- •Российский государственный педагогический университет имени а.И. Герцена
- •Основы химического языка
- •Предисловие
- •Оглавление
- •Химический элемент, химическое соединение
- •Химический элемент – символы и названия.
- •Классификация химических элементов.
- •Классификация химических соединений по составу.
- •Систематические и традиционные названия простых веществ.
- •Степень окисления элементов в химических соединениях.
- •Систематические и специальные названия одноэлементных ионов.
- •Систематические и специальные названия бинарных соединений.
- •Функциональная классификация сложных неорганических соединений
- •Оксиды.
- •Гидроксиды – основные (основания), амфотерные, кислотные (оксокислоты).
- •Пероксокислоты.
- •Бескислородные кислоты.
- •Галогенангидриды.
- •Основные положения координационной теории.
- •Номенклатура комплексных соединений.
- •1. Лабораторная работа «Основные классы неорганических соединений». Оксиды
- •Гидроксиды
- •Кислоты
- •Металлокомплексные соединения
- •Количественные характеристики химических элементов и соединений.
- •16 Г ch4 занимают объем 22,4 л
- •22,4 Л ch4 содержат 6,02∙1023 молекул
- •1 Моль h2s занимает объем 22,4 л
- •32 Г o2 занимают объем 22,4 л
- •13.1. Определение простейших и молекулярных формул соединений.
- •Индивидуальное домашнее задание № 1
Гидроксиды – основные (основания), амфотерные, кислотные (оксокислоты).
Гидроксидами называются сложные вещества, содержащие группировку OH-, которая связана через атом кислорода одинарной химической связью с различными химическими элементами. Подобно оксидам, в зависимости от характера химической связи Э-ОН, гидроксиды подразделяются на основные (основания) (NaOH, Tl(OH), Cu(OH), Mg(OH)2, Ba(OH)2, Cr(OH)2) с преимущественно ионной связью, амфотерные (I(OH), Be(OH)2, B(OH)3), Zn(OH)2, Fe(OH)3, Al(OH)3) с ионно-ковалентным типом связи и кислотные (кислородсодержащие или оксокислоты) (NO2(OH)HNO3, PO(OH)3H3PO4, SO2(OH)2H2SO4, Te(OH)6H6TeO6), ClO3(OH)HClO4, MnO2(OH)2H2MnO4, MnO3(OH)HMnO4) с преимущественно ковалентной связью.
В соответствии с преимущественно ионным характером химической связи Э-ОН основные гидроксиды (основания) при растворении в воде диссоциируют с образованием гидроксид-ионов и катионов, причем, в зависимости от эффективности (степени) диссоциации различают сильные основания (NaOH, Ba(OH)2), диссоциирующие практически нацело, основания средней силы (Tl(OH), Mg(OH)2, Cr(OH)2) и слабые основания (Сu(OH), Fe(OH)2), диссоциация которых протекает частично:
NaOH Na+ + OH-, Fe(OH)2 Fe2+ + 2OH-
Кислотные гидроксиды (оксокислоты) в водных растворах диссоциируют с образованием ионов гидроксония H3O+, которые сокращенно часто изображают в виде катиона водорода H+. Подобно основаниям, кислотные гидроксиды по степени их диссоциации подразделяют на сильные (HNO3, HClO4), средней силы (HAsO3, HClO2) и слабые (HClO, H5IO6) кислоты:
HNO3 + H2O H3O+ + NO3- (HNO3 H+ + NO3-)
HClO + H2O H3O+ + ClO- (HClO H+ + ClO-)
Kислоты располагаются в порядке убывания их силы (активности) в так называемом ряду активности кислот:
Сильные Средней силы
HI>HBr>HClO4>HCl>H2SO4>HMnO4>HNO3│>H2Cr2O7>H2CrO4>H2SO3>H3PO4>HF│
Слабые
> HNO2 > HCOOH > CH3COOH > H2CO3 > H2S > HClO > HCN > H3BO3 > H2SiO3
Амфотерные гидроксиды в основном плохо растворимы в воде и проявляют как слабые основные, так и кислотные свойства:
OH- + I+ I(OH), HIO IO- + H+
2OH- + Zn2+ Zn(OH)2 + 2H2O [Zn(OH)4]2- + 2H+
Образование в процессе диссоциации гидроксидов катионов гидроксония, или гидроксид-ионов определяет важнейшее химическое свойство гидроксидов – реакцию нейтрализации, приводящую к образованию воды и соли при взаимодействии оснований и кислот:
NaOH (Na + OH-) + HNO3 (H+ + NO3-) = NaNO3 (Na+ + NO3-) + H2O
OH- + H+ = H2O
