Справочники / Репетитор по химии - Белов Н.В

§6.1. Оксиды и основания, их свойства

испособы получения

ОКСИДЫ

Физические свойства оксидов

По агрегатному состоянию оксиды делятся на три группы: твердые (К2О, Аl2О3, Р2О5), жидкие (SO3, Mn2O7) и газообразные (СО2, NO2, SO2).

По растворимости в воде оксиды делятся на растворимые (SO2, СО2, К2О) и нерастворимые (CuO, FeO, SiO2, Аl2О3).

Все кислотные оксиды, кроме SiO2, растворимы в воде. Среди основных оксидов растворимыми являются только оксиды щелочных металлов (Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O) и щелочноземельных металлов (СаО, SrO, ВаО). Амфотерные оксиды не растворяются в воде.

Оксиды имеют различный цвет, например, оксид меди (II) CuО — черного, оксид никеля (II) NiO — зеленого, оксид кальция СаО — белого цвета.

По химическим свойствам солеобразующие оксиды разделяются на основные, кислотные и амфотерные.

Химические свойства основных оксидов

1.Общим свойством всех основных оксидов является их способность взаимодействовать с кислотами с образованием соли и воды:

Основный оксид + Кислота = Соль + Н2O

Например:

MgO + 2НСl = MgCl2 + Н2О

MgO + 2Н+ = Mg2+ + Н2О;

Fe2O2 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O

Fe2O3 + 6H+ = 2Fe3+ + 3H2O

2.Основные оксиды взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием солей.

Основный оксид + Кислотный оксид = Соль

Например:

СаО + СО2 = СаСО3; 3Na2O + Р2О5 = 2Na3PO4

250

3.Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов взаимодействуют с водой с образованием растворимых оснований (щелочей):

Оксид + Н2О = Щелочь

Например:

К2О + Н2О = 2КОН

Химические свойства кислотных оксидов

1.Общим свойством всех кислотных оксидов является их способность взаимодействовать с основаниями с образованием соли и воды:

Кислотный оксид + Основание = Соль + Н2О

Для правильного написания формулы образующейся соли нужно четко представлять, какая кислота соответствует данному кислотному оксиду (в приведенных ниже примерах под формулами кислотных оксидов указаны формулы соответствующих им кислот).

а) СО2 + 2NaOH = Na2CO3 + Н2О

б) N2O5 + Ва(ОН)2 = Ba(NO3)2 + Н2О

(HNO3) N2O5 + 2ОH– = 2NO3– + Н2О

2. Кислотные оксиды взаимодействуют с основными оксидами с образованием солей (см. химические свойства основных оксидов).

3. Большинство кислотных оксидов взаимодействует с водой с образованием кислот.

Кислотный оксид + Н2О = Кислота

Например:

SO3 + Н3О = H2SO+

SO3 + H2O = 2H+ + SO42–;

N2О5 + Н2О = 2HNO3

251

N2O5 + Н2О = 2H+ + 2NO3–

Очень немногие кислотные оксиды не взаимодействуют с водой. Наиболее известный из них оксид кремния (IV) SiO2.

Химические свойства амфотерных оксидов

1.Амфотерные оксиды взаимодействуют с кислотами с образованием солей и воды.

Амфотерный оксид + Кислота = Соль + Н2O

Например:

ZnO + 2HNO3 = Zn(NO3)2 + H2O

ZnO + 2H+ = Zn2+ + H2O

В этих реакциях амфотерные оксиды играют роль основных оксидов.

2.Амфотерные оксиды взаимодействуют со щелочами с образованием солей и воды.

Амфотерный оксид + Щелочь = Соль + Н2O

Например:

ZnO + 2КОН = K2ZnO2 + Н2О

ZnO + 2ОН– = ZnO22– + Н2О

В этих реакциях амфотерные оксиды играют роль кислотных оксидов.

3.Амфотерные оксиды при нагревании взаимодействуют

скислотными оксидами с образованием солей.

t° Амфотерный оксид + Кислотный оксид = Соль

Например:

t°

ZnO + СО2 = ZnCO3

4.Амфотерные оксиды яри нагревании взаимодействуют

сосновными оксидами с образованием солей.

t° Амфотерный оксид + Основный оксид = Соль

252

Например:

t°

ZnO + Na2O = Na2ZnO2.

Получение оксидов

Оксиды могут быть получены различными способами: 1. Взаимодействием простых веществ с кислородом:

Металл или неметалл + О2 = Оксид

t°

2Mg + О2 = 2MgO; t°

С+ О2 = СО2

2.Разложением некоторых оксокислот

t°

Оксокислота = Кислотный оксид + Н2О

t°

H2SO3 = SO2 + Н2О

3. Разложением нерастворимых оснований:

t°

Нерастворимое основание = Основный оксид + Н2О

t°

Cu(ОН)2 = CuO + Н2О

4. Разложением некоторых солей:

t°

Соль = Основный оксид + Кислотный оксид

t°

СаСО3 = СаО + СО2

ОСНОВАНИЯ

Физические свойства оснований

Все неорганические основания — твердые вещества (кроме гидроксида аммония NH4OH).

