Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:А ты хочешь знать химию. Учебно-справочное пособие для старшеклассников и абитуриентов
.pdf
ства, но и свойства его соединений. Главными характеристиками элемента, помимо свойств простого вещества, образованного этим элементом, служат свойства оксидов, гидроксидов и водородных соединений.
§ 30. Понятие «элемент-металл»
Генетическую связь (связь по происхождению) металла и
его соединений можно выразить так:
Металл основный оксид гидроксид — основание
В том случае, если элемент образует основной оксид и
гидроксид-основание, можно сделать вывод, что это элемент-
металл. В качестве примера рассмотрим кальций. Доказать
указанную генетическую связь можно опытным путём:
кальций-металл — простое вещество активно взаимодействует с кислородом, находящимся в воздухе:
2Ca + O
Чтобы доказать, что образовавшийся оксид кальция CaO
является основным оксидом, достаточно положить немного ок-
сида кальция в воду, в которую заранее прилили немного бесцветного фенолфталеина. После добавления в колбу оксида
кальция окраска раствора становится малиновой, т. е. фенолфталеин изменяет окраску под воздействием щёлочи, образовавшейся в результате взаимодействия оксида кальция с водой:
CaO + Н
Ca(OН)
мое в воде основание. Так как при взаимодействии оксида
кальция с водой образовалось основание, можно сделать вы-
вод, что оксид кальция CaO — основный оксид, и, следовательно, элемент-кальций — металл.
= 2CaO.
2
О = Ca(OН)2.
2
— это гидроксид кальция, щёлочь, т. е. раствори-
2
CaO
Ca — кальций
простое вещество
Вода + фенолфталеин
(бесцветный раствор)
61
Раствор малинового
цвета
Металл — элемент, который
простое вещество — металл
образует
Простое вещество — ме-
талл обладает следующими
свойствами: твёрдость, не-
летучесть, непрозрачность,
ковкость, пластичность, ме-
таллический блеск, электро-
проводность, теплопрово-
дность.
в состав сложных веществ
(оксидов, гидроксидов)
Оксид металла — основный оксид, кото-
рый вступает в реакцию с кислотами, образуя соль и воду.
Гидроксид металла — основание, который вступает в реакцию с кислотами, образуя соль и воду.
В сложных веществах металлы проявляют валентность I, II, III.
Водородное соединение — нелетучее.
входит
§ 31. Понятие «элемент-неметалл»
Генетическую связь неметалла и его соединений можно
выразить так:
Неметалл кислотный оксид гидроксид — кисло-
та (кислородсодержащая)
В том случае, если элемент образует кислотный оксид и
гидроксид — кислоту, можно сделать вывод, что это
элемент-неметалл. В качестве примера рассмотрим серу. До-
казать данную генетическую связь также можно опытным
путём: сера — неметалл — простое вещество при нагревании взаимодействует с кислородом — горит фиолетовым пламенем с образованием кислотного оксида — оксида серы
(IV), которому соответствует гидроксид — кислородсодержащая сернистая кислота:
S + O
= SO2.
2
При взаимодействии оксида серы (IV) с водой образуется
сернистая кислота:
SO
+ Н2О = Н2SO3.
2
Серу обычно сжигают в ложечке для сжигания веществ,
закреплённой в резиновой пробке. Подожжённую в ложечке
серу опускаем в колбу, содержащую воду, подкрашенную фиолетовым лакмусом. Раствор в колбе принимает красную
окраску, что говорит об образовании кислоты.
62
Сера горит фиолето-
вым пламенем
Неметалл — элемент, который
образует
простое вещество — неметалл
Простое вещество — неметалл, об-
ладает свойствами, противоположными свойствам простых веществметаллов. Неметаллы бывают
твёрдыми (иод, фосфор), жидкими
(бром), газообразными (кислород,
азот). Если неметалл — твёрдое
вещество, то оно не обладает ковкостью, оно — хрупкое, не имеет
металлического блеска, не является
электропроводным и теплопроводным.
