Справочники / Врублевский А.И. Химия. Теоретический курс для подготовки к ЕГЭ

Кислотные оксиды образуют как элементы неметаллы (СО2, NO2, Р2О5, СЬ,О7), так и элементы металлы, причем в послед­ нем случае степень окисления атома металла должна быть +5 и выше (СгО3, Мп9О7, MnO3, Sb,O5, OsO4). Амфотерные ок­ сиды образуют, как правило, элементы металлы (ZnO, А12О3, Fe2O3, ВеО, Cr2O3, PbO, SnO, МпО2, Мп2О3).

Оксиды металлов в степени окисления +5 и выше, как правило, являются кислотными и имеют в боль­ шинстве случаев молекулярное строение.

В обычных условиях оксиды могут находиться в трех агре­ гатных состояниях: все основные и амфотерные оксиды — твердые вещества, кислотные оксиды могут быть жидкими (SO3, С1,О7, Мп2О7), газообразными (СО7, SO.,, NO0) и твер­ дыми (Р2О5, SiO2). Некоторые имеют запах (NO2, SO9), одна­ ко большинство оксидов запаха не имеют. Одни оксиды окра­ шены: бурый NO.,, вишнево-красный СгО3, черные СпО и Ag,O, красные Сп2О и HgO, коричневый Fe2O3, белые SiO2, А1?О3 и ZnO, другие — бесцветные (Н7О, СО2, SO2). Боль­ шинство оксидов устойчивы при нагревании; легко разлага­ ются при нагревании оксиды ртути и серебра.

Основные оксиды щелочных и щелочноземельных металлов имеют немолекулярное строение, для них характерна кристал­ лическая решетка ионного типа. Большинство кислотных ок­ сидов — вещества молекулярного строения (одно из немногих исключений — оксид кремния(1У), имеющий атомную кри­ сталлическую решетку). Примеры графических формул кис­ лотных оксидов (для оксидов немолекулярного строения приво­ дить графические формулы не рекомендуется):

°\

'"'N—О—N О=Мп—О—Мп=О

В соответствии с международной номенклатурой степень окисления элемента в названии оксида указывают только в

том случае, если она для данного элемента может быть пере­ менной: оксид углерода(П) СО, оксид железа(Ш) Fe2O3, оксид хлора(1) С12О, оксид марганца(УП) Мп2О7.

Широко используются тривиальные названия оксидов: угарный газ СО, углекислый газ СО2, сернистый газ SO2, пе­ сок (кварц, кремнезем) SiO2. Кислотные оксиды иногда назы­ вают ангидридами кислот, например SO3 — ангидрид серной кислоты (серный ангидрид), Р,О5 — ангидрид фосфорной кислоты (фосфорный ангидрид).

Характер изменения кислотно-основных свойств оксидов элементов в зависимости от их положения в периодической системе охарактеризован ранее (см. 3.4). Слева направо по периоду основные свойства оксидов ослабевают, а кислот­ ные — усиливаются.

В группах А с ростом атомного номера элемента наблю­ дается усиление основных свойств оксидов и ослабление кислотных.

Если один и тот же элемент образует несколько ок­ сидов с различной степенью окисления атома, то чем выше степень окисления атома, тем сильнее у ок­

сида выражены кислотные свойства.

Например, оксиду SO, отвечает слабая сернистая кислота H2SO3, а оксиду SO3 — сильная серная кислота H2SO4; оксид хрома(П) СгО — основный, оксид хрома(Ш) Сг2О3 — амфо­ терный (т. е. основные свойства ослабились, появились кис­ лотные), а оксид хрома(¥1) СгО3 — кислотный оксид, который основных свойств не проявляет.

