Основы неорганической химии
.pdf32
Графические формулы кислот
H C I
H - C I
+ + 5 - 2
H N 0 3
Н — О — N
ч о
++ б -2
H 2S 2C >7
оо
II II
H- 0 - S — О — S —о - н
иА
ОО
++ 4 —2
Н2 С 0 3
н - о ч
с = о
н - о 7
++ -2
Н,РСЬ
н - о ч н
+■ + —2
не ю
H - C I - 0
+7 - 2
НМ п 0 4
о
II
Н - О - М п = О II
о
|
+ |
+2 - 2 |
|
|
H 2S 2 0 3 |
||
Н |
- О |
ч |
, . s " 2 |
|
|
\ + |
ь / / |
|
|
S |
|
н |
- о |
7 |
хХо |
++2 -2
н- о ч
Zn
н - о 7
+ + |
3 - 2 |
Н 2В |
4 0 7 |
о=в-о-в-о-в-о-в=о |
|
1 |
1 |
? |
? |
н |
н |
+3 - 2 H N 0 2
н — 0 - N = 0
+ +6 -2
H 2 S 0 4
H - o N |
О |
s
н - о 7 \ >
+-f-7 -2
H 2s 20 8
о2 |
о |
’ |
II |
. . п |
, |
H - O L S - O - O - S - O - H
+ +3 - 2
Н3 А Ю 3
Н- О
H |
- |
0 |
- A I |
н |
- |
о |
/ |
+ +4 -2
b L | S i 0 4
Н |
- 0 |
Ч |
/ 0 |
— н |
|
|
|
S i |
|
н |
- о |
7 |
4 о |
- н |
33
н с о о н |
СНзСООН |
о
н - с
о -н
н- с - с
йчо —н
Графические формулы солей
При составлении графических формул солей необходимо придержи ваться следующего алгоритма:
Са(НС03)2 - гидрокарбонат кальция
1. Соль образована Н2С0 3 и Са(ОН)2
|
/0 —Н |
/ О -Н |
2. |
0 = С |
Са |
|
чо -н |
чо -н |
|
О - Н |
|
3. |
о —с |
- ' |
с \
(таких групп две)
р -н
° =CV
° V
о=сХ СН чо-н
34
(СаОН)2СОз - карбонат гидроксокальция
1. Соль образована Си(ОН)2 и Н2С03
Я-н |
О Н |
о=с. |
С и |
О -Н |
О - Н |
/о - |
Си |
3. |
|
° = С \ о- |
О - Н |
|
(таких групп две) |
О-Си-О-Н
4.о=с.
О-Си-О-Н
Средние соли
I /,о-к |
|
А |
|
|
|
o=sЧ о-к |
0 = С |
V |
|
|
|
|
|
Са |
|
|
|
Сульфит калия K2S03 Карбонат кальция СаС03 |
|
||||
|
|
0 |
О |
/°х ° |
|
^ |
- N = 0 |
II |
II |
||
Са |
|
0=С г —О —0 = 0 |
F e - 0 / |
\ ) |
|
|
1 |
I |
|
|
|
V |
N=0 |
0 |
о |
ч s |
|
1 |
I |
||||
Нитрит кальция |
N a |
Na |
|||
Ca(N02)2 |
Дихромат натрия Na2Cr2Oi |
|
х>о |
||
|
|
|
|
РеГ ° ч |
* ° |
|
|
|
|
\ |
S |
|
|
|
|
о у |
* о |
Сульфат железа (III) Fe2(S04)3
35
Кислые
р ~N a
О -С
0 ~ Н
Гидрокарбонат натрия ЫаНСОз
H - G , 0 Сг
р ' |
чЧо |
M g |
|
чо N |
4 О |
.Сг |
|
н - о -' |
\ > |
Гидрохромат магния Mg(HCc04)2
сот
|
Н -0 |
|
н - о ^р=о |
|
л / |
|
'Н - 0 . |
Сг- |
■О “Р- 0 |
|
H V |
|
° ч |
|
Н -0 - Р * 0 |
|
н -о/ |
Дигидроортофосфат хрома (III)
Сг(Н2Р04)з
Основные соли
О |
м х °\ |
|
// |
||
H-Q-Ca-O-N |
||
\\О |
н _ 0 / N0 _ p = 0 |
|
Нитрат гидроксокальция CaOHNOs |
Н-О'ч |
/ ° |
|
н - с к |