Обладая кислотно-основной двойственностью, амфотерные гидроксиды в реакциях нейтрализации могут выступать как в качестве основания, так и кислоты:
I(OH) + HClO4 = IClO4 + H2O
HIO + NaOH = NaIO + H2O
Подобно амфотерным оксидам металлов, взаимодействие с основаниями их гидроксидов в водных растворах приводит к образованию солей, содержащих не оксо-, а гидроксокомплексные анионы:
Al(OH)3 + 3NaOH = Na3[Al(OH)6]
Образование же оксосолей происходит при взаимодействии амфотерных гидроксидов со щелочными расплавами:
Al(OH)3 + NaOH (расплав) = NaAlO2 + 2Н2О
В зависимости от числа OH- группировок, содержащихся в гидроксиде, кислотные гидроксиды подразделяют на одно- (HNO3), двух- (H2SO4), трех- (H3PO4) и т.д. основные кислоты, а основные гидроксиды – на одно- (NaOH), двух- (Ca(OH)2), трех- (Al(OH)3) кислотные основания.
По растворимости основания делятся на растворимые и нерастворимые. Основания щелочных (Li, Na, K, Rb, Cs) и щелочноземельных (Ca, Sr, Ba) металлов являются растворимыми в воде и называются щелочами.
Систематические названия основных и амфотерных гидроксидов образуются из слова гидроксид и русского названия элемента в родительном падеже с указанием (для элементов с переменной степенью окисления) римскими цифрами в круглых скобках степени окисления элемента:
NaOH – гидроксид натрия, Ca(OH)2 -гидроксид кальция,
TlOH - гидроксид таллия (I), Fe(OH)3 –гидроксид железа (III).
Тривиальные названия некоторых гидроксидов, в основном используемые в технической литературе, приведены в приложении 2.
Следует отметить специфику названия водного раствора аммиака, частичная диссоциация которого приводит к образованию в растворе гидроксид-ионов и проявлению слабых основных свойств. Ранее полагали, что в водном растворе аммиак образует гидроксид аммония состава NH4OH. Однако в настоящее время установлено, что основной формой существования аммиака в водном растворе является его гидратированные молекулы, которые условно записывают в виде NH3H2O и называют гидрат аммиака. Подобно аммиаку, водные растворы гидразина N2H4 и гидроксиламина NH2OH также в основном содержат гидратированные молекулы, которые называют: N2H4H2O – гидрат гидразина и NH2OHH2O – гидрат гидроксиламина.
У пражнения:
Приведите систематические названия гидроксидов, классифицируйте их по кислотности и растворимости: LiOH, Sr(OH)2, Cu(OH)2, Cd(OH)2, Al(OH)3, Cr(OH)3. Приведите формулы соответствующих им оксидов.
Приведите молекулярные и графические формулы гидроксидов: гидроксид железа (III), гидроксид берилия, гидроксид лития, гидроксид хрома (III), гидроксид магния. Какие из данных гидроксидов будут взаимодействовать а) с гидроксидом калия, б) с оксидом бария, в) с соляной кислотой? Написать уравнения реакций.
Приведите реакции, демонстрирующие кислотно-основные свойства гидроксидов бария, цинка, калия и хрома (III), а также методы их получения.
Систематические названия кислотных гидроксидов (оксокислот) строятся по правилам номенклатуры для комплексных соединений, которые будут рассмотрены ниже. В тоже время, в отечественной практике широко используются традиционные названия распространенных оксокислот – угольная, серная, фосфорная и т.д. Их применение допустимо, но только для ограниченного круга действительно наиболее распространенных кислот, а в остальных случаях следует применять систематические названия.
Традиционное название оксокислоты состоит из двух слов: названия кислоты, выраженного прилагательным и группового слова кислота. Название кислоты образуется из русского названия кислотообразующего элемента (если в названии элемента есть окончание «й», «о», «а», то оно опускается) с добавлением, в зависимости от степени окисления элемента, различных окончаний (табл. 1.3, 1.4). По традиции H2CO3 называют угольной, а не углеродной кислотой.
