1. ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Все вещества делятся на простые и сложные. Простые вещества состоят из атомов только одного вида и подразделяются на металлы и неметаллы. Металлы на внешнем энергетическом уровне имеют мало электронов (от одного до трех), для них характерна металлическая связь, в периодической таблице они расположены в первой-третьей группах (главная подгруппа) и в побочных подгруппах (так называемые переходные металлы). Исключениями из этого правила являются : бор (В) – он находится в третьей группе, но проявляет неметаллические свойства; олово (Sn), свинец (Pb) и висмут (Bi), расположенные

вчетвертой (Sn и Pb) и пятой (Bi) группах, но проявляющие металлические свойства. Неметаллы имеют на внешнем энергетическом уровне четыре и более электронов и способны образовывать ковалентные связи. В периодической таблице неметаллы занимают от четвертой до восьмой группы (главная подгруппа). Элементы, находящиеся на границе между металлами и неметаллами, способны образовывать соединения с амфотерными, то есть двойственными, свойствами.

Сложные вещества состоят из двух и более видов различных атомов и делятся на оксиды, кислоты, основания и соли.

Оксиды – это бинарные (то есть состоящие из атомов двух видов) соединения элемента с кислородом, в которых степень окисления кислорода равна – 2.

По химическим свойствам они подразделяются на солеобразующие и несолеобразующие. Несолеобразующие оксиды не могут вступать в реакции кислотно-основного взаимодействия, не могут, как это следует из их названия, образовывать соли, а вступают только

вреакции окисления – восстановления. Это такие оксиды, как СО, NO и некоторые другие.

Солеобразующие оксиды подразделяются на основные, кислотные и амфотерные. Основные оксиды образованы типичными металлами, степень окисления элемента в таких оксидах обычно равна +1 или +2, таким оксидам соответствуют основания. Примером основных оксидов служат Na2O, MgO, FeO, Ag2O, NiO и другие. Кислотные оксиды образованы, во-первых, типичными неметаллами (СО2, SiO2, SO3, Cl2O7 и др.) и, во-вторых, переходными металлами в высокой степени окисления (+5, +6, +7). Примером таких оксидов являются Mn2O7, CrO3, V2O5 и др. Этим оксидам соответствуют кислоты. Оксиды, занимающие промежуточное положение между основными и ки-

6

слотными, способные реагировать как с кислотами, так и со щелочами, называют амфотерными. Элементы, образующие амфотерные оксиды, как правило, проявляют степень окисления +3 и +4 (это окси-

ды Al2O3, Fe2O3, SnO2, PbO2,Cr2O3, MnO2). Кроме того, к амфотерным оксидам относятся оксиды BeO, ZnO, SnO, PbO, в которых элементы имеют степень окисления +2. Всем этим оксидам соответствуют амфотерные гидроксиды, которые в зависимости от условий могут проявлять как кислотные, так и основные свойства.

Оксиды получают:

1) при окислении простых веществ: 2Mg + O2 = 2MgO;

S + O2 = SO2;

C + O2 = CO2; 2) при окислении сложных веществ:

4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 + 4SO2; CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O;

3) при разложении сложных веществ: H2SO3 = H2O + SO2; CaCO3 = CaO + CO2; Cu(OH)2 = CuO + H2O.

Основные оксиды взаимодействуют с водой только в том случае, если при этом получается растворимое основание (щелочь). Это оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов:

K2O + H2O = 2KOH;

BaO + H2O = Ba(OH)2.

Если основному оксиду соответствует нерастворимое основание, такой оксид в воде не растворяется и с ней не взаимодействует.

Все основные оксидыреагируют скислотами с образованиемсоли: Na2O + H2SO4 = Na2SO4 + H2O;

FeO + 2HCl = FeCl2 = H2O.

Основные оксиды реагируют также с кислотными оксидами: K2O + CO2 = K2CO3;

CaO + N2O5 = Ca(NO3)2.

Кислотные оксиды реагируют с водой с образованием кислоты: SO2 + H2O = H2SO3;

CrO3 + H2O = H2CrO4.

Только один из кислотных оксидов – оксид кремния SiO2 не реагирует с водой, так как соответствующая ему кремниевая кислота не растворима в воде. Кислотные оксиды ещё называют ангидридами.

7

Кислотные оксиды реагируют со щелочами с образованием солей: SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O;

P2O5 + 6KOH = 2K3PO4 + 3H2O.

Кислотные оксиды реагируют с основными оксидами с образованием солей:

SiO2 + Na2O = Na2SiO3;

V2O5 + CaO = Ca(VO3)2.

Амфотерные оксиды с водой не реагируют, но реагируют с кислотами, подобно основным оксидам:

ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O;

Al2O3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O.

С основаниями амфотерные оксиды реагируют, подобно кислотным, то есть входят в состав кислотного остатка:

ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2O (при сплавлении); ZnO + 2NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4] (в растворе щелочи).

Гидроксиды – это сложные соединения, состоящие из оксида и воды. Гидроксиды обычно рассматривают как продукты взаимодействия оксидов с водой независимо от того, наблюдается это взаимодействие в действительности или гидроксид может быть получен только косвенным путем. Оксиды металлов, взаимодействуя с водой, дают основные гидроксиды, или основания. Оксиды неметаллов, соединяясь с водой, образуют кислотные гидроксиды, или кислоты.

Гидроксиды металлов, которые могут проявлять как основные, так и кислотные свойства, называютсяамфотерными гидроксидами.