So |
|
ч 0 |
|
Н--0-Ва~0ч 7/0 |
Н - 0 \ |
/ 0 - Р = 0 |
S ■ |
н-скSnчо/ |
|
Н-О-Ва-О' ч0
Сульфат гидроксобария |
Ортофосфат дигидроксоолова (IV) |
(Ba0H)2S04 |
[8п(ОН)2]з(Ю4)2 |
36
|
Графическое изображение химических реакций |
||||||
|
2NaOH + H2SO4 * |
Na2S04 + 2Н,0 |
|
|
|||
Na-lo - н " |
Д -Ц . хО |
|
N a-O s yQ |
|
H -Q -H |
||
|
___ +_ __ ^ |
S |
3 |
s |
+ |
|
|
N a4 0 -H |
3 - 0 / * 0 |
|
N a - 0 7 * 0 |
|
H -O -H |
||
|
2Са(0НЬ + Н2СЮ4- (Са0Н>гСг04+ 2H20 |
|
|
||||
|
/O - H |
|
|
|
|
|
|
C a ___________ |
|
|
|
|
|
||
|
jO -H |
Hj-0^ JO |
|
H ~ 0 - C a - 0 N0 |
H -G -H |
||
|
t_____ ± ___ |
Cr |
= |
C r / |
+ |
|
|
|
]o - H |
§ - O y s 0 |
|
H - O - C a -O 7 * 0 |
H -O -H |
||
Ca |
‘ |
|
|
|
|
|
|
|
N0 - H |
|
|
|
|
|
|
|
AI(OH)i + 3H2S04= AI(HS04)3+ 3H20 |
|
|
||||
|
r ---- ------- “4 |
О |
|
о |
|
|
|
|
(I |
|
II |
|
H - O - H |
||
|
Ip - H |
H r O - S - O - H |
p - S - O - H |
||||
|
■ ......*.... J |
я |
|
/ 1 |
|
|
|
|
Q |
i — — ^ ....1..... |
(Iо |
А 1 -Ю - Н + H r O - S - O - H
1 ......— 1 |
IIо |
r____ |
о |
/0
/ |
о |
11 |
= A I - O - S - O - I I + H - O - H
\III
\о
\о
! o - H |
M - O - S - O - H |
O - S - O - H |
H - O - H |
37
2.3. Получение химических соединений
Между простыми веществами, оксидами, кислотами, основаниями и солями существует генетическая связь, основанная на получении веществ одного класса из веществ другого класса.
Генетическую связь между классами неорганических соединений можно представить способами получения оксидов, кислот, оснований и солей.
2.3.1. Получение оксидов
Основными способами получения оксидов являются следующие:
1. Непосредственное соединение простого вещества с кислородом (при различных условиях).
С + 0 2 -» С02 (горение);
4AI + 302 2А120 3 (обычные условия);
N2 + 0 2 -> 2NO (3 ООО...4 000°С);
Si + 0 2 Si02 (400°С);
Р4+ 502 -> Р40] о (следы воды); 4Na + 0 2 -> 2Na20 (следы воды).
Продукты взаимодействия щелочных и щелочноземельных металлов с кислородом зависят от активности металла. Так, при взаимодействии Li с кислородом образуется оксид, при взаимодействии Na, Ва,Sr скислоро дом - пероксиды, а элементы подгруппы калия (К, Rb, Cs) образуют надпероксиды, например:
2Li + 0 2 -> 2Li20 |
(оксид лития); |
2Na + 0 2 -» Na20 2 |
(пероксид натрия); |
K(Rb,Cs) + 0 2 -> К 0 2 (надпероксид калия).
