Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Неорганическая химия сборник упражнений. Для студентов-иностранцев. Учебное пособие
.pdf
141
ГЛАВА 6. ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ
НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
6.1. Оксиды
Словарь
Русский Английский Французский Арабский
номенклатура nomenclature nomenclature ﺔﯿﻤﺴﺘﻟا
классификация classification classification ﻒﯿﻨﺼﺗ
графическая
формула
оксид oxide oxyde ﺪﺴﻛﺄﺗ
солеобразующий salt-forming soleobrazuyuschy ﺢﻠﻤﻠﻟ ﻞﻜﺸﻣ
амфотерный amphoteric amphotère ﺖﯿﻟﻮﻔﻣﻷا
graphic
formula
formule
graphique
ﻲﺳﺪﻨھ ﻞﻜﺷ
Оксидами называются вещества, состоящие из двух эле-
ментов, 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:
MgO Al2O
Mg = O
Al
Al
оксид
магния
алюминия
3
O
O
O
оксид
CO
2
O
C
O
оксид
углерода (IV)
N2O
O
N = O
O
N = O
O
оксид
азота (V)
5
Номенклатура. Название оксидов элементов, имеющих по-
стоянную 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
142
римской цифрой в скобках: SO – оксид серы (II); SO2 – оксид серы
(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 (I I), 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, Mn2O
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 окисления
(BeO, Al2O3, ZnO, CuO, MnO2, Fe2O3, Cr2O3).
Физические свойства. Основные и амфотерные оксиды яв-
ляются твердыми веществами. Среди кислотных оксидов есть
твердые вещества (P2O5, SiO2 и др.), жидкости (SO3, Cl2O7) и газы
(CO2, SO2). Большинство кислотных оксидов и оксиды щелочных
(Li, Na, K, Rb, Cs) и щелочно-земельных (Ca, Sr, Ba, Ra) металлов
7
143
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 реаги-
руют, 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 осно-
ваниями:
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.
144
Контрольные задания
1. Составьте глоссарий: оксиды –; солеобразующие и несо-
леобразующие –; основные –; кислотные –; амфотерные –.
2. Назовите следующие оксиды и дайте их графические
формулы: K2O, MnO, N2O3, Cu2O, CO2, SO3, Fe2O3, P2O5, Mn2O7.
3. 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 (+3,
+5); железо (+2, +3).
4. Закончите уравнения реакций:
а) BaO + H2O → …; б) CrO3 + H2O → …;
в) CaO + H2CO3→ …; г) SiO2 + NaOH → …;
д) Fe2O3 + CO2→ …; е) Al2O3 + HNO3→ …;
ж) CuO + H2SO4→ …; з) MnO2 + NaOH → …;
и) K + O2→ …; к) Al2O3 + NaOH → … .
5. 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.
6.2. Основания
Словарь
Русский Английский Французский Арабский
остаток stock balance reste ﻲﻘﺒﺘﻤﻟا
растворимый soluble soluble ﻞﺤﻨﻣ
нерастворимый unsolvable insoluble ﻞﺤﻨﻣ ﺮﯿﻏ
щелочь alkali alcali ﻲﺳﺎﺳأ
узел site noeud ةﺪﻘﻋ
кристаллическая
решетка
кислотность acidity acidité ﻲﻀﻤﺣ
однокислотный one-acid monoacide ﺪﺣاو ﺾﻤﺣ ﻚﻠﻤﯾ
двухкислотный two-acid deuxacide ﻦﯿﻀﻤﺣ ﻚﻠﻤﯾ
мыльный soap savo nneux ﺺﺋﺎﺼﺧ ﻚﻠﻤﯾ
нейтрализация eco ntamina tion neut ralisatio n لﺪﺘﻌﻣ
crystalline crate grille cristalline ﺔﯿﻟﺎﺘﺳﺮﻛ ﺔﻜﺒﺷ
نﻮﺑﺎﺼﻟا
145
Основаниями называются соединения, состоящие из металла и гидроксильных групп (OH-). Число гидроксильных групп
в основании определяется степенью окисления элемента.
Графические формулы:
NaOH Ca(OH)
Na – O – H
гидроксид
натрия
Ca
гидроксид
2
O – H
O – H
кальция
Bi(OH)
3
O – H
Bi – O – H
O – H
гидроксид
висмута (III)
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); F e(OH)3 – гидроксид
железа (III).
Положительные ионы, которые образуются в результате отрыва от молекулы основания одной или нескольких гидроксогрупп, называются остатками оснований. Положительный заряд
остатка основания определяется числом отсоединившихся гидроксогрупп (табл. 11).
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. В качестве
исключений к щелочам относят гидроксид одновалентного
таллия TlOH, который хорошо растворим в воде и является
сильным основанием и гидроксид европия (II) Eu(OH)2.
146
Таблица 11
Названия и формулы некоторых оснований и их остатков
Основания Остатки оснований
Формула Название Формула Название
KOH Гидроксид калия K
Bi(OH)
Гидроксид висмута (III)
3
+
Калий-ион
Mg(OH)+Гидроксомагний-ионMg(OH)2Гидроксид магния
2+
Mg
[Bi(OH)2]+Дигидроксовисмут ( III)-ион
Bi(OH)2+Гидроксовисмут (III)-ион
Bi
Mn(OH)+Гидроксомарганец (II)-ионMn(OH)2 Гидроксид марганца II)
Mn
Магний-ион
3+
Висмут (III)-ион
2+
Марганец (II)-ион
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
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, раз-
лично окрашенные: KOH, Ca(OH)2 – белые, Ni(OH)2 – зеленый,
Cu(OH)2 – голубой и др. Только одно основание N H4OH – раствор
газа NH3 в воле. Растворы щелочей мыльные на ощупь. Щелочи
NaOH и KOH очень устойчивы к нагреванию. Например, NaOH
кипит при температуре 1400оС без разложения. Однако большинство оснований при нагревании разлагаются:
t
Cu(OH)2 = CuO + H2O;
2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O.