Основания – это сложные соединения, состоящие из атома металла и одной или нескольких гидроксогрупп. Например, Ni(OH)2, Cu(OH)2, Mg(OH)2, AgOH и другие. Растворимые в воде основания называют щелочами: NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2.

Основания получают при взаимодействии:

1)щелочных и щелочно-земельных металлов с водой: 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2;

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2;

2)при взаимодействии оксидов щелочных и щелочноземельных металлов с водой:

K2O + H2O = 2KOH;

BaO + H2O = Ba(OH)2.

Нерастворимые основания получают при реакции солей со щелочами:

CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4;

8

FeCl2 + 2KOH = Fe(OH)2 + 2KCl.

Основания взаимодействуют с кислотными оксидами, кислотами и солями:

Ca(OH)2 + SO3 = CaSO4 + H2O;

Fe(OH)2 + H2CO3 = FeCO3 + 2H2O;

2KOH + CuCl2 = Cu(OH)2 + 2KCl.

Амфотерные гидроксиды способны реагировать как с кислотами, так и со щелочами, но в воде не растворяются:

Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O; Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4] (в растворе);

Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O (при сплавлении).

Кислоты – это сложные соединения, состоящие из одного или нескольких атомов водорода, способных замещаться металлом, и аниона кислотного остатка.

Все кислоты подразделяются:

1)по содержанию кислорода – на кислородсодержащие (H2SO4, HNO3, H3PO4) и бескислородные (HCl, H2S, HCN);

2)по числу атомов водорода – на одноосновные (HCl, HNO3), двухосновные (H2CO3, H2SO4, H2S) и трехосновные (многоосновные)

(H3PO4, H3AsO4);

3)по степени диссоциации – на сильные электролиты (HCl, H2SO4, HNO3, HI, HBr) и слабые электролиты (H2CO3, H2S и др.);

4)по окислительной способности – на кислоты сильные окислители (HNO3, H2SO4, H2CrO4, HMnO4) и кислоты, не проявляющие окислительных свойств.

В табл. 1 приводятся названия и формулы важнейших кислот и соответствующих им солей.

Кислоты в лаборатории можно получить:

1)при растворении кислотных оксидов в воде:

N2O5 + H2O = 2HNO3;

CrO3 + H2O = H2CrO4;

2) при взаимодействии солей с сильными кислотами: Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2NaCl;

Pb(NO3)2 + 2HCl = PbCl2 + 2HNO3.

Кислоты взаимодействуют с металлами, основаниями, основными и амфотерными оксидами, амфотерными гидроксидами и солями:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 ;

Cu + 4HNO3(концентр.) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O;

9

H2SO4 + Ca(OH)2 = CaSO4 + 2H2O;

2HBr + MgO = MgBr2 + H2O;

6HI + Al2O3 = 2AlBr3 + 3H2O;

H2SO4 + Zn(OH)2 = ZnSO4 + 2H2O;

AgNO3 + HCl = AgCl + HNO3.

Обычно кислоты взаимодействуют только с теми металлами, которые в электрохимическом ряду напряжения стоят до водорода ( < 0), при этом выделяется свободный водород. С малоактивными металлами ( > 0) такие кислоты не взаимодействуют. Кислоты, являющиеся сильными окислителями (азотная, концентрированная серная), реагируют со всеми металлами, за исключением благородных (золото, платина), нопри этом выделяется не водород, а водаи оксид,например, SO2 или NO2.

Солью называют продукт замещения водорода в кислоте на ме-

талл. Все соли делятся на: средние – NaCl, K2CO3, KMnO4, Ca3(PO4)2 и др.; кислые – NaHCO3, KH2PO4; основные – CuOHCl, Fe(OH)2NO3;

10

комплексные – Na[Al(OH)4], K3[Fe(CN)6]; двойные – KAl(SO4)2, NaKCO3.

Средней солью называется продукт полного замещения ионов водорода в молекуле кислоты атомами металла.

Кислые соли содержат атомы водорода, способные участвовать в химических обменных реакциях. При образовании кислых солей произошлонеполноезамещениеатомовводородавкислотеатомамиметалла.

Основные соли – это продукт неполного замещения гидроксогрупп оснований многовалентных металлов кислотными остатками. Основные соли всегда содержат гидроксогруппу.

Комплексные соли всегда содержат сложный ион, части которого связаны донорно-акцепторной связью. В двойных солях атомы водорода замещены двумя разными металлами.

Средние соли получают взаимодействием: 1) кислоты и основания:

NaOH + HCl = NaCl + H2O; 2) кислоты и основного оксида:

H2SO4 + CaO = CaSO4 + H2O; 3) кислотного оксида и основания:

SO2 + 2KOH = K2SO3 + H2O;

4)кислотного и основного оксидов: MgO + CO2 = MgCO3;

5)металла с кислотой:

Fe + 6HNO3 = Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O; 6) двух солей:

AgNO3 + KCl = AgCl + KNO3; 7) соли и кислоты:

Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3 ; 8) соли и щелочи:

CuSO4 + 2CsOH = Cu(OH)2 + Cs2SO4.

Кислые соли получают:

1) при нейтрализации многоосновных кислот щелочью в избытке кислоты:

H3PO4 + NaOH = NaH2PO4 + H2O;

2)при взаимодействии средних солей с кислотами:

СaCO3 + H2CO3 = Ca(HCO3)2;

3)при гидролизе солей, образованных слабой кислотой: Na2S + H2O = NaHS + NaOH.

11