Оксиды активных металлов получают, восстанавливая пероксиды ме таллом, например: Na20 2+ 2Na -> 2Na20.
2. Горение сложных веществ. СН4 + 202 -» С 0 2 + 2Н20
2H2S + 302 -> 2S02 + 2Н20 2Н2В4 + 702 -> 4В20 3 + 2Н20
3. Разложение при нагревании кислородсодержащих соединений. СаСОз -* СаО + С 0 2
(NH4)2Cr2Oj -^N 2 + Cr20 3+ 4НгО 2AI(OH)3 -> А120 3 + ЗН20 4HN03 4N02 + 0 2 + 2Н20 2Fe(N03)2 -> 2FeO + 4N02 + 0 2
38
4. Взаимодействие некоторых элементов с водой, как правило, при нагревании, например:
Si + 2Н20 — £ - » |
Si02 + 2Н2 |
Se + 2НгО — |
Se02 + 2Н2 |
Те + 2НгО -> ТеОг + 2Н2 (обычные условия)
5. Дегидратация кислот и солей с помощью концентрированной сер ной кислоты и оксида фосфора (V) Р4О10.
12HMnC>4^ Р4О10 —^ 6Мп207 ■(" 4Н3РО4 2KMn04 + H2S04 -> Мп207 + K2S04 + Н20 4НСЮ4 + Р4О 10 -» 2CI2O7 + 4НРОз
6. Взаимодействие некоторых химических элементов с концентриро ванными кислотами HNO3 и H2SC>4.
Ge + 2H2S04 -> Ge02 + 2SO2+ 2H20 2Sb + IOHNO3 н> St^Os + IONO2 + 5H20
2.3.2. Получение оснований
Щелочи получают непосредственным взаимодействием металлов и основных оксидов с водой, например:
Na + 2Н20 —> 2NaOH + Н2 (горение) К 20 + Н20 -> 2КОН
Нерастворимые и малорастворимые основания получают по обмен ным реакциям между солями и щелочью, например:
FeS04+ 2NaOH -> Fe(OH)2 + Na2S04
CuS04 + 2NaOH -> Cu(OH)2 + Na2S04
но CuS04 + 4NaOH Na2[Cu(OH)4] + Na2S04
Как побочный продукт, щелочи и основания образуются при гидроли зе карбидов, нитридов, фосфидов, гидридов, пероксидов металлов; при совместном гидролизе солей, например:
СаС2 + 2Н20 -> Са(ОН)2 + С2Н2 Li3N + ЗН20 -» 3UOH + NH3 Mg3P2+ 6Н20 3Mg(OH)2 + 2РН3 NaH + Н20 -> NaOH + Н2
Na20 2 + 2Н20 -» 2NaOH + Н20 2
2AICI3+ 3Na2C03 + 3H20 -» 2AI(OH)3+ 3C02+ 6NaCI
39
2.3.3. Получение кислот
Кислоты получают взаимодействием кислотных оксидов с водой, солей слабых кислот с сильными кислотами, неметаллов с концентриро ванными кислотами-окислителями, например:
so 3 + н 2о -> H2S04
СЮ3+ Н20 -» Н2СЮ 4
Na2Si03 + 2HCI -» H2Si03 + 2NaCI 2NaCN + H2S04 -> 2HCN + Na2S04
В + 3HN03 -> НзВОз + 3N02
Sn + 4HN03 H2Sn03 + 4N02 + H20 Бескислородные кислоты получают путем растворения гидридов не
металлов в воде.
