Начальный курс химии. В 2 частях. Ч.2. Учебное пособие

ГЛАВА 3. ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

3.1. Оксиды

Словарь

Оксидами называются вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород в степени окисления-2. В оксидах атомы кислорода соединяются только с атомами других элементов и не связаны между собой.

Графические формулы:

Номенклатура. Название оксидов элементов, имеющих постоянную степень окисления, составляется из двух слов: оксид + название элемента в родительном падеже: Li2O – оксид лития; CaO – оксид кальция. Если элемент образует несколько оксидов, то после названия элемента указывается его степень окисления

61

римской цифрой в скобках: SO – оксид серы (II); SO2 – оксид се-

ры (IV), SO3 – оксид серы (VI).

Классификация. По химическим свойствам оксиды делятся на солеобразующие и несолеобразующие. Оксиды, которые при химических реакциях образуют соли, называются солеобразующими:

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

ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O.

Оксиды, которые не образуют солей, называются несолеобразующими. N2O – оксид азота (I), NO – оксид азота (II), CO - оксид углерода (II), SiO – оксид кремния (II). Несолеобразующих оксидов мало.

Солеобразующие оксиды делятся на основные, кислотные и амфотерные. Основными называются такие оксиды, которым соответствуют основания, например, таким оксидам, как Na2O, CaO, FeO соответствуют основания NaOH, Ca(OH)2, Fe(OH)2. К

основным оксидам относятся только оксиды металлов: щелочных и щелочно-земельных, лантана, а также всех металлов в их низших степенях окисления.

Кислотными называются такие оксиды, которым соответствуют кислоты, например, таким оксидам, как CO2, SO3, Mn2O7 соответствуют кислоты H2CO3, H2SO4, HMnO4. К кислотным оксидам относятся оксиды неметаллов, а также металлов в высших степенях окисления.

Амфотерными называются такие оксиды, которые в зависимости от условий проявляют основные или кислотные свойства. К амфотерным оксидам относятся оксиды некоторых металлов главных подгрупп (бериллия, алюминия), а также оксиды некоторых металлов побочных подгрупп периодической системы элементов Д.И. Менделеева в промежуточных степенях окисле-

ния (BeO, Al2O3, ZnO, CuO, MnO2, Fe2O3, Cr2O3).

Физические свойства. Основные и амфотерные оксиды являются твердыми веществами. Среди кислотных оксидов есть твердые вещества (P2O5, SiO2 и др.), жидкости (SO3, Cl2O7 и др.) и газы (CO2, SO2). Большинство кислотных оксидов и оксиды ще-

лочных (Li, Na, K, Rb, Cs) и щелочно-земельных (Ca, Sr, Ba)

62

металлов растворяются в воде. Амфотерные и основные оксиды других металлов в воде нерастворимы.

Химические свойства.

1. Большинство кислотных оксидов и оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов взаимодействуют с водой с образованием соответственно кислот и оснований:

SO3 + H2O = H2SO4;

2Na + H2O = 2NaOH.

Другие основные оксиды непосредственно с водой не реагируют, а соответствующие им основания получают из солей:

NiSO4 + 2NaOH = Ni(OH)2 + Na2SO4;

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

2. Основные оксиды взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды:

CaO + H2SO4 = CaSO4 + H2O;

BaO + 2HNO3 = Ba(NO3)2 + H2O.

3. Кислотные оксиды взаимодействуют с основаниями также с образованием соли и воды:

SO2 + Ca(OH)2 = CaSO3 + H2O;

Mn2O7 + 2KOH = 2KMnO4 + H2O.

4. Основные и кислотные оксиды могут взаимодействовать между собой с образованием соли:

MgO + SO3 = MgSO4.

5. Амфотерные оксиды реагируют и с кислотами, и с основаниями:

ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O;

ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2O.

Получение. Оксиды получают следующими способами.

1. При взаимодействии простых и сложных веществ с -ки слородом:

4Al + 3O2 = 2Al2O3;

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O;

2H2S + 3O2 = 2H2O + 2SO2. 2. При разложении сложных веществ:

Ca(OH)2 = CaO + H2O;

2H3PO4 = 3H2O + P2O5;

CaCO3 = CaO + CO2.

63

3. При некоторых других реакциях:

HClO4 + P2O5 = 2HPO3 + Cl2O7;

Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2.

Контрольные задания

1. Назовите следующие оксиды и дайте их графические формулы: K2O, MnO, N2O3, Cu2O, CO2, SO3, Fe2O3, P2O5, Mn2O7.

2. Напишите формулы оксидов следующих элементов (в скобках даны степени окисления элементов): азот (+1, +2, +3, +4, +5); хром (+2, +3, +6); хлор (+1, +7); сера (+4, +6); фосфор

4. Напишите уравнения следующих реакций: оксид бария +

+оксид серы (IV); оксид азота (III) + вода; оксид кобальта (III) +

+серная кислота; оксид серы (VI) + оксид железа (III); оксид кремния (IV) + гидроксид калия; оксид меди (II) + сероводородная кислота; оксид азота (V) + оксид цинка.

Контрольные вопросы

1.Какие вещества называются оксидами?

2.Как складывается название оксида?

3.Как классифицируют оксиды?

4.Какие вы знаете несолеобразующие оксиды?

5.Что такое основные, кислотные и амфотерные оксиды?

6.Какие существуют способы получения оксидов?

7.Как зависит характер оксида от положения элемента в периодической системе элементов Д.И. Менделеева?

64

3.2. Основания

Словарь

Основаниями называются соединения, состоящие из металла и гидроксильных групп (OH-). Число гидроксильных групп в основании определяется степенью окисления элемента.

Графические формулы:

Номенклатура. Название основания составляется из двух слов: гидроксид + название металла в родительном падеже. Например, LiOH – гидроксид лития; Ca(OH)2 – гидроксид кальция. Если элемент образует несколько оснований, то после названия элемента указывается его степень окисления римской цифрой в скобках: Fe(OH)2 – гидроксид железа (II); Fe(OH)3 – гидроксид железа (III).

65

Положительные ионы, которые образуются в результате отрыва от молекулы основания одной или нескольких гидроксогрупп, называются остатками оснований. Положительный заряд остатка основания определяется числом отсоединившихсяся гидроксогрупп (табл. 3).

Классификация. По растворимости в воде основания -де лятся на две группы: растворимые в воде (щелочи) и нерастворимые. Щелочами являются гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов (кроме бериллия и магния). Щелочи – это ионные соединения, в узлах кристаллических решеток которых находятся ионы металлов и гидроксид-ионы. Щелочи при растворении в воде подвергаются электролитической диссоциации с образованием катионов металлов и гидроксид-ионов.

Гидроксиды всех других металлов нерастворимы в воде. По числу гидроксильных групп, которые определяют кислотность основания, последние делятся:

-на однокислотные (NaOH, KOH);

-двухкислотные (Ca(OH)2, Sr(OH)2);

-трехкислотные (La(OH)3, Al(OH)3);

-четырехкислотные (Th(OH)4).

Гидроксиды, которые взаимодействуют с кислотами и щелочами с образованием солей, называются амфотерными. К ним

66

относятся гидроксиды некоторых металлов главных подгрупп (бериллия, алюминия), а также некоторых металлов побочных подгрупп периодической системы элементов в промежуточных степенях окисления (Be(OH)3, Al(OH)3, Zn(OH)2, Cu(OH)2, Fe(OH)3, Cr(OH)3).

Физические свойства. Основания – твердые вещества, различно окрашенные: KOH, Ca(OH)2 – белые, Ni(OH)2 – зеленый, Cu(OH)2 – голубой и др. Только одно основаниеNH4OH – раствор газа NH3 в воле. Растворы щелочей мыльные на ощупь. Они изменяют окраску индикаторов. Щелочи NaOH и KOH очень устойчивы к нагреванию. Например, NaOH кипит при температуре 1400 оС без разложения. Однако большинство оснований при на-

2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O.

Химические свойства.

1. Основания взаимодействуют с кислотами с образованием воды и солей (средних, основных и кислых):

NaOH + HCl = NaCl + H2O;

2Mg(OH)2 + H2SO4 = (MgOH)2SO4 + 2H2O;

KOH + H3PO4 = KH2PO4 + H2O.

Взаимодействие между основанием и кислотой называется реакцией нейтрализации. Любая реакция нейтрализации сводится к взаимодействию ионовOH- и H+ с образованием малодиссоциированного электролита – воды.

2. Щелочи взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием солей и воды:

Ca(OH)2 + SO2 = CaSO3 + H2O;

2KOH + Mn2O7 = 2KMnO4 + H2O.

3. Щелочи взаимодействуют с солями с образованием нового основания и средней или основной соли:

2NaOH + NiSO4 = Ni(OH)2 + Na2SO4;

KOH + CuCl2 = CuOHCl + KCl.

4. Амфотерные гидроксиды взаимодействуют как с растворами кислот, так и с растворами щелочей (образуется соль - тетрагидроксоалюминат натрия), например:

67

Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O;

Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4].

В настоящее время растворение амфотерных гидроксидов в щелочных растворах рассматривается как процесс образования гидроксосолей (гидроксокомплексов).

Комплексный гидроксоион [Al(OH)4]- образуется в результате возникновения дополнительных ковалентных связей по до- норно-акцепторному механизму между атомами алюминия и ионами OH-:

Al(OH)3 + OH- → [Al(OH)4]-.

Получение. Основания получают следующими способами. 1. Щелочи получают при взаимодействии щелочных и ще-

лочно-земельных металлов или их оксидов с водой: 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑;

CaO + H2O = Ca(OH)2.

2. Нерастворимые в воде основания, в том числе амфотерные гидроксиды, получают косвенным путем, а именно действием щелочей на водные растворы соответствующих солей:

BiCl3 + 3KOH = Ni(OH)3 + 3KCl;

Cr2(SO4)3 + 6NaOH = 2Cr(OH)3 + 3Na2SO4.

Контрольные задания

1.Назовите следующие основания и дайте их графические формулы: KOH, Mn(OH)2, Cr(OH)3, CuOH, Fe(OH)3, Th(OH)4, AgOH, NH4OH.

2.Напишите уравнения реакций получения: гидроксида стронция, гидроксида железа (III), гидроксида олова (II), гидроксида алюминия, гидроксида марганца (II).

3.Напишите уравнения реакций разложения: гидроксида цинка, гидроксида железа (II), гидроксида меди (I), гидроксида цинка.

4.Закончите уравнения реакций:

68

5. Напишите уравнения следующих реакций: гидроксид алюминия + азотная кислота; гидроксид меди (II) + хлорная кислота; цезий + вода, оксид бария + вода; гидроксид бария + оксид фосфора (V); гидроксид хрома (III) + гидроксид калия.

Контрольные вопросы

1.Какие соединения называются основаниями?

2.Как составляются названия оснований?

3.Чем определяется кислотность оснований?

4.Какие гидроксиды называются амфотерными?

5.Какие основания являются щелочами?

6.Как действуют щелочи на индикаторы?

7.Какая реакция называется реакцией нейтрализации?

3.3. Кислоты

Словарь

Кислотами называются соединения, в состав которых входят атомы водорода, способные замещаться атомами металлов. При этом образуются соли:

H2SO4 + 2Na = Na2SO4 + H2↑;

6HCl + 2Al = AlCl3 + H2↑.

69

Классификация. Различают кислоты бескислородные и кислородсодержащие. Бескислородными кислотами являются водные растворы водородных соединений неметалловVI и VII групп периодической системы элементов: H2S, H2Se, H2Te, HF, HBr, HI, HCl, а также HSCN и HCN.

Кислородсодержащие кислоты представляют собой гидраты (продукты соединения с водой) оксидов неметаллов, а также некоторых металлов в высших степенях окисления(+5, +6, + 7). Например, угольная кислота H2CO3 – продукт соединения CO2 с водой; хромовая кислота H2CrO4 – продукт соединения CrO3 с водой, азотная кислота HNO3 – продукт соединения N2O5 c водой.

Основность кислоты определяется числом атомов водорода, способных замещаться атомами металлов с образованием соли. Так, HCl, HNO3 – одноосновные кислоты; H2SO4, H2CO3, H2MnO4

– двухосновные; H3PO4, H3AsO4 – трехосновные. Из четырех атомов водорода, содержащихся в молекуле уксусной кислоты CH3COOH, только один, входящий в карбоксильную группу(- COOH), способен замещаться атомами металлов, поэтому уксус-

ная кислота одноосновная.

Номенклатура. Название кислородсодержащих кислот производят от названия неметалла с прибавлением окончаний -ная, -вая, если степень окисления его соответствует номеру группы. По мере понижения степени окисления элемента суффиксы меняются в следующем порядке: -оватая, -истая,

-оватистая (табл. 4).

70