6.1.2. Химические свойства оксидов

Химические свойства основных оксидов

1. Основные оксиды реагируют с водой. В эту реакцию вступают только оксиды щелочных и щелочноземельных ме­ таллов. Продуктом реакции являются основания (щелочи):

Na2O + Н,0 = 2NaOH;

К2О + Н2О = 2К0Н;

ВаО + Н2О = Ва(ОН)2;

СиО + Н2О

2. Основные оксиды взаимодействуют с кислотными ок­ сидами с образованием солей соответствующих кислот (фор­ мула кислоты дана в скобках):

К2О + СО, = К2СО3 — соль угольной кислоты (Н2СО3), кар­ бонат калия;

Na2O + N2O5 = 2NaNO3 — соль азотной кислоты (HNO3), нитрат натрия;

ЗВаО + Р2О5 = Ва3(РО4), — соль фосфорной кислоты (Н3РО4), фосфат бария;

СаО + SO, = CaSO3 — соль сернистой кислоты (H,SO3), сульфит кальция;

К2О + SO3 = K2SO4 — соль серной кислоты (H2SO4), суль­ фат калия;

Rb2O + SiO2 = Rb2SiO3 — соль кремниевой кислоты (H2SiO3), силикат рубидия.

3. Основные оксиды взаимодействуют с кислотами. Про­ дуктами этой реакции являются соль соответствующей кисло­ ты и вода:

Na2O + 2НС1 = 2NaCl + Н2О;

ЗК2О + 2Н3РО4 = 2К3РО4 + ЗН2О;

ВаО + 2HNO3 = Ba(NO3)2 + Н2О.

На основании химических свойств можно сказать, что основными называются оксиды, которые с образованием солей реагируют с кислотами и кислотными оксидами.

Химические свойства кислотных оксидов

1. Кислотные оксиды взаимодействуют с водой (не реаги­ рует с водой SiO2) с образованием кислот:

СО2 + Н2О Н2СО3 — угольная кислота;

SO3 + Н2О = H2SO4 — серная кислота;

SOo + Н2О H2SO3 — сернистая кислота;

Р2О5 + ЗН,0 = 2Н3РО4 — ортофосфорная кислота;

N2O3 + Н2О = 2HNO2 — азотистая кислота;

N9O5 + Н9О = 2HNO3 — азотная кислота;

Мп,О7 + Н2О = 2НМпО4 — марганцевая кислота;

СгО3 + Н2О = Н2СгО4 — хромовая кислота;

2СгО3 + Н2О = Н2Сг9О7 — дихромовая кислота;

2NO2 + Н2О = HNO2 + HNO3 — образуется смесь азотистой

иазотной кислот.

2.Кислотные оксиды реагируют с основными оксидами с образованием солей соответствующих кислот (см. выше):

SO, + К2О = K2SO3;

Р,О5 + 3Na2O = 2Na3PO4.

3. Кислотные оксиды реагируют с основаниями с образо­ ванием соли соответствующей кислоты и воды. Особенно хо­ рошо вступают в эту реакцию сильные основания — щелочи:

SO2 + 2К0Н = К^ЗОз + Н2О;

SO3 + 2NaOH = Na2SO4 + Н2О;

Р2О5 + ЗВа(ОН), = Ва3(РО4)2Ф + ЗН2О;

N2OS + 2КОН = 2KNO3 + Н2О;

SiO2 + 2КОН = K2SiO3 + Н2О.

Следовательно, кислотными можно назвать оксиды, которые с образованием солей реагируют со щелочами и основными оксидами.

Химические свойства амфотерных оксидов

1.С водой амфотерные оксиды не взаимодействуют (в воде не растворяются).

2.Амфотерные оксиды реагируют при нагревании (сплав­

лении, прокаливании) с основными оксидами с образованием средних солей, проявляя при этом свойства кислотных оксидов:

А12О3 + К?О = 2КА1О2 — метаалюминат калия;

ZnO + Na,О = Na,ZnO, — цинкат натрия;

ВеО + ВаО = ВаВеО2 — бериллат бария.

3.Амфотерные оксиды реагируют с кислотными оксидами

собразованием средних солей, проявляя при этом свойства основных оксидов:

А12О3 + 3SO3 = A1,(SO4)3 — сульфат алюминия;

3ZnO + Р2О5 = Zn3(PO4)2 — фосфат цинка.