2.3.4. Получение солей
Соли получают при взаимодействии кислот с металлами, основания ми, основными оксидами; оснований с кислотными оксидами; основных, кислотных и амфотерных оксидов друг с другом (см. свойства оксидов и гидроксидов); вытеснением менее активного металла из его соли более активным, например:
Mg + 4HNO3(60%)= Mg(N03)2+ 2N02 + 2Н20 H2S04 + Са(ОН)2-> CaS04 + 2Н20
2HN03+ BaO -> Ba(N03)2 + H20 (8ЮН)2СОз +4HC1 -> 2SrCl2+ C02 + 3H20 2AI(OH)3 + 3S03-> AI2(S04)3 + 3H20 Ca(HC03)2 + Ca(OH)2-> 2CaC03 + 2H20 2AI0HS04 + S03-> AI2(S04)3 + H20
Fe + CuS04 = FeS04+ Cu
Сильные кислоты разрушают кислые соли слабых кислот, а щелочи - основные соли малорастворимых оснований, например:
Ва(Н2Р04)2 + H2S04= BaS04 + 2Н3Ю 4 Со 0HN03+ NaOH = Со(ОН)2 + NaN03
40
2.4. Важнейшие свойства химических соединений
При рассмотрении химических свойств веществ необходимо исходить из следующего принципа: вещества кислотной природы реагируют с веществами основной природы, а амфотерные вещества реа гируют как с кислотными, так и с основными веществами. Вещества, имеющие одинаковые кислотно-основные свойства, не реагируют друг с другом.
2.4.1. Свойства оксидов
Оксиды взаимодействуют с водой, причем оксиды щелочных (Li, Na, К, Rb, Cs, Fr) и щелочноземельных (Ca, Sr, Ba) металлов при взаимо действии с водой образуют растворимые в воде гидроксиды (щелочи), например:
СаО + Н20 -> Са(ОН)2 К20 + Н20 -» 2КОН
Остальные основные оксиды с водой не реагируют, а соответствую щие основания получают из солей.
Кислотные оксиды типичных неметаллов (S, N, Р, С1) бурно реагиру ют с водой, образуя соответствующие кислоты, например:
S03 + Н20 -» H2S04
6СЮ2 + ЗН20 -> 5НСЮ3+ HCI 2N02 + Н20 -> HN03 + HN02
Si0 2 и амфотерные оксиды с водой не реагируют
Основные оксиды взаимодействуют с кислотами, кислотными окси дами и кислыми солями, например:
СаО + H2S04 н> CaS04 + Н20
Са(НСОз)2 + Na20 -> СаСОэ + NajCOs + Н20 СаО + С02 -» СаСОз
Na20 + СаО -> не реагирует
Кислотные оксиды взаимодействуют с основаниями, основными ок сидами и основными солями, например:
41
С02 + Ва(ОН)2 -> ВаСОз + Н20 2СОг + Ва(ОН)2 Ва(НС03)2 2Fe0HS04 + S03 -> Fe2(S04)3 + Н20 С02 + Р20 5 -» не реагирует
Амфотерные оксиды реагируют как с кислотами, так и щелочами, например:
ZnO + 2NaOH + Н20 г» Na2[Zn(OH)4] ZnO + 2HCI -> ZnCI2 + Н20
AI20 3 + Na20 -» 2NaAI02
А12Оз + 3SO3 -*■ AI2(S04)3
2.4.2. Свойства оснований
Основания реагируют с кислотами, кислотными оксидами и кислыми солями, например:
NaOH + НМп04 -> NaMn04 + Н20 Fe(OH)3 + С02 -> БеОНСОз + Н20 Mg(OH)2 + Mg(HC03)2 -» 2MgC03 + 2Н20
Амфотерные основания реагируют с кислотами и со щелочами, кислотны ми и основными оксидами. Причем продукты реакций в растворах и рас плавах щелочей различны.
а) раствор
А1(ОН)3 + 3NaOH -+ Na3[AI(OH)6] 2А1(ОН)3 + 3H2S04 -> 6Н20 + AI2(S04)3
б) расплав
А1(ОН)3 + 3NaOH -> ЗН20 + Na3AI03 AI(OH)3 + NaOH NaAI02 + 2Н20
Некоторые закономерности |
взаимодействия химических |
|
|
элементов со щелочами |
|
По отношению к щелочам все элементы можно разделить на пять групп: |
||
1. |
Элементы, не взаимодействующие при обычных условиях со щело |
|
чами (все металлы, кроме амфотерных): |
||
|
Na + КОН |
Fe + NaOH |
|
Ва + NaOH /> |
Си + LiOHy> |