1.5 Химические реакции и способы получения солей, оксидов, кислот и оснований

Химическая формула – это обозначение качественного и количественного состава вещества при помощи символов химических элементов: Цифры в формулах называются индексами и показывают число атомов каждого элемента в молекуле вещества.

Существуют вещества, которые имеют одинаковый качественный, но различный количественный состав: .

Химическое уравнение – это выражение химической реакции с помощью химических формул веществ.

Взаимодействие химических соединений записывается с помощью химических уравнений, отражающих материальный баланс всех реагирующих веществ. Это достигается с помощью стехиометрических коэффициентов перед формулами соединений:

где - реагирующие вещества; - стехиометрические коэффициенты. По химическим уравнениям производят количественные расчёты.

Можно выделить четыре основных типа химических реакций:

Соединения:

Замещения:

Разложения:

Обмена:

Реакции, сопровождающиеся изменением степени окисления всех или некоторых реагирующих веществ, называются окислительно-восстановительными. Из написанных выше реакций к таковым относятся:

Способы получения солей:

1. Взаимодействие простых веществ

.

2. Взаимодействие оксидов

.

3. Взаимодействие кислот и оснований (нейтрализация)

.

4. Взаимодействие соли и кислоты

.

5. Взаимодействие соли и щелочи

.

6. Взаимодействие двух солей (обменная реакция)

.

7. Взаимодействие оксида с кислотой

.

8. Замещение водорода

.

9. Замещение металла

.

10. Термолиз кислых солей, т.е. разложение солей при нагревании

.

11. Взаимодействие двух солей (присоединение) – образование двойных солей

.

12. Взаимодействие двух солей (комлексообразование)

.

Способы получения оксидов:

1. Окисление простых и сложных веществ

.

2. Разложение гидроксидов при температуре

3. Разложение карбонатов и других солей

,

,

.

4. Взаимодействие металла с другим оксидом

.

Способы получения кислот:

1. Взаимодействие кислотного оксида с водой

.

2. Вытеснение летучих кислот

.

3. Взаимодействие соли и кислоты с образованием нерастворимой соли

.

4. Взаимодействие водорода с элементом с образованием бескислородной кислоты

.

5. Комплексные кислоты

,

.

Способы получения оснований:

1.Взаимодействие металла с водой

.

2. Взаимодействие оксида с водой

.

3. Разложение соли водой (гидролиз)

.

4. Взаимодействие соли и щелочи

.

1.6 Основные классы и номенклатура неорганических соединений

По функциональным признакам неорганические соединения подразделяются на классы в зависимости от характерных свойств, проявляемых ими в химических реакциях. Существует четыре класса неорганических соединений: оксиды, основания, кислоты и соли.⁶

Оксиды – это соединения элементов с кислородом, в которых кислород проявляет степень окисления .⁷ По химическим свойствам оксиды подразделяют на несолеобразующие (безразличные) и солеобразующие. Последние в свою очередь делят на основные, кислотные и амфотерные.

Основными называются оксиды, которые образуют соли при взаимодействии с кислотами или кислотными оксидами :

,

.

Кислотными оксидами называются оксиды, образующие соли при взаимодействии с основаниями или основными оксидами:

,

.

Присоединяя прямо или косвенно воду, кислотные оксиды образуют кислоты:

,

.

Поскольку кислотные оксиды могут быть получены и обратным путём – за счёт выделения воды из кислот, то их также называют ангидридами кислот.

Амфотерными называются оксиды, которые образуют соли при взаимодействии как с кислотами, так и с основаниями. К амфотерным оксидам относятся, например, и т.д.:

Несолеобразующие оксиды (их немного) не взаимодействуют ни с кислотами, ни с основаниями. К ним относятся: – оксид азота ⁴, – оксид азота , – оксид углерода и др.

Структурные формулы оксидов и других соединений играют важную роль в понимании структурных и химических свойств соединений, поэтому необходимо научиться правильно составлять их. При изображении графических формул следует пользоваться понятием «валентность» или «степень окисления», причём каждой «единице» валентности или степени окисления соответствует валентный штрих: , , . Это означает, что речь идёт о кремнии , магнии , азоте .

Д ругой принцип построения графических формул заключается в том, что в большинстве молекул оксидов атомы элементов, если их больше одного, соединяются через кислород:

Кислоты – это сложные вещества, содержащие атомы водорода, которые могут замещаться атомами металла. Общая формула кислот:

,

где – кислотный остаток (от английского слова - кислота); – число атомов водорода, равное валентности кислотного остатка.

