Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия (Для студентов-иностранцев). Учебное пособие
.pdf
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
римской цифрой в скобках: SO – оксид серы (II); SO2 – оксид серы (IV), SO3 – оксид серы (VI).
Классификация. По химическим свойствам оксиды делят-
ся 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, Mn2O
соответствуют кислоты H2CO3, H2SO4, HM nO4. 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).
7
151
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 щелочных (Li, Na, K, Rb, Cs) и щелочно-земельных (Ca, Sr, Ba)
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 реа-
гируют, 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.
152
2. При разложении сложных веществ:
Ca(OH)2 = CaO + H2O;
2H3PO4 = 3H2O + P2O5;
CaCO3 = CaO + CO2.
3. При некоторых других реакциях:
HClO4 + P2O5 = 2HPO3 + Cl2O7;
Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2.
Пример 1. Определите щелочноземельный металл, если в
результате реакции этого металла массой 22 г с водой при нормальных условиях выделилось 5.6 дм³ водорода.
Дано:
Решение
m (Me) = 22 г
V(H2) = 5.6 дм³
Найти:
Me
1. Составляют уравнение реакции,
учитывая то, что валентность щелочноземельного металла равна двум:
Me + H2O = Me(OH)2 + H2 ↑.
2. Рассчитывают количество вещества водорода, образую-
щегося в результате реакции по формуле
)(H
V
)H(
n
2
V
m
5,6
2
===
4,22
.моль25,0
3. Определяют молярную массу металла, учитывая то, что
n(Me) = n(H2) = 0,25 моль, по формуле
M
Me)( ===
m
n
(Me)
22
25,0
г/моль.88
(Me)
Следовательно, металл Me – это стронций.
Ответ: стронций (Sr).
Пример 2. Состав оксида элемента выражается формулой
Me2О3. Для получения оксида массой 37,6 г необходимо 28,0 г
элемента. Какой элемент образует оксид?
Дано:
Решение
m (Me) = 10,8 г
m(Me2О3) = 20,4 г
Найти:
Me
1. Составляют уравнение реакции,
учитывая то, что валентность металла
равна трем:
4Me + 3O2 = Me2O3.
153
2. Согласно закону действующих масс рассчитывают массу
кислорода, пошедшего на реакцию, по формуле
m(O2) = m(Me2О3) – m(Me) = 20,4 – 10,8 = 9,6 г.
3. Определяют количество вещества кислорода по формуле
)(O
m
)O(
n
2
M
9,6
2
32
)(O
2
моль.0,3
===
4. На основании уравнения реакции составляют пропорцию:
4 моль Me – 3 моль O
2
x моль Me – 0,3 моль O2; x = 0,4 моль O2.
5. Рассчитывают молярную массу металла:
M
Me)( ===
m
n
(Me)
10,8
4,0
моль.г/27
(Me)
Ответ: M(Al) = 27 г/моль. Это алюминий.
6.2. Основания
Словарь
Русский Английский Французский Арабский
остаток s tock 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 savonneux ﺺﺋﺎﺼﺧ ﻚﻠﻤﯾ
нейтрализация eco ntaminatio n neut ralisa tion لﺪﺘﻌﻣ
crystalline crate grille cristalline ﺔﯿﻟﺎﺘﺳﺮﻛ ﺔﻜﺒﺷ
نﻮﺑﺎﺼﻟا
Основаниями называются соединения, состоящие из металла и гидроксильных групп (OH-). Число гидроксильных групп
в основании определяется степенью окисления элемента.
154
Bases are compounds consisting of a metal and hydroxyl groups (OH-).
Les bases sont des composés constitués d'un m étal et de groupes h y-
drox yle (OH-).
.(-HO) ﻞﯿﺴﻛورﺪﯿھو ﺔﯿﻧﺪﻌﻣ تﺎﻋﻮﻤﺠﻣ ﻦﻣ نﻮﻜﺘﺗ تﺎﺒﻛﺮﻣ ﻲھ ﺪﻋاﻮﻘﻟا
Графические формулы:
NaOH Ca(OH)
O – H
Na – O – H
Ca
O – H
гидроксид
натрия
гидроксид
кальция
2
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); Fe(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 отсоединившихсяся
гидроксогрупп (табл. 13).
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.
К растворимым основаниям относится и гидроксид аммония, образующийся при взаимодействии аммиака с водой.