Вода + лакмус
(раствор фиолетового
цвета)
Оксид неметалла — кислотный
оксид, который вступает в реак-
цию с кислотами, образуя соль и
воду.
Гидроксид неметалла — кис лород содер жащая кислота, которая
вступает в реакцию с кислотами,
образуя соль и воду.
В сложных веществах неметаллы
обычно имеют валентность IV, V,
VI, VII.
Водородное соединение –летучее.
в состав сложных веществ
(оксидов, гидроксидов)
Раствор красного
цвета
входит
§ 32. Амфотерные гидроксиды и соответствующие им
оксиды, их свойства. Понятие «переходный» элемент
Как уже отмечалось выше, свойства элементов металлов и
неметаллов проявляются не только в образовании простых веществ, обладающих определёнными и противоположными
друг другу свойствами, но и в их соединениях: металлы
образуют основные оксиды и соответствующие им гидроксиды-основания, а неметаллы образуют кислотные оксиды и соответствующие им гидроксиды-кислоты (кислородсодержа щие).
Существуют «переходные» элементы, которые имеют
двойственность (амфотерность) свойств. И двойственность
свойств таких элементов как раз и проявляется в свойствах
63
их соединений. Так, если для металлов характерно образование оксидов и гидроксидов, вступающих в реакцию с кислотами, а для неметаллов характерно образование оксидов и
гидроксидов-кислородсодержащих кислот, вступающих в реакцию с основаниями (щелочами), то для «переходных» эле-
ментов характерно образование оксидов и гидроксидов,
вступающих в реакцию как с кислотами, так
и с основаниями (щелочами) — в этом и заключается
двойственность (амфотерность) свойств.
Примером «переходного» элемента может быть цинк, который образует простое вещество — цинк со свойствами, присущими простым веществам — металлам, но цинк образует
оксид — оксид цинка ZnO и гидроксид — гидроксид цинка
Zn(OH)
, обладающие двойственными свойствами. Оксиды и
2
гидроксиды, обладающие двойственными свойствами, называют амфотерными.
В том случае, когда гидроксид цинка проявляет свойства
основания, его формулу записывают так, как записывают
гидроксиды металлов, а именно, Zn(OH)
. В том случае,
2
когда гидроксид цинка проявляет свойства кислоты, его формулу записывают так, как записывают кислоты, т. е. на
первое место записываем водород, на последнее место записываем кислород, а в центре кислотообразующий элемент, т. е.
Н
ZnO2. Гидроксид цинка, проявляющий свойства кислоты,
2
называют цинковой кислотой Н
двухвалентный кислотный остаток ZnO
ZnO2, которая содержит
2
— цинкат, а, следо-
2
вательно, соль, образованную при взаимодействии оксида
цинка с гидроксидом натрия, называют — цинкат натрия.
Амфотерный гидроксид — это гидроксид, который взаимодействует и с кислотами, и с основаниями, образуя соль и
воду.
Гидроксид цинка, вступая в реакцию с кислотами, проявляет свойства оснований, а, следовательно, элемент
цинк проявляет в данном случае свойства элемен та-металла.
Zn(ОН)
как основание кислота соль вода
+ H2SO4 = ZnSO4 + H2O
2
O–H H–O O O O
Zn + S
= Zn S + H
O
2
O–H H–O O O O
как основание кислота соль вода
При взаимодействии с кислотой гидроксогруппа амфотерного гидроксида выступает как единое целое, т. е. так, как
64
и гидроксогруппа основания — проявление основных
свойств.
Гидроксид цинка, вступая в реакцию с основаниями (щелочами), проявляет свойства кислот, а, следовательно, элемент цинк проявляет в данном случае свойства
элемента-неметалла.
2NaOH + Н
основание как кислота соль вода
ZnO2 = Na2ZnO2 + H2O
2
Na–O–H H–O Na–O
+ Zn
= Zn + H
O
2
Na–O–H H–O Na–O
основание как кислота соль вода
В результате данной реакции образуется соль — цинкат
натрия Na
ZnO2 — это соль цинковой кислоты Н2ZnO
2
2.