Примеры кислот:

Классификацию кислот производят:

а) по основности, т.е. по числу атомов водорода, которые в молекуле кислоты могут замещаться атомами металла.

По основности кислоты делятся на:

- одноосновные ( и др.);

- двухосновные ( и др.) и т.д.

Кислоты, молекулы которых содержат два и более атомов водорода, называются многоосновными;

б) по содержанию атомов кислорода в молекуле кислоты делятся на:

- бескислородные ( и др.);

- кислородсодержащие ( и др.).

Т аблица 1.1 – Основные классы неорганических веществ

Кислородсодержащие кислоты называются оксокислотами. Они являются гидратами кислотных оксидов, т.е. продуктами соединения кислотных оксидов с водой.

Например:

Г рафические формулы молекул кислот строят следующим образом. Если в эмпирической формуле кислоты в кислотном остатке содержится два центральных атома, то они соединяются через кислород: Атомы водорода присоединяются к центральному атому через кислород, а остающиеся атомы присоединяются к центральному атому двумя валентными штрихами. Если центральных атомов два, то атомы водорода и кислорода делятся между ними поровну:

Основания – это сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов металла и одной или нескольких гидроксильных групп . Общая формула оснований , где - число гидроксильных групп, равное валентности металла.

Примеры оснований: .

Классификацию оснований проводят:

а) по числу гидроксильных групп в молекуле. Количество гидроксильных групп в молекуле основания зависит от валентности металла и определяет кислотность основания. По этому признаку основания делятся на однокислотные ( и др.), двукислотные ( и др.) и т.д.

Двух- и трёхкислотные основания называются многокислотными;

б) по растворимости в воде основания делятся на:

 растворимые ( );

 нерастворимые ( и др.). Растворимые в воде основания называются щелочами.

Среди оснований выделяют также амфотерные гидроксиды - сложные вещества, которые имеют свойства кислот и свойства оснований.

Примеры амфотерных гидроксидов:

Для удобства амфотерным гидроксидам можно придать форму либо кислоты, либо основания, например, и и . Традиционно их называют и как кислоты, и как основания: гидроксид оксоалюминия или метаалюминиевая кислота; или  тригидроксид алюминия или ортоалюминиевая кислота. Графическое изображение амфотерных гидроксидов строятся по аналогии с основными гидроксидами и кислотами:

Соли – это сложные вещества, которые являются продуктами замещения атомов водорода в молекулах кислот атомами металла или продуктами замещения гидроксильных групп в молекулах оснований кислотными остатками.

Например:

;

.

Состав нормальных (средних) солей выражается общей формулой:

,

где – число атомов металла; – число кислотных остатков.

Соли делятся на три типа: нормальные (средние), кислые и основные.

Нормальные (средние) соли – это продукты полного замещения атомов водорода в молекуле кислоты атомами металла или продуктами полного замещения гидроксильных групп в молекуле основания кислотными остатаками.

К ислые соли – это продукты неполного замещения атомов водорода в молекулах многоосновных кислот атомами металла.

Например:

Двухосновная кислота с любым металлом образует одну нормальную соль и одну кислую соль.

Трёхосновная кислота с любым металлом образует нормальную соль и две кислые соли.

Названия кислых солей состоят из приставки «гидро-» или «дигидро-» и в круглых скобках указывается валентность металла. Например: – гидрокарбанат натрия, – гидрофосфат калия, – гидрофосфат железа .

Приставка «дигидро-» используется, если в молекуле кислой соли с одним кислотным остатком связаны два атома водорода.

Например: - дигидрофосфат калия.

Основные соли – это продукты неполного замещения гидроксильных групп в молекулах многокислотных оснований кислотными остатками. Примеры основных солей: гидроксохлорид кальция; гидроксосульфат кальция; гидроксодинитрат железа .

Молекулы основных солей содержат гидроксильные группы (сокращенное название гидроксильной группы – «гидроксо-»), поэтому в их названиях содержится эта приставка.

Приставка «дигидроксо-» используется, если в молекуле основной соли с одним атомом металла связаны две гидроксильные группы.

Например: дигидроксонитрат железа .

В графических формулах солей должны сохраняться графические формулы кислотных и основных остатков. Если кислотный остаток произведён от кислородной кислоты, то атом металла присоединяется к кислотному остатку через кислород. Например: