Упражнения для работы на занятии

Задание 12

Выберите оксиды среди перечисленных соединений: HNO3,

H2SO4, Al2O3, Na2S, Na2О2, AlCl3, Na2O, SO2, NaClO4, О2, ОF2, О2F2, MgO, N2O5, SiO2, FeCl3, H2O, Cr2O3, H2CO3. Дайте им названия.

а) Укажите элементы, которые могут иметь оксиды в других степенях окисления. Составьте их формулы.

б) Укажите основные, кислотные и амфотерные оксиды. Какие из них растворимы в воде? Составьте уравнения возможных реакций.

в) Определите, к какому классу относятся оставшиеся соединения в перечисленном ряду, дайте им названия.

Задание 13

Составьте формулы оксида, сульфида, нитрида, карбида и гидрида кальция и алюминия.

Ответ: СaO, CaS, Ca3N2, Ca2C, CaH2; Al2O3, Al2S3, AlN, Al4C3, AlH3.

Задание 14

Составьте формулы оксида и пероксида водорода, натрия, кальция; сульфида и персульфида железа (II).

Ответ: H2O, H2O2, Na2O, Na2O2, CaO, CaO2, FeS, FeS2.

Задание 15

Установите соответствие между химическим элементом и

18

Задание 16

Со3O4.

Определите степени окисления металла в оксидах Fe3O4 и

Ответ: смешанный оксид типа Э3O4 можно представить в ви-

+3 −2 +2 −2

де Э2 O3 ЭO

Задание 17

Установите соответствие между названием вещества и его принадлежностью к соответствующему классу неорганических соединений:

Задание 18

Установите соответствие между названием вещества и его принадлежностью к соответствующему классу неорганических соединений:

Задание 19

Составьте формулы водородных соединений углерода, азота, фтора, кислорода. Какое из этих соединений обладает ярко выраженными основными свойствами, а какое – кислотными?

Ответ: СН4, Н3N, HF, H2O.

19

По определению Аррениуса, кислоты в водных растворах диссоциируют на катионы водорода и анион кислотного остатка, основания диссоциируют на гидроксид-ионы и катионы. В периодах слева направо кислотные свойства водородных соединений в растворах увеличиваются. Метан в воде не растворяется. Раствор аммиака дает щелочную среду. Раствор фтороводорода в воде – слабая плавиковая (фтороводородная) кислота.

§4. Кислоты – сложные химические вещества, которые в водном растворе диссоциируют с образованием катионов водорода Н+ (ионы оксония H3О+) и аниона кислотного остатка.

Электролитическая диссоциация – это обратимый распад вещества в растворе на ионы. Ионы – положительно (катионы) или отрицательно (анионы) заряженные частицы:

HNO2 Н++ NO2−.

Кислоты классифицируют по различным признакам:

1)по составу – бескислородные (H2S, HBr) и кислородсодер-

жащие (H2SO4, HNO3);

2)устойчивые (H2SO4) и неустойчивые (H2CO3, H2SO3);

3)летучие (H2S, HCl) и нелетучие (H2SO4, H3РO4);

4)сильные – легко диссоциирующие на ионы (HCl, HNO3), слабые – слабо распадающиеся на ионы (HF, H2CO3, H2SO3, H2S), средней силы (H3РO4);

5)растворимые в воде (практически все кислоты) и нерастворимые (H2SiO3);

6)одноосновные (HNO3, HCl, HBr), двухосновные (H2SO4, H2S)

итрёхосновные (H3РO4).

Диссоциация двух- и трёхосновных кислот происходит ступенчато:

I.H2SO4 Н++ HSO4− ;

II. HSO4− Н++ SO42− .

I. H3PO4 Н++ H2PO4− ;

II. H2PO4− Н++ HPO42− ;

20

Степень электролитической диссоциации α – это отношение числа частиц, распавшихся на ионы (Nд) к общему числу растворенных частиц (N), в % или долях:

α = NNд .

По степени диссоциации в растворах все кислоты делятся на две группы.

Ксильным кислотам относятся кислоты, для которых степень диссоциации в растворах α > 30 % и почти не зависит от концентра-

ции раствора. Так, в растворах HCl, HNO3, H2SO4 практически нет молекул, есть только ионы.

Кслабым относятся кислоты со степенью диссоциации меньше 30 %. В их растворах есть и ионы, и молекулы, причём молекул больше. К ним относятся угольная, сернистая и кремниевая кислоты, большинство органических кислот. Например, для уксусной кислоты

CH3COOH в 0,1 М водном растворе величина α равна 4 %. Это значит, что в водном растворе кислоты лишь 4 из каждых 100 молекул диссоциированы, то есть находятся в виде ионов Н+ и СН3СОО−, остальные же 96 молекул не диссоциированы. Для слабых кислот степень диссоциации по каждой следующей ступени резко уменьшается по сравнению с предыдущей:

Между группами сильных и слабых кислот нет четкой границы, так как степень диссоциации сильно зависит от природы растворителя, концентрации раствора (при разбавлении степень диссоциации α сильно возрастает) и температуры.

Также силу кислоты можно определить по величине константы ионизации кислоты по первой ступени Ка1, которая определяется соотношением равновесных концентраций ионов в растворе к равновесной концентрации самой кислоты и является справочной величиной.

Например, выражение константы ионизации по первой ступени - для H2SO4:

21

Некоторые кислородсодержащие кислоты существуют в нескольких разных формах, для различения которых к названию кислоты добавляют приставки, например, орто-, пироили мета-. Ортокислоты, как правило, представляют собой мономеры с максимальным количеством ОН-групп, приходящихся на атом неметалла. Например, в кристаллическом виде ортофосфорная кислота H3РO4 построена из

молекул РО(ОН)3, ортоборная кислота H3ВO3 − из молекул В(ОН)3, связанных между собой водородными связями в двумерные структуры или плоские слои, соответственно.

При нагревании происходит частичная дегидратация (отщепление молекул воды) этих кислот и образуются полимерные кислоты (поликислоты) линейного или циклического строения, в которых мо-

стиком между атомами неметалла выступают атомы кислорода − пиро- (рис. 1) и метакислоты (для фосфора − (НРО3)n, где n = 3...8; для бора − (HBO2)n, где n > 2 − рис. 2.

22

Рис. 1. Схема образования пирофосфорной кислоты Н4Р2O7

при дегидратации Н3РO4

ОН

В

ОО

ВВ

НО О ОН

Рис. 2. Структура триметаборной кислоты (HBO2)3 , в которой три группы ВO3 объединены в цикл посредством атомов кислорода

Структура орто-, пиро- и метакремниевых кислот приведена на рис. 3. Обычно за счет уменьшения количества ОН-групп и перераспределения электронной плотности сила кислот в ряду рассматриваемых кислот (орто-; пиро-; мета-) увеличивается.

Рис. 3. Структурные формулы кремниевых кислот

H2SO4 можно рассматривать как ортосерную кислоту, при дегидратации которой путем объединения двух тетраэдров SO42− через атом кислорода образуется пиросерная (дисерная) кислота H2S2O7

23