ТДП / ТДП 1 курс / Общая химия.Жарский.2007

каков порядок связи в этих частицах? Объяснения дайте с позиций метода МО.

56.Как в ряду частиц O2+ – O 2 – O 2– – O 22– меняется длина связи и энергия связи? Объяснения дайте с позиций метода МО.

57.Почему отрыв одного электрона от молекулы CO приводит к ослаблению связи, а от молекулы NO – к ее усилению? Объяснения дайте с позиций метода МО.

58.Составьте энергетические диаграммы молекулярных орбиталей молекул азота и оксида углерода (II). Что общего у этих молекул?

59.Количественные характеристики химической связи: энергия связи, длина связи, валентный угол. Как изменяются валентные углы у молекул: H2O, H2S, H2Se, H2Te?

60.Приведите схемы образования ионной и ковалентной связи. Как изменяется характер связи у хлоридов элементов третьего периода периодической системы с увеличением порядкового номера элемента?

4.ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Неорганические соединения по составу делятся на гомо- и гетеросоединения. Гомосоединения – это вещества, состоящие из атомов одного элемента. Они подразделяются на металлы и неметаллы. Гетеросоединения, или сложные вещества, состоят из атомов двух или более элементов. Они делятся на классы: оксиды, основания, кислоты, соли.

Основания и кислородсодержащие кислоты часто рассматриваются как гидраты оксидов и объединяются в единый класс гидроксидов, имеющих основный, амфотерный или кислотный характер.

Оксидами называются бинарные соединения, в которых один из

элементов – кислород со степенью окисления –2. Например: K+21O−2 , S+4O−22 .

Название оксида состоит из слова «оксид» и названия элемента в родительном падеже. Переменная степень окисления указывается в скобках:

Fe2O3 – оксид железа (III); FeO – оксид железа (II);

22

SО2 – оксид серы (IV). Оксиды делятся:

–на несолеобразующие, или безразличные (N2O, NO, CO, SiO);

–солеобразующие: а) основные; б) амфотерные; в) кислотные. Основные оксиды – это оксиды металлов со степенью окисления

металла +1, +2. Исключение составляют оксиды BeO, ZnO, SnO, PbO, являющиеся амфотерными. Основным оксидам отвечают гидроксиды – основания. Например:

Амфотерные оксиды – оксиды металлов со степенью окисления металла +3, +4 и BeO, ZnO, SnO, PbO со степенью окисления +2.

Амфотерным оксидам отвечают гидроксиды, проявляющие как свойства кислот, так и свойства оснований. Например:

Кислотные оксиды – оксиды неметаллов с любой степенью окисления и оксиды металлов с высокими степенями окисления (выше

+4).

Кислотным оксидам отвечают гидроксиды – кислоты. Например:

Чтобы правильно написать формулу кислоты, соответствующую данному оксиду, к оксиду добавляем H2O и подсчитываем число атомов каждого элемента.

Химические свойства:

1. Основные оксиды (только оксиды щелочных и щелочно-земель- ных металлов) при взаимодействии с водой дают основания – щелочи:

23

Na2О + H2O = 2NaОН

BаО + H2O = Bа(ОН)2

Кислотные оксиды (кроме SiO2 и некоторых других) при взаимодействии с водой образуют кислоты:

SO3 + H2O = H2SO4

N2O3 + H2O = 2HNO2

Амфотерные оксиды с водой не взаимодействуют.