В соответствии с менделеевским правилом «четности» для кислотообразующих p-элементов IV-VI группы наиболее характерны степени окисления соответствующие номеру группы N, а также N-2 и N-4.
Как видно из табл. 1.2, для высшей степени окисления элемента N название кислоты образуется добавлением к названию большинства элементов окончаний: -ная, -евая и –овая. Для мышьяка и сурьмы по правилам русского языка используются окончания -янная и –яная. Название кислот со степенью окисления элемента N-2 образуется в основном образуется с помощью окончания –истая (для серы, мышьяка и сурьмы: –нистая, -овистая и – янистая). Кислоты, образованные элементами с наиболее низкими степенями окисления N-4, имеют окончания –новатистая. Для фосфористой H2PHO3 и фосфорноватистой HPH2O2 кислот, характеризующихся специфическими строением в связи с наличием Р-Н связей, рекомендуется использовать специальные названия – фосфоновая и фосфиновая.
В некоторых случаях происходит образование двух форм кислот, в которых кислотообразующий элемент находится в одинаковой степени окисления. К названию кислоты с бóльшим количеством гидроксо-групп прибавляется приставка орто-, а к названию кислоты с мéньшим числом гидроксо-групп прибавляется приставка мета-.
Таблица 3. Традиционные названия оксокислот р-элементов III-VI группы.
N |
Эz+ |
Окончание |
Название кислоты |
|
Высшая степень окисления элемента N |
||||
III |
B3+ |
-ная |
H3BO3 ортоборная, HBO2 метаборная,H2B4O7 тетраборная |
|
Al3+ |
-евая |
H3AlO3 ортоалюминиевая, HАlO2 метаалюминевая |
||
IV |
C4+ |
-ная |
H2CO3 угольная |
|
Si4+ |
-евая |
H4SiO4 ортокремниевая, H2SiO3 метакремниевая |
||
Ge4+ |
-евая |
H4GeO4 ортогерманиевая, H2GeO3 метагерманиевая |
||
Sn4+ |
-янная |
H4SnO4 ортооловянная, H2SnO3 метаоловянная |
||
V |
N5+ |
-ная |
HNO3 азотная |
|
P5+ |
-ная |
H3PO4 ортофосфорная, HPO3 метафосфорная, H4P2O7 дифосфорная, H5P3O10 трифосфорная |
||
As5+ |
-овая |
H3AsO4 ортомышьяковая, HasO3 метамышьяковая |
||
Sb5+ |
-яная |
H3SbO4 ортосурьмяная, HSbO3 метасурьмяная |
||
VI |
S6+ |
-ная |
H2SO4 серная, H2S2O7 дисерная |
|
Se6+ |
-овая |
H2SeO4 селеновая |
||
Te6+ |
-овая |
H6TeO6 ортотеллуровая, H2TeO4 метателлуровая |
||
Степень окисления элемента N-2 |
||||
V |
N3+ |
-истая |
HNO2 азотистая |
|
P3+ |
-истая |
H2PHO3 фосфористая (фосфоновая) |
||
As3+ |
-овистая |
H3AsO3 ортомышьяковистая, HasO2 метамышьяковистая |
||
Sb3+ |
-янистая |
H3SbO3 ортосурьмянистая, HSbO2 метасурьмянистая |
||
VI |
S4+ |
-нистая |
H2SO3 сернистая |
|
Se4+ |
-истая |
H2SeO3 селенистая |
||
Te4+ |
-истая |
H2TeO3 теллуристая |
||
Степень окисления элемента N-4 |
||||
V |
N+ |
-новатистая |
H2N2O2 азотноватистая |
|
P+ |
-новатистая |
HPH2O2 фосфорноватистая (фосфиновая) |
Традиционные названия оксокислот галогенов (табл. 4) в высшей степени окисления N, также образуются добавлением к названию элемента окончания –ная. Однако, для оксокислот галогенов в степени окисления N-2 используются окончания –новатая, а окончание –истая применяется для названия кислот со степенью окисления галогенов N-4. Оксокислоты галогенов с наиболее низкими степенями окисления N-6 