Основания имеют разный цвет: гидроксид калия КОН — белого цвета, гидроксид меди (II) Cu(ОН)2 — голубого, гидроксид железа (III) Fe(OH)3 — красно-бурого цвета.

253

По растворимости в воде основания делятся на две группы: нерастворимые [Fe(OH)3, Cu(OH)2 и др.] и растворимые в воде [КОН, NaOH, Ca(OH)2, Ва(ОН)2 и др.], или щелочи. Некоторые растворимые в воде основания называются едкими щелочами: NaOH — едкий натр, КОН — едкое кали.

Химические свойства оснований

Общие свойства оснований объясняются наличием в их растворах анионов ОН–, которые образуются в результате электролитической диссоциации молекул оснований:

Ме(ОН)у Меу+ + у OH–

1.Водные растворы щелочей изменяют окраску индикаторов (табл. 23).

2.Основания взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды.

•Реакции между кислотами и основаниями называются реакциями нейтрализации.

Основание + Кислота = Соль + Н2О

Например:

а) КОН + HCl = KCl + Н2О

ОН– + Н+ = Н2О

б) Fe(OH)2 + 2HNO3 Fe(NO3)2 + 2Н2О

Fe(OH)2 + 2Н+ Fe2+ + 2H2O

3. Щелочи взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием соли и воды.

Щелочь + Кислотный оксид = Соль + Н2О

Например:

254

Са(ОН)2 + СО2 = CaCO3 + Н2О

Са2+ + 2ОН– + СО2 = СаСО3 + Н2О

4.Растворы щелочей взаимодействуют с растворами солей, если в результате образуется нерастворимое основание или нерастворимая соль:

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

2ОН– + Cu2+ = Cu(OH)2

Ba(OH)2 + Na2SO4 = 2NaOH + BaSO4

Ba2+ + SO42– = BaSO4

5.Нерастворимые в воде основания при нагревании разлагаются на основный оксид и воду.

t°

Нерастворимое основание = Основный оксид + H2O

Например:

t°

Cu(ОН)2 = CuО + Н2О

t°

2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2О

6.Растворы щелочей взаимодействуют с металлами, которые образуют амфотерные оксиды и гидроксиды (Zn, Аl и др.). Уравнения этих реакций в упрощенном виде могут быть записаны следующим образом:

Zn + 2NaOH = Na2ZnO2 + Н2

цинкат натрия Zn0 + 2ОН– = ZnO22– + H20

2Аl + 2КОН + 2Н2О = 2KAlO2 + 3H2

метаалюминат

калия

2Аl0 + 2ОН– + 2Н2О = 2AlO2– + 3H2

Реально в ходе этих реакций в растворах образуются гидроксокомплексы (продукты гидратации указанных выше солей):

Zn + 2NaOH + 2Н2О = Na2[Zn(OH)4] + H2

тетрагидроксоцинкат натрия

2Аl + 2КОН + 6Н2О = 2K[Al(OH)4] + 3H2

тетрагидроксоалюминат калия

255

Получение оснований

Основания получают разными способами. 1. Получение растворимых оснований:

а) взаимодействием щелочных и щелочноземельных металлов с водой:

Me + Н2O = Растворимое основание (щелочь) + Н2 ,

где Me — щелочные и щелочноземельные металлы. Например:

2Na + 2Н2О = 2NaOH + Н2 ; Ba + 2Н2О = Ba(OH)2 + Н2

б) взаимодействием оксидов щелочных и щелочноземельных металлов с водой.

Например:

Na2O + Н2О = 2NaOH

ВаО + Н2О = Ва(ОН)2

2.Получение нерастворимых оснований действием щелочей на растворимые соли металлов.

Например:

2NaOH + FeSO4 = Fe(OH)2 + Na2SO4

Fe2+ + 2ОН– = Fe(OH)2

Вопросы для контроля

1.Какие физические свойства имеют оксиды?

2.Какие химические свойства имеют: а) основные оксиды; б) кислотные оксиды; в) амфотерные оксиды?

3.Какими способами можно получить оксиды?

4.Какие физические и химические свойства имеют основания?

5.Что такое реакция нейтрализации? Приведите пример.

6.Какими способами получают основания?

Упражнения и задачи для самостоятельной работы

1. Закончите уравнения реакций в молекулярном и ионном виде:

256

2.Напишите уравнения двух реакций получения: а) гидроксида цезия, б) гидроксида железа (III).

3.С помощью каких реакций можно получить оксид никеля (II) NiO из сульфата никеля (II) NiSO4?

4.Напишите уравнения реакций всех способов получения оксида хрома (III), оксида углерода (IV), оксида кальция.

5.С какими из следующих веществ будет реагировать оксид углерода (IV):

MgO, NaCl, AgNO3, NaOH, ZnO? Напишите уравнения соответствующих реакций.