4. Амфотерные оксиды реагируют с кислотами с образо­ ванием средних солей и воды, проявляя при этом свойства основных оксидов:

Fe2O3 + 6НС1 = 2FeCl3 + ЗН2О;

А12О3 + 3H2SO4 = A12(SO4)3 + ЗН2О;

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

5. Амфотерные оксиды при сплавлении (реакция протека­

ет с твердой щелочью и при нагревании) и в водных раство­

рах реагируют со щелочами. В обоих случаях образуются соли, но их состав различен: при сплавлении образуются средние (нормальные) соли, а в водном растворе — комплексные соли,

содержащие ОН-группу:

А12О3 + 2КОН (тв) = 2КА1О2 + Н2ОТ;

ZnO + 2NaOH (тв) = Na,ZnO, + Н2ОТ;

ВеО + 2КОН (тв) = К2ВеО2 + Н2ОТ;

А1,О3 + 6К0Н + ЗН2О = 2К3[А1(ОН)6] — гексагидроксоалю-

минат калия;

ZnO + 2NaOH + Н2О = Na,[Zn(OH)4] — тетрагидроксоцинкат

натрия;

ВеО + 2КОН + Н2О = KJBe^H)^ — тетрагидроксобериллат

калия.

6. Амфотерные оксиды при нагревании реагируют с твер­ дыми карбонатами с вытеснением СО2 и образованием сред­ них солей:

А12О3 + СаСО3 = Са(А1О2)2 + CO2t;

А12О3 + Na2CO3 = 2NaA102 + СО2Т.

Таким образом, амфотерными называются оксиды, которые образуют соли в реакциях с кислотами и щелочами, основны­ ми и кислотными оксидами.

Специфические свойства оксидов

Эти свойства во многом связаны с их способностью уча­ ствовать в окислительно-восстановительных реакциях:

Fe2O3 + ЗН2 = 2Fe + ЗН2О.

Оксид углерода(П) обладает выраженными восстановитель­ ными свойствами и восстанавливает металлы из их оксидов:

СпО + СО = Си + СО2.

Оксид кремния(1У) при нагревании вытесняет из твердых карбонатов более летучий оксид углерода(1У):

SiO? + СаСО3 = CO2f + CaSiO3.

Другие специфические свойства оксидов будут рассмотре­ ны при изучении химии элементов и их соединений.

6.1.3. Способы получения оксидов

Способы получения оксидов весьма разнообразны (табл. 6.1).

Таблица 6.1

Способы получения оксидов

ления атома металла: Си(ОН)2 — гидроксид меди(П), но КОН — гидроксид калия.

Некоторые основания имеют тривиальные названия:

Са(ОН), — гашеная известь, а водный раствор этого основа­ ния — известковая вода (известковое молоко — суспензия Са(ОН)2), водный раствор Ва(ОН)э — баритовая вода, NaOH —

едкий натр, КОН — едкое кали.

Основания, образованные элементами металлами, имеют немолекулярное строение, при обычных условиях они твердые. Гидроксиды ^-металлов и А1(ОН)3 бесцветные (белые), гидрок­ сиды многих d-металлов окрашены, например Сг(ОН)3 — се­ ровато-зеленый, Fe(OH)3 — коричневый, Си(ОН)? — синий.

Основания классифицируют по кислотности и силе. Одно­ кислотные основания содержат одну группу ОН, двухкислот­ ные — две группы ОН и т. д.

Ксильным относятся основания, которые в водных раство­ рах полностью диссоциируют с образованием гидроксид-ионов;

кним относятся хорошо или сравнительно хорошо раствори­ мые в воде гидроксиды щелочных металлов, бария и стронция, а также малорастворимый гидроксид кальция. Перечисленные основания называются также щелочами.

Слабыми нерастворимыми в воде основаниями являются

Mg(OH)2, Cu(OH)2, Fe(OH)2, Сг(ОН)2 и др., к числу слабых оснований относится гидрат аммиака NH3 ■ Н2О.

Камфотерным относятся гидроксиды, которые проявляют химические свойства как оснований, так и кислот: А1(ОН)3, Zn(OH)2, Ве(ОН)2, Cr(OH)3, Fe(OH)3, Мп(ОН)4, РЬ(ОН)2, Sn(OH)2.

Основные свойства оснований зависят от положения эле­ мента в периодической системе (см. 3.4).

Напомним, что слева направо по периоду основные свой­ ства гидроксидов ослабевают.

В группах А сверху вниз происходит усиление основных

свойств.

В случае, когда металл образует несколько оснований (гид­ роксидов), основные свойства более выражены у того из них,