2 Классы неорганических соединен ии

СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ

Состав химических соединений выражается химическими формулами. При анализе (и составлении) химических формул удобно пользоваться понятием "степень окисления элемента в соединении". Сумма степеней окисления всех элементов соединения принимается равной нулю. Обычно степень окисления водорода принимается +1, а степень окисления кислорода, равной -2. Степени окисления других элементов соединений рассчитывают, исходя из этих предположений. Пример 1. Какие степени окисления имеют элементы в следующих соединениях: СО₂, Р:О₅, HC1,H₂S?

Решение. В соединении СО₂ сумма степеней окисления двух атомов кислорода составляет (-2).2 = -4. Сумма степеней окисления всего соединения равна нулю. Следовательно, степень окисления углерода равна +4.

В соединении Р₂О₅ каждые пять атомов кислорода характеризуются суммой степеней окисления, равной -10. Следовательно, каждые два атома фосфора, имеют сумму степеней окисления, равную +10, а степень окисления фосфора в соединении Р₂О₅ равна +5.

В соединении НС1 степень окисления водорода +1; следовательно, степень окисления хлора -1. В соединении H₂S степени окисления водорода и серы соответственно равны +1 и -2. Пример 2. Какие степени окисления имеют элементы в соединениях FeCl₂, FeCI₃, Sb₂S₃?

Решение. Перечисленные соединения являются солями хлороводородной и сероводородной кислот. Степень окисления хлора в хлороводородной кислоте равна -1 (см. пример 1); следовательно, степень окисления железа равна +2 в РеС1₂ и +3 в РеС1₃. Степень окисления серы в H₂S равна -2 (см. пример; ^.Следовательно, степень окисления сурьмы в Sb₂S₃ равна +3.

Для соединений, состоящих из трех элементов и более расчет степеней окисления усложняется. Существенную помощь при определении степеней окисления сложных соединений, а также при составлении эмпирических формул оказывает тот факт, что элементы главных и некоторых побочных подгрупп имеют характерные для них степени окисления, зависящие от номера группы.

Так, элементы главных подгрупп I - III групп таблицы Д.И.Менделеева имеют единственные характерные степени окисления - положительные и численно равные номеру группы .

Пример 3. Какие степени окисления в соединениях имеют стронций и галлий?

Решение. Элемент стронций находится в главной подгруппе II группы; следовательно, в соединениях он имеет одну степень окисления +2. Галлий находится в главной подгруппе III группы; следовательно, в соединениях он имеет степень окисления +3.

Элементы главных подгрупп IV—VI групп (кроме кислорода) имеют следующие степени окисления: положительные, численно равные номеру группы и на две единицы меньшие, и отрицательные, равные номеру группы минус число 8.

Элементы главной подгруппы седьмой группы (за исключением фтора) имеют характерные нечетные степени окисления от +7 до -1, т.е. +7, +5, +3, +1, -1.

Пример 4. Какие степени окисления имеют в соединениях элементы германий, селен и бром?

Решение. Германий находится в главной подгруппе IV группы; следовательно, в соединениях он имеет степени окисления

44, +2, +4.

.Селен - элемент главной подгруппы VI группы, его степени окисления в соединениях +6, +4, -2.

Бром - элемент главной подгруппы VII группы, в соединениях он может иметь степени окисления +7, +5, +3, + 1 , - 1 .

Если известно, какие степени окисления может иметь элемент, то можно написать эмпирические формулы его соединений с кислородом и водородом.

Пример 5. Напишите эмпирические формулы соединений с кислородом и водородом элементов: а) мышьяка; б) индия.

Решение, а) Мышьяк - элемент главной подгруппы V группы. Следовательно, он имеет степени окисления +5, +3, -3. Эмпирические формулы его оксидов As₂O₅ и As₂O₇ Эмпирическая формула соединения с водородом AsH₃.

б) Индий - элемент главной подгруппы III группы. В соединениях индий имеет единственную степень окисления +3. Индий имеет один оксид 1п₂О₃.

Для элементов побочных подгрупп (d - и f-элементов) не существует такой определенной взаимосвязи между степенями окисления и номером группы, какая наблюдается для элементов главных подгрупп. Можно отметить, что (d -элементы II — VII групп имеют высшие степени окисления, соответствующие номеру группы, и в обычных соединениях элементы побочных подгрупп не проявляют отрицательных степеней окисления.

Степени окисления тех элементов побочных подгрупп, соединения которых наиболее часто применяются в химической практике, следует запомнить. К таким элементам относятся хром (степени окисления +6 и +3), марганец (+7, +6, +4, +2), железо (+3, +2), кобальт, никель (+2, гораздо реже +3), медь (+2, +1), цинк (+2), серебро (+1), кадмий (+2), золото (+3, +1) и ртуть (+2,+1).

Пример 6. Определите степени окисления элементов в соединениях: a) FeAsO,; б) AgPO₃.

Решение, а) В соли FeAsO₃ сумма степеней окисления кислорода -6. Железо может иметь степени окисления +2 и +3, а мышьяк - степени +5 и +3. Сумма степеней окисления в эмпирической формуле FeAsO3 равна нулю, если степень окисления железа будет +3 и степень окисления мышьяка +3. б) В соединении А§зРО₃ степени окисления серебра (+1) и кислорода (-2) определяют степень окисления фосфора (+5).

СВОЙСТВА ОКСИДОВ, ГИДРОКСИДОВ И СОЛЕЙ.

оксиды Э„О_И

Оксиды - это бинарные соединения, состоящие из какого-нибудь элемента и кислорода со степенью окисления -2,

Например: К₂О, СаО, РегОз, СО₂, P₂Os, SOa, СЬСЬ, OsOi. Оксиды образуют все химические элементы, кроме Не, Ne, Аг. Химическая связь между кислородом и другим элементом бывает ионной и ковалентной. По химическим свойствам оксиды делятся на солеобразующие и несолеобразующие. К последним относятся, например, N20, NO, SiO.

Солеобразующие оксиды делятся на основные, кислотные и амфотерные.

Основные оксиды. Оксиды, гидраты которых являются основаниями, называют основными оксидами. Например, Na₂O, CuO являются основными оксидами, так как им соответствуют основания NaOH, Cu(OH)₂. Как правило, основными оксидами могут быть оксиды металлов со степенью окисления +1, +2. Химическая связь здесь ионная.

Оксиды щелочных (Li, Na, К, Rb, Cs, Fr) и щелочно-земельных металлов (Са, Sr, Ba, Ra), взаимодействуя с водой, дают основания. Например:

К₂О + Н₂О = 2КОН ВаО + Н₂О = Ва(ОН)2

Остальные основные оксиды с водой практически не взаимодействуют. Основные оксиды взаимодействуют с кислотами и дают соль и воду:

3H₂SO₄ = Fe₂ (SO₄)₃ + ЗН₂О Основные оксиды реагируют с кислотными оксидами и дают соли:

FeO + SiO₂= (t) FeSiO₃

Кислотны еоксиды. Оксиды, гидраты которых являются кислотами, называют кислотными. К кислотным относятся оксиды неметаллов и металлов со степенью окисления +4,+5, +6, +7. Например, М2Оз, P₂Os, СгОз, Mn₂(>7, СО₂, V₂Os, 8Оз, С1₂О? - кислотные оксиды, так как им соответствуют кислоты HNO₂, НзРО₄, Н₂СЮ₄, НМпО4 и т. д. (химическая связь здесь ковалентная и ионная). Большинство кислотных оксидов взаимодействует с водой и образует кислоты. Например:

8Оз + НзО = H₂SO_4; Mn₂O₇+ Н₂О = 2HMnO₄ SiO₂ + Н₂О Ф

Кислотные оксиды реагируют с основаниями (щелочами) и дают соль и воду:

N₂O₅ + Са(ОН)₂ = Ca(NO3)2 + Н₂О.

Амфотерные оксиды. Оксиды металлов со степенью окисления +3, +4 и иногда +2, которые в зависимости от среды проявляют основные или кислотные свойства, т. е. Реагируют с кислотами и основаниями, называют амфотерными. Им соответствуют гидраты, кислоты и основания. Например:

ZnO -* H₂ZnO₂

А1(ОН)з «- А1₂О₃ -» НзА1Оз -* НА1О₂ Амфотерные оксиды реагируют с кислотами и основаниями:

А1₂Оз + 3H₂SO₄ = А1₂ (8О₄)з + ЗН₂О А1₂Оз + 2NaOH + ЗН₂О = 2Na[Al(OH)₄]

ГИДРОКСИДЫ ЩОН)П

Химические соединения с общей формулой ЩОН)п называют гидроксидами, где R - атом или группа атомов с положительным зарядом.

В зависимости от типа электролитической диссоциации гидроксиды делятся на три группы: основания, кислоты и амфотерные гидроксиды. Например:

Ва(ОН)2 <-» Ва²⁺ + 2ОН~ основание H₂SO₄ «-» 2Н⁺ + SO/" кислота

РЬ²⁺ + 2ОН~ «-» РЬ(ОН)₂ *-*2Н" + PbCfe²"" амфотерныйгидроксид :

раствор

ОСНОВАНИЯ

Основания - электролиты, которые при электролитической диссоциации образуют отрицательные гидроксид-ионы.

По международной номенклатуре, соединения, содержащие гидроксогруппу, называют гидроксидами. Если металл имеет переменную степень окисления, то после названия гидроксида в скобках указывается его с. о. Например, СиОН - гидроксид меди (I), Cu(OH)2 -гидроксид меди (II).

Основания делятся на растворимые и нерастворимые в воде. Растворимые в воде основания называют щелочами. Щелочи образуют щелочные и щелочно-земельные металлы. Щелочи реагируют с растворами солей:

2NaOH = 2NaNO3 + РЬ(ОНЫ Щелочи могут взаимодействовать с некоторыми простыми веществами:

Si + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO3 Растворимые и нерастворимые в воде гидроксиды могут реагировать с кислотами:

2Ре(ОН)з+ 3H₂SO₄ = ОД$О₄)з + 6Н₂О Нерастворимые в воде основания термически разлагаются: 2Ре(ОН)з = (t) РегОз + ЗН₂О