2. Основные и амфотерные оксиды реагируют с кислотами, образуя соль и воду:

MgO(осн) + 2HCl = MgCl2 + H2O

Cr2O3(амф) + 6HCl = 2CrCl3 + 3H2O

3. Кислотные и амфотерные оксиды взаимодействуют с основаниями (амфотерные только со щелочами), образуя соль и воду:

SO2(кисл) + 2KOH = K2SO3 + H2O

Al2O3(амф) + 2NaOH ¾¾t ® 2NaAlO2 + H2O

4. Основные оксиды реагируют с кислотными, образуя соли: BаО(осн) + SO3(кисл) = BaSO4

СаО(осн) + Cl2O7(кисл) ¾¾t ® Ca(ClO4)2

Получение:

1. Окисление простых и сложных веществ кислородом: 2Mg + O2 = 2MgO

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2

2. Разложение кислородсодержащих солей, оснований, кислот при нагревании:

СаСО3 ¾¾t ® СаО + СО2

Cu(OH)2 ¾¾t ® CuO + H2O 2H3PO4 ¾¾t ® P2O5 + 3H2O

Основаниями называются вещества, образующие при диссоциации анионы одного вида, анионы гидроксила (ОН– ).

Основания делятся:

–на хорошо растворимые в воде (щелочи, гидроксиды щелочных

ищелочно-земельных металлов (NaOH, Ba(OH)2)) и малорастворимые в воде (основания (Fe(OH)2, Cu(OH)2));

–o днокислотные (LiOH, NH4OH) и многокислотные (Mg(OH)2,

24

Sc(OH)3).

Кислотность оснований определяют по числу гидроксогрупп, связанных с металлом.

Название основания образуется из слова «гидроксид» и названия металла в родительном падеже, причем для металла с переменной степенью окисления указывается степень окисления. Например, KOH – гидроксид калия, но Fe(OH)2 – гидроксид железа (II).

Химические свойства:

1. Основания взаимодействуют с кислотами (реакция нейтрализации):

2LiOH + H2SO4 = Li2SO4 + 2H2O

Fe(OH)2 + 2HCl = FeCl2 + 2H2O

2. Основания реагируют с кислотными и амфотерными оксидами:

Ba(OH)2 + N2O3 = Ba(NO2)2 + H2O

2NaOH + SnO2 = Na2SnO3 + H2O

3. Щелочи взаимодействуют с растворами солей, если в результате реакции выпадает осадок:

FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3↓ + 3NaCl

Ca(OH)2 + Na2CO3 = CaCO3↓ + 2NaOH 4. Основания (щелочи) реагируют с неметаллами:

Cl2 + 2KOH = KCl + KСlO + H2O

3S + 6NaOH = 2Na2S + Na2SO3 + 3H2O

5. Основания (щелочи) взаимодействуют с металлами, оксиды и гидроксиды которых амфотерны:

Zn + 2KOH + 2H2O = K2[Zn(OH)4] + H2

Получение:

1. Нерастворимые основания получают при взаимодействии растворов солей и щелочей:

FeCl3 + 3NaOH → Fe(OH)3↓ + 3NaCl

2. Щелочи получают:

а) преимущественно электролизом водных растворов солей: 2NaCl + 2H2O ¾¾¾¾¾электролиз® 2NaOH + H2 + Cl2

б) при взаимодействии металлов с водой:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

в) путем взаимодействия оксидов с водой:

25

CaO + H2O = Ca(OH)2

Кислотами называются вещества, образующие при диссоциации катионы одного вида, катионы водорода (H+).

Кислоты делятся:

– на бескислородные (HCl, H2S) и кислородсодержащие (HNO3,

H2SO4);

– одноосновные (HNO3, HClO4) и многоосновные (H2SO3, H3PO4). Основность кислоты определяют по числу атомов водорода в

кислоте, способных замещаться на атомы металла.

Название кислородсодержащей кислоты дают по названию образующего ее элемента. Если данный элемент образует несколько кислот, в которых проявляет разные степени окисления, то в названиях этих кислот используют разные суффиксы. Названия кислот, соответствующих высшей степени окисления элемента, содержат суффикс « -н» или « -ов» : HNО3 – азотная, H3AsO4 – мышьяковая. В названии кислот, в которых элемент имеет меньшую степень окисления, добавляют суффикс « -ист» : HNО2 – азотистая, H3AsO3 – мышьяковистая.