155
Таблица 13
Названия и формулы некоторых оснований и их остатков
Основания Остатки оснований
Формула Название Формула Название
KOH Гидроксид калия K
Bi(OH)
Гидроксид висмута
3
(III)
+
Калий-ион
Mg(OH)+Гидроксомагний-ионMg(OH)2Гидроксид магния
2+
Mg
[Bi(OH)2]+Дигидроксовисмут (III)-ион
Bi(OH)
Bi
Mn(OH)+Гидроксомарганец (II)-ионMn(OH)2 Гидроксид марганца II)
Mn
Магний-ион
2+
Гидроксовисмут (III) -ион
3+
Висмут (III)-ион
2+
Марганец (II)-ион
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 NH4OH – 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
1400оС без разложения. Однако большинство оснований при нагревании разлагаются:
t
Cu(OH)2 = CuO + H2O;
2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O.
156
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 ионов OH- и H+ с образованием малодиссоциированного электролита – воды.
2. Щелочи взаимодействуют с кислотными оксидами с об-
разованием 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].
Комплексный гидроксоион [Al(OH)4]- образуется в результате возникновения дополнительных ковалентных связей по донорно-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 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.
157
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 ﺎﻜﻣ ﺬﺧﺄﯾ)ﻖﯾﺎﻀﯾ(
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
Кислотами называются соединения, в состав которых входят атомы водорода, способные замещаться атомами металлов.
Acids are compounds consisting of hydrogen atoms that can be re-
placed by metal atoms.
Les acides sont des composés constitués d'atomes d'hydrogène qui
peuvent être r emplacés par des atomes de métal.
.ندﺎﻌﻤﻟا تارﺬﺑ ﺎﮭﻟاﺪﺒﺘﺳا ﻦﻜﻤﯾ ﻲﺘﻟا ﻦﯿﺟورﺪﯿﮭﻟا تارذ ﻞﻤﺸﺗ ﻲﺘﻟا تﺎﺒﻛﺮﻤﻟا ضﺎﻤﺣﻷا ﻰﻤﺴﺗ
При этом образуются соли:
H2SO4 + 2Na = Na2SO4 + H2↑;
6HCl + 2Al = AlCl3 + H2↑.
Графические формулы:
ﻲﻀﻤﺣ
HNO
3
O
H – O – N
O
азотная
кислота
H2SO
4
H – O O
S
H – O O
серная
кислота
H – O
H – O – P = O
H – O
H3PO
4
фосфорная
кислота
Классификация. Различают кислоты бескислородные и
кислородсодержащие. 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.
158
Кислородсодержащие кислоты предсталяют 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
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. 14).
Таблица 14
Названия и формулы некоторых кислот
Элемент
Формула
HClO
HClO
HClO
HClO
HNO
HNO
H2SO
H2SO
H3AsO
H3AsO
H3PO
H3PO
HMnO
H2MnO
Название Степень окисления
4
3
2
3
2
4
3
4
3
4
3
4
4
Хлор
Азот
Сера
Мышьяк
Фосфор
Марганец
Название кислоты
+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
4
159
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.
Отрицательные ионы, которые образуются в результате отрыва от молекулы кислоты одного или нескольких атомов водорода, называют кислотными остатками. Величина отрицательного
заряда кислотного остатка определяется числом атомов водорода,
замещенных металлом (табл. 15).
Названия кислотных остатков всех бескислородных кислот
имеют одинаковые окончания -ид. Названия кислотных остатков
образуется обычно из латинских названий кислотообразующих
элементов с добавлением окончаний -ат, если степень окисления
элемента соответствует номеру группы и -ит при меньшей степе-
ни окисления элемента. Если элемент образует больше двух кислот, то названия их кислотных остатков включают префиксы
пер- (для высшей степени окисления элемента) и гипо- (для низ-
шей степени окисления).
Физические свойства. Кислоты могут быть твердыми
(H3BO3, H3PO4) или жидкими (H2SO4, HNO3). Большинство из них
хорошо растворяются в воде. Кислотами являются также растворы газов (HCl, HBr, H2S) в воде. Некоторые кислоты (например,
угольную Н2СО3, сернистую Н2SO3) невозможно выделить в виде
индивидуальных соединений, они существуют только в растворе.
Растворы кислот имеют кислый вкус (обусловлен присутствием
ионов H3O+), разъедают растительные и животные ткани, изменяют окраску индикаторов. В молекулах кислот атомы водорода
связаны с кислотными остатками ковалентной полярной связью.
160
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]