Амфотерный оксид — оксид, который взаимодействует
и с кислотами, и с основаниями, образуя соль и воду.
Вступая в реакцию с кислотами, оксид цинка проявляет
свойства основного оксида, а, следовательно, элемент
цинк проявляет свойства элемента-металла:
ZnO + H
как основный кислота соль вода
оксид
= ZnSO4 + H2O
2SO4
Вступая в реакцию с основаниями (щелочами), оксид цинка проявляет свойства кислотного оксида, а, следовательно, элемент цинк проявляет свойства элемента-неметалла.
ZnO + 2NaOH
как кислотный основание соль кислоты, вода
оксид соответствующей
кислотному оксиду
= Na
ZnO2 + H2O
2
В данном примере кислотным оксидом является оксид
цинка ZnO, которому соответствует гидроксид цинка — кислородсодержащая цинковая кислота Н
ZnO2. В результате ре-
2
акции образуется соль кислоты, соответствующей кислотному оксиду, — цинкат натрия Na
ZnO2.
2
Генетическую связь между «переходным» элементом и его
соединениями может быть выражена так:
«Переходный» элемент амфотерный оксид амфо-
терный гидроксид
Обобщение по только что рассмотренной теме дано в
табл. 6. В горизонтальных рядах представлены: классифика-
65
O
O
2
2
Таблица 6
+ H
3
= CaSO
2
+ Ca(OH)
2
I, II, III, IV, V, VI, VII
Бывают: твёрдыми (иод, сера), жид-
кими (бром), газообразными (кис-
лород, азот). Обладают свойствами,
противоположными свойствам ме-
Генетическая связь:
талла
Кислотный оксид — это оксид, ко-
торый взаимодействует с основани-
ями, образуя соль и воду.
SO
кислотный основание соль вода
неметалл кислотный оксид
кислота
оксид
O
O
2
+ H
+ H
4
ZnO
= ZnSO
4
SO
2
Генетическая связь: «переходный» эле-
мент амфотерный оксид амфо-
терный гидроксид
Амфотерный оксид — это оксид, кото-
рый взаимодействует и с кислотами, и с
основаниями, образуя соль и воду.
ZnO + H
как основной кислота соль вода
оксид
Твёрдые вещества, обладающие свой-
ствами как металла, так и неметалла
ZnO + 2NaOH = Na
O
2
+ 2H
4
SO
2
= Na
4
SO
2
2
2
2
как основание соль вода
Кислота (кислородсодержащая) —
это гидроксид, который вступает
в реакцию с основаниями, образуя
кислотный
оксид
Амфотерный гидроксид — это гидрок-
сид, который взаимодействует и с кис-
лотами, и с основаниями, образуя соль
реакция нейтрализации
соль и воду.
2NaOH + H
основание кислота соль вода
O
2
O
2
+ H
2
+ H
4
ZnO
2
= ZnSO
4
SO
2
+ H
2
+ 2NaOH = Na
2
ZnO
2
и воду.
Zn(OН)
как основание кислота соль вода
Н
как кислота основание соль вода
O
2
+ H
2
)
Классификация химических элементов
3
= Cu(NO
3
Металл «Переходный» элемент Неметалл
Генетическая связь:
металл основный оксид
Твёрдые, нелетучие вещества, с ме-
таллическим блеском, электропро-
водные, теплопроводные, ковкие,
пластичные, металлич. кристалли-
ческая решётка
зрения:
С точки
свойств про-
стого веще-
ства
валентности I, II, III I, II, III, IV, V, VI, VII
основание
Основный оксид – это оксид, кото-
рый взаимодействует с кислотами,
свойств сое-
динений, об-
основной кислота соль вода
образуя соль и воду.
разованных
оксид
CuO + 2HNO
элементами:
оксидов
66
+ 2H
4
SO
2
= Na
4
SO
2
основание кислота соль вода
Основание — это гидроксид, кото-
рый вступает в реакцию с кислота-
ми, образуя соль и воду.