Название бескислородной кислоты дают по названию образующего ее элемента с добавлением слова «водородная»: HF – фтороводородная кислота, H2S – сероводородная кислота.

Химические свойства:

1. Кислоты взаимодействуютс основаниями (реакция нейтрализации): 2HClO4 + Са(OH)2 = Ca(ClO4)2 + 2H2O

H3PO4 + 3KOH = K3PO4 + 3H2O

2. Кислоты реагируют с основными и амфотерными оксидами:

H2SO4 + MgO = MgSO4 + H2O

2HF + BeO = BeF2 + H2O

3. Кислоты взаимодействуют с солями, если в результате реакции образуется осадок, газ или более слабая кислота:

H3PO4 + 3AgNO3 = Ag3PO4↓ + 3HNO3

2HCl + FeS = FeCl2 + H2S−

NaNO2 + HCl = NaCl + HNO2

Более сильная и менее летучая кислота вытесняет слабые, малорастворимые и более летучие кислоты из их солей. Сила кислот уменьшается в следующем ряду:

26

H2SO4, HCl, HNO3 ,H3PO4 , H2SO3, Н2СО3, H2SiO3

1 4 4 4 2 4 4 43

эти кислоты друг друга не вытесняют

4. Кислоты реагируют с металлами, которые расположены в ряду напряжений до водорода, с выделением водорода (кроме HNO3 и

H2SO4(конц)):

2HCl + Zn = ZnCl2 + H2

H2SO4(разб) + Mg = MgSO4 + H2

H2SO4(разб) + Cu ¹

но:

2H2SO4(конц) + Cu = CuSO4 + SO2 + 2H2O

9HNO3(разб) + 4Mg = 4Mg(NO3)2 + NH3 + 3H2O

(подробнее см. раздел «Окислительно-восстановительные реакции»). 5. Кислоты взаимодействуют с неметаллами (концентрированные

кислоты при нагревании):

t

5HNO3 + P = H3PO4 + 5NO2 + H2O

Получение:

1. Растворение кислотных оксидов в воде: SO3 + H2O = H2SO4

Cl2O7 + H2O = 2HClO4

2. Вытеснение из солей действием более сильной кислоты:

Na2SiO3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2SiO3

3. Бескислородные кислоты получают, растворяя в воде продукт взаимодействия простых веществ с водородом:

H2 + Cl2 = 2HCl

Амфотерные гидроксиды проявляют как основные, так и кислотные свойства, реагируя с кислотами и щелочами:

Al(OH)3 + 3HCl ® AlCl3 + 3H2O Al(OH)3 + NaOH ¾¾t ® NaAlO2 + 2H2O или

Al(OH)3 + NaOH ® Na[Al(OH)4]

Солями называются соединения, состоящие из катионов металла и анионов кислотного остатка.

Средние соли – продукты полного замещения водорода кислоты на металл или гидроксогрупп основания на кислотный остаток:

Na2CO3, CaCl2, CuSO4, Ba3(PO4)2.

27

Кислые соли – продукты неполного замещения водорода многоосновных кислот на металл: NaHCO3, Ca(H2PO4)2.

Основные соли – продукты неполного замещения гидроксогрупп многокислотных оснований на кислотный остаток: (CuOH)2CО3,

FeOHSO4.

Двойные соли – это соли, образованные разными катионами и анионами одного вида: KFe(SO4)2.

Смешанные соли – это соли одного и того же катиона и различных анионов: Ca(OCl)Cl.

Комплексные соли – это соли, содержащие комплексные ионы:

Na3[AlF6], K3[Fe(CN)6].

Название средней соли состоит из латинского названия кислотного остатка и названия металла в родительном падеже, причем для металлов, проявляющих разные степени окисления, указывают степень окисления. Кислотные остатки кислородсодержащих кислот содержат суффикс « -ат» , если образующий кислоту элемент имеет высшую степень окисления, и « -ит» – в случае более низкой степени окисления элемента, например: Mg(N+5O3)2 – нитрат магния, Mg(N+3O2)2 – нитрит магния.

