZnO2
Al2O3	Al(OH)3	H3AlO3 HAlO2 ортоформа метаформа	NaAlO2

В водных растворах щелочей образуются комплексные соли:

Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O = 2NaAl(OH)₄

ZnO + 2NaOH + H₂O = Na₂Zn(OH)₄

3. Амфотерные оксиды реагируют как с основными, так и с кислотными оксидами, образуя соответствующие соли.

В данном случае амфотерные оксиды ZnO, Al₂O₃ проявляют свойства основных оксидов:

Al₂O₃ + 3SiO₂ Al₂(SiO₃)₃

ZnO + SO₃ = ZnSO₄

В данном случае амфотерные оксиды проявляют свойства кислотных оксидов:

Al₂O₃ + K₂O 2KAlO₂

ZnO + BaO BaZnO₂

4. Амфотерные оксиды могут реагировать друг с другом в случае преобладания у одного из них основных свойств (Al₂O₃), а у другого – кислотных (As₂O₃) с образованием соли:

Al₂O₃ + As₂O₃ = 2AlAsO₃

5. Амфотерные оксиды способны вытеснять летучие оксиды из солей:

K₂CO₃ + ZnO K₂ZnO₂ + CO₂

Характер оксида определяется положением соответствующего элемента в периодической системе Д.И. Менделеева и его степенью окисления.

В периодах слева направо усиливаются неметаллические свойства элементов и кислотные свойства высших оксидов. Например, характер оксидов элементов третьего периода меняется следующим образом:

В главных подгруппах сверху вниз усиливаются металлические свойства элементов и основные свойства оксидов. Например, в главной подгруппе пятой группы оксиды:

Границу между элементами, образующими основные и кислотные оксиды, создают элементы, все оксиды которых амфотерны. Эти элементы расположены на линии диагональ–вертикаль H – Ge – Pb (на этой линии находятся элементы H – Be – Al – Ge – Sn – Pb). Левее и ниже этой линии находятся элементы, оксиды которых проявляют основные свойства. Исключение составляют элементы третьей группы Ga и In, оксиды которых амфотерны. Правее и выше линии, соединяющей элементы с амфотерными оксидами, расположены элементы, оксиды которых проявляют кислотные свойства. Исключение составляют элементы V группы – мышьяк и сурьма, оксиды которых в степенях окисления +3 амфотерны, и висмут, оксид которого Bi₂O₃ имеет основный характер.

Элементы побочных подгрупп VI группы (Cr, Mо, W) и VII группы (Mn, Tc, Re) проявляют переменную степень окисления.

С увеличением степени окисления таких металлов усиливается кислотный характер оксидов, например оксидов марганца:

			,
основный	амфотерный, с преобладанием основных свойств	амфотерный, с преобладанием кислотных свойств	кислотные