реакция нейтрализации
2NaOH + H
гидроксидов
1
_
2,
_
3,
_
4,
_
(+1, +2, +3) +4, +5, +6, +7
Особенность гидроксогруппы кис-
лородсодержащей кислоты заклю-
чается в том, что водород гидрок-
согруппы может замещаться или
обмениваться на металл
Особенность гидроксогруппы амфотер-
ного гидроксида заключается в том, что
при взаимодействии с кислотой она вы-
ступает как единое целое (как в основа-
нии), а при взаимодействии с основани-
ем отщепляет водород и замещает или
обменивает его на металл (как в кисло-
те)
На внешнем слое атома от четырёх
до семи электронов, которые явля-
ются валентными
Валентными являются электроны внеш-
него слоя (один или два) + электроны,
которые шли на достройку предпослед-
и
него слоя
4
HMnO
7
O
2
VII VII
Mn Mn
проявляет кислотный кислота
свойства оксид
неметалла
4
Mn(OH)
2
Mn MnO
амфотерный амфотерный
оксид гидроксид
IV IV
2
Особенность гидроксогруппы осно-
вания заключается в том, что она
вступает в реакцию как единое це-
лое
Нелетучие Летучие
На внешнем слое атома один, два
или три электрона, которые явля-
ются валентными
водородных
соединений
строения ато-
ма
Mn MnO Mn(OH)
проявляет основный основание
свойства оксид
ходного ме-
талла
металла
II II
+1, +2, +3 +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7
Пример пере-
степени окис-
ления
67
ция элементов (металлы, «переходные» элементы, неметаллы), классификация оксидов (основные, амфотерные и кислотные) и классификация гидроксидов (основания, амфотерные гидроксиды и кислородсодержащие кислоты).
В вертикальных столбцах представлены генетические связи металлов, «переходных» элементов и неметаллов.
Вопросы и задания
к главе:
(При подготовке ответов на вопросы используйте табл. 6.)
1. Что такое оксид? На какие группы делят оксиды? Почему?
2. Что такое основной оксид? Приведите пример основного оксида
и напишите уравнение реакции, характеризующей главное свойство основного оксида.
3. Что такое кислотный оксид? Приведите пример кислотного оксида и напишите уравнение реакции, характеризующей главное
свойство кислотного оксида.
4. Что такое амфотерный оксид? Приведите пример амфотерного
оксида и напишите уравнения реакций, подтверждающих амфотерный характер указанного вами оксида.
5. Что такое гидроксогруппа?
6. Что такое гидроксид? На какие группы делят гидроксиды? Почему?
7. Что такое основание как гидроксид? Какова особенность гидроксогруппы в основании?
8. Что такое кислородсодержащая кислота как гидроксид ? Какова особенность гидроксогруппы в кислоте?
9. Что такое амфотерный гидроксид? Какова особенность гидроксогруппы в амфотерном гидроксиде?
10. Что такое основание как вещество? Приведите пример основания и напишите уравнение реакции, характеризующей главное
свойство оснований.
11. Что такое кислота как вещество? Приведите пример кислоты
и напишите уравнение реакции, характеризующей главное свойство кислот.
12. Что такое щёлочь? Приведите пример щёлочи.
13. Что такое индикатор? Укажите цвет индикатора в различных
растворах (кислом, щелочном, нейтральном).
14. Что такое реакция нейтрализации? Напишите уравнение реакции нейтрализации и объясните, почему она так называется.
15. Что такое металл как элемент? Приведите пример элемента — металла и напишите уравнения реакций,подтверждающих,
что указанный вами элемент — металл.
68
16. Что такое неметалл как элемент? Приведите пример элемента-
неметалла и напишите уравнения реакций, подтверждающих,
что указанный вами элемент-неметалл.
17. Что такое переходный элемент? Приведите пример переходно-
го элемента и напишите уравнения реакций, подтверждающих,
что указанный вами элемент — переходный элемент.