147
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. 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 ново-
го основания и средней или основной соли:
2NaOH + NiSO4 = Ni(OH)2 + Na2SO4;
KOH + CuCl2 = CuOHCl + KCl.
4. Амфотерные гидроксиды взаимодействуют как с раство-
рами кислот, так и с растворами щелочей (образуется соль тетрагидроксоалюминат натрия), например:
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 донорноакцепторному 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 амфотер-
ные 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.
148
Контрольные задания
1. Составьте глоссарий: основания –; щелочи –; амфотерные
гидроксиды –.
2. Назовите следующие основания и дайте их графические
формулы: KOH, Mn(OH)2, Cr(OH)3, CuOH, Fe(OH)3, Th(OH)4.
3. Напишите уравнения реакций получения: гидроксида
стронция, гидроксида железа (III), гидроксида олова (II), гидроксида алюминия, гидроксида марганца (II).
4. Напишите уравнения реакций разложения: гидроксида
цинка, гидроксида железа (II), гидроксида меди (I), гидроксида
цинка.
5. Закончите уравнения реакций:
а) Ba(OH)2 + HNO3→ …; б) Ca(OH)2 + H3AsO4→ …;
в) Sr(OH)2 + N2O3→ …; г) KOH + V2O5→ …;
д) NaOH + Mn(NO3)2→ …; е) Ca(OH)2 + Al2(SO4)3 →…
6. Напишите уравнения следующих реакций: гидроксид
алюминия + азотная кислота; гидроксид меди (II) + хлорная
кислота; цезий + вода, оксид бария + вода.
6.3. Кислоты
Словарь
Русский Английский Французский Арабский
бескислородная
кислота
основн ость basicity basic ité ﻲﺳﺎﺳأ
двухосновная
кислота
орто-, мета- ortho -, meta- ortho -, meta- وﺗروا-, ﺎﺗﯾﻣ-
ряд напряжения
металлов
вытеснять to displace evincer نﺎﻜﻣ ﺬﺧﺄﯾ
anoxic acid acid e sans
oxygè ne
doublebase acid diacide ﻦﯿﺳﺎﺳﺄﺑ ﺾﻣﺎﺣ
a number of
power of metals
une séri e d'effort
des métaux
ﻦﯿﺠﺴﻛوأ نوﺪﺑ
ﺔﺠﯿﮭﺘﻣ ندﺎﻌﻣ ةﺪﻋ
ﻲﻀﻤﺣ
)ﻖﯾﺎﻀﯾ(
149
Кислотами называются соединения, в состав которых входят атомы водорода, способные замещаться атомами металлов.
При этом образуются соли:
H2SO4 + 2Na = Na2SO4 + H2↑;
6HCl + 2Al = 2AlCl3 + 3H2↑.
Графические формулы:
HNO
H – O – N
азотная
кислота
3
O
O
H – O O
H – O O
H2SO
серная
кислота
4
H3PO
4
H – O
S
H – O – P = O
H – O
фосфорная
кислота
Классификация. Различают кислоты бескислородные и ки-
слородсодержащие. Бескислородными кислотами являются
водные растворы водородных соединений неметаллов VI 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, H2MnO
– 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
уксусная кислота одноосновная.
Номенклатура. Название кислородсодержащих кислот про-
изводят от названия неметалла с прибавлением окончаний -ная,
4
150
-вая, если степень окисления его соответствует номеру группы.
По мере понижения степени окисления элемента суффиксы
меняются в следующем порядке: -оватая, -истая, -оватистая
(табл. 12).
Таблица 12
Названия и формулы некоторых кислот
Элемент
Формула
Название Степень
Название кислоты
окисления
HClO
HClO
HClO
HClO
HNO
HNO
H2SO
H2SO
H3AsO
H3AsO
H3PO
H3PO
HMnO
H2MnO
4
3
2
3
2
4
3
4
3
4
3
4
4
Хлор
Азот
Сера
Мышьяк
Фосфор
Марганец
+7 Хлорная кислота
+5 Хлорноватая кислота
+3 Хлористая кислота
+1 Хлорноватистая кислота
+5 Азотная кислота
+3 Азотистая кислота
+6 Серная кислота
+4 Сернистая
+5 Мышьяковая
+3 Мышьяковистая
+5 Фосфорная
+3 Фосфористая
+7 Марганцовая
+6 Марганцовистая
Если элемент в одной и той же степени окисления образует
несколько кислородсодержащих кислот, то к названию кислоты с
меньшим числом кислородных атомов добавляется приставка
мета, при наибольшем числе – орто:
- HBO2 – метаборная кислота;
- H3BO3 – ортоборная кислота;
- HPO3 – метафосфорная кислота;
- H3PO4 – ортофорфорная кислота.
Название бескислородных кислот производят от названия
неметалла с окончание о и прибавлением слова водородная:
- HF – фтороводородная;
- HCl – хлороводородная;
- H2S – сероводородная;
- HCN – циановодородная.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]