6.С какими из следующих веществ будет реагировать гидроксид калия:

NaCl, H2SO4, Zn, ZnO, KH2PO4, SO2? Напишите уравнения соответствующих реакций в молекулярном и ионном виде.

7.С какими из следующих веществ будет реагировать оксид цинка:

SO3, Р2О5, CaO, Ba(OH)2, СаСO3, BaSO4? Напишите уравнения соответствующих реакций в молекулярном и ионном виде.

8.С какими из следующих веществ будет реагировать оксид бария: Al,

Al2O3, S, SO2, Н2SO4, Na2SO4? Напишите уравнения соответствующих реакций в молекулярном и ионном виде.

9.С какими из следующих веществ будет реагировать оксид азота (V):

КОН, Al, Аl2О3, Аl(ОН)3, Н2О? Напишите уравнения соответствующих реакций в молекулярном и ионном виде.

10.С какими из следующих веществ будет реагировать гидроксид на-

трия: HNO3, CaO, CO2, CuSO4, Cu(OH)2, P2O5? Напишите уравнения соответствующих реакций в молекулярном и ионном виде.

11.Можно ли приготовить раствор, содержащий одновременно сле-

дующие вещества: Ва(ОН)2 и НСl; NaCl и NaOH; H2SO3 и Са(ОН)2?

12.Оксид натрия массой 12,4 г растворили в воде. Какой объем оксида углерода (IV), измеренный при нормальных условиях, потребуется для нейтрализации полученного гидроксида натрия, если при этом образуется кислая соль?

13.Сколько граммов гидроксида железа (III) надо разложить, чтобы получить 0,95 г оксида железа (III)?

14.При пропускании оксида углерода (IV) через раствор гидроксида кальция получили гидрокарбонат кальция массой 8,1 г. Определите

257

объем оксида углерода (IV), измеренный при н. у., который был пропущен через раствор.

15.При действии избытка раствора щелочи на 122,5 г смеси Al, CuO,

Fe2O3 выделилось 33,6 л газа (н. у.), а при восстановлении этой же смеси водородом образовалось 1,3 моль Н2О. Определите состав исходной смеси.

§ 6.2. Кислоты, их свойства и получение

Физические свойства кислот

Кислоты бывают твердыми (например, ортофосфорная кислота H3PO4, борная кислота H3BO3, йодная кислота НIO4) и жидкими (например, серная кислота H2SO4, азотная кислота HNO3). Большинство кислот растворяется в воде.

Некоторые кислоты являются растворами газов в воде (например, хлороводородная кислота НСl, сероводородная кислота H2S).

Химические свойства кислот

Общие свойства кислот в водных растворах обусловлены присутствием ионов Н+, которые образуются в результате электролитической диссоциации молекул кислот:

НАс Н+ + Ас–

1. Кислоты одинаково изменяют цвет индикаторов (табл. 24).

2.Кислоты взаимодействуют с основаниями с образованием соли и воды (реакция нейтрализации). Примеры реакций нейтрализации с образованием средних солей были рас-

258

смотрены в § 6.1. Если в реакциях нейтрализации участвуют многоосновные кислоты или многокислотные основания, то продуктами реакции могут быть не только средние соли, но и кислые или основные. Например:

а) Н3РО4 + 3NaOH Na3PO4 + 3H2О

Н3РО4 + 3ОН– РО43– + 3H2О;

б) Н3РО4 + 2NaOH Na2HPO4 + 2Н2О

Н3РО4 + 2ОН– НРО42– + 2Н2О;

в) Н3РО4 + NaOH NaH2PO4 + Н2О

H3PO4 + ОН– Н2РО4– + Н2О;

г) 2НСl + Cu(ОН)2 CuСl2 + 2Н2O

2Н+ + Cu(ОН)2 Cu2+ + 2Н2О;

д) НСl + Cu(ОН)2 CuOHCl + Н2О

2CuОН+ + Н2О

3.Кислоты взаимодействуют с основными оксидами с образованием соли и воды.

Кислота + Основный оксид = Соль + Н2О

Например:

а) 2НСl + СаО = СаСl2 + Н2О

2Н+ + СаО = Са2+ + Н2О;

б) 3H2SO4 + Fe2O3 = Fe2(SO4)3 + 3H2О

6Н+ + Fe2O3 = 2Fe3+ + 3H2О

4.Кислоты взаимодействуют с амфотерными оксидами с образованием соли и воды.

Кислота + Амфотерный оксид = Соль + Н2О

Например:

2HNO3 + ZnO = Zn(NO3)2 + Н2О

2Н+ + ZnO = Zn2+ + H2O

5.Кислоты взаимодействуют с амфотерными гидроксидами

собразованием соли и воды.

Кислота + Амфотерный гидроксид = Соль + Н2O

Например:

3HСl + Cr(ОН)3 = CrСl3 + 3H2О

3H+ + Cr(ОН)3 = Cr3+ + 3H2О

259