18. Докажите, что медь — металл. Напишите уравнения реак-
ций.
19. Докажите, что фосфор — неметалл. Напишите уравнения ре-
акций.
Примеры ответов на вопросы 4 и 5 с использованием
табл. 6:
Пример ответа на вопрос 4:
Элемент медь Cu — металл, так как
образует простое вещество — медь
Cu со следующими свойствами:
твёрдое нелетучее, непрозрачное, с
металлическим блеском, ковкое и
пластичное — можно изготовить
медную проволоку и тонкие
пластинки, электропроводное и
теплопроводное
1) образует оксид меди CuO — основный
оксид, который взаимодействует с кислотой, образуя соль и воду:
CuO + H
2) оксиду меди CuO соответствует
гидроксид меди Cu(OH)2 — основание,
который взаимодействует с кислотой,
образуя соль и воду:
Cu(OH)
Валентность меди в оксиде и гидроксиде
равна II
= CuSO4 + H2O
2SO4
+ H2SO4 = CuSO4 + H2O
2
Пример ответа на вопрос 5:
Элемент сера Р — неметалл, так как
образует простое вещество с тем же
названием — фосфор Р. Фосфор Р —
это твёрдое вещество красного цвета,
хрупкое — в виде порошка, не имеет
металлического блеска, не является
электропроводным и теплопроводным
1) образует оксид фосфора (V) Р
лотный оксид, который взаимодействует
с основанием, образуя соль и воду:
Р
+ 6NaOH = 2Na3РO4 + 3H2O
2O5
2) оксиду фосфора (V) Р2O5 соответствует
фосфорная кислота Н3РO4– гидроксид,
который взаимодействует с основанием,
образуя соль и воду:
Н
+ 3NaOH = Na3РO4 + 3H2O
3РO4
Валентность фосфора в оксиде фосфора
(V) и в фосфорной кислоте равна V
2O5
— кис-
69
§ 33. Понятие «элемент-типичный металл»
Под общее понятие «элемент-металл» подходят все известные нам металлы — это большое по объёму понятие — это
родовое понятие. Под понятие «типичный металл» подхо-
дят металлы, имеющие кроме характеристик, присущих
всем металлам, ещё какие-то особые характеристики (видовые отличия), которые позволяют их выделить из общего
понятия «металл» в особую группу — группу щелочных металлов. Таким образом, добавляя к слову «металл» опреде-
ление «типичный» мы расширяем содержание понятия «металл», но уменьшаем объём этого понятия, так как к типичным металлам не могут быть отнесены все металлы.
К типичным металлам относят только металлы, обладающие какими-то особыми свойствами, которые их отличают от других металлов и которые позволяют их называть
«типичными» — расширение содержания понятия.
Элементы-типичные металлы имеют ту же схему генетической связи, как и другие элементы-металлы:
Металл основной оксид основание
Но в отличие от остальных металлов простые вещества,
образованные этими элементами, чрезвычайно химически
активные вещества, которые моментально вступают в
химические реакции при контакте с другими веществами, а
поэтому их хранят под слоем керосина или парафина, чтобы
предохранить от соприкосновения с кислородом воздуха или
водой. Примеры типичных металлов: литий Li, натрий Na,
калий K, рубидий Rb, цезий Cs и франций Fr — это щелочные
металлы, так как они образуют основания — щёлочи.
В отличие от других металлов их оксиды — основные оксиды
Li
O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O, Fr2O растворяются в воде, образуя
2
гидроксиды LiOH, NaOH, KOH, RbOH, FrOH — основания,
которые растворяются в воде, т. е. щёлочи. Водородные
соединения типичных металлов, как например, LiH, NaH —
нелетучие. Валентность в сложных веществах типичные
металлы проявляют самую низкую, т. е. единицу. Щелочные металлы — это элементы, проявляющие наиболее ярко свойства, которые называют металлическими
свойствами, а поэтому щелочные металлы — типичные
металлы.
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]