Кислотные остатки бескислородных кислот имеют суффикс «-ид», например: Ag2S – сульфид серебра, CaCl2 – хлорид кальция.

Номенклатура кислых солей состоит из названия кислотного остатка и приставки «гидро-», «дигидро-» и т. д., которая отражает число незамещенных на металл атомов водорода: KHSO4 – гидросульфат калия, Сa(H2PO4)2 – дигидрофосфат кальция.

Названия основных солей содержат приставку «гидроксо-»,

«дигидроксо-» и т. д. перед названием металла, которая отражает число незамещенных на кислотный остаток гидроксогрупп: (CuOH)2SO4 – сульфат гидроксомеди, Fe(OH)2ClO4 – перхлорат дигидроксожелеза (III).

Химические свойства:

1. Соли взаимодействуют с кислотами: AgNО3 + HCl = AgCl↓ + HNO3

2. Соли реагируют в растворах со щелочами:

2NaOH + CuSO4 = Cu(OH)2↓ + Na2SO4

3. Растворы солей взаимодействуют между собой, если образуется осадок:

Ba(NO3)2 + Na2SO4 = BaSO4 ↓ + 2NaNO3

4. Соли реагируют с металлами. Более активные металлы

28

вытесняют менее активные из растворов солей:

CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu

5. Некоторые соли разлагаются при нагревании: СаСО3 ¾¾t ® СаО + СО2

2AgNO3 ¾¾t ® 2Ag + 2NO2 + O2

Получение:

1. Взаимодействие металлов с неметаллами: 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3

2. Взаимодействие металлов с кислотами: Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

3. Взаимодействие металлов с растворами солей:

Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu

4. Взаимодействие оксидов с кислотами и щелочами:

Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O

SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O 5. Взаимодействие оксидов между собой:

CaO + N2O5 = Ca(NO3)2

6.Соли получают по реакциям обмена в растворах между солями

икислотами, солями и щелочами, солями и солями, кислотами и основаниями:

Na2CO3 + 2HCl = CO2 + H2O + 2NaCl

CuCl2 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + 2NaCl

Ba(NO3)2 + K2SO4 = BaSO4↓ + 2KNO3

Графическое изображение формул показывает порядок соединения атомов в молекуле. При составлении графических формул исходят из степени окисления атомов, входящих в состав веществ. Количество черточек, соединяющих атомы, должно совпадать с их степенями окисления. Следует помнить, что степень

29

Центральный атом металла соединяется с таким числом гидроксогрупп, какова степень окисления этого металла.

Кислоты HN+3O2 , H3P+5O4:

Каждый атом водорода соединяется с атомом неметалла через кислород. Если в молекуле есть избыточные атомы кислорода, они соединяются с центральным атомом с помощью двойной связи.

Соли NaN3+O2, K3P5+O4, LiH2P+5O4, (Cu+2OH)2S+6O4:

Для графического изображения формул солей за основу берут формулы соответствующих кислот, заменяя в них ионы водорода на ионы металла или основного катиона.

Контрольные задания

61.Установите характер оксидов: K2O, Mn2O7, Al2O3, ВaO, N2O3, CrO3, MnO2. Какие из приведенных оксидов взаимодействуют с водой? Напишите уравнения реакций.

62.Какие из приведенных оксидов: MgO, Cl2O, Cr2O3, CO, Li2O, SnO2, WO3 реагируют с кислотами? Приведите уравнения реакций их взаимодействия с соляной кислотой.

63.Укажите, какие из оксидов: Cl2O, N2O, Ag2O, Fe2O3, BeO, I2O5, SiO2, реагируют со щелочами. Напишите уравнения реакций их взаимодействия с гидроксидом бария.

64.Исходя из положения элементов Li, Se, Pb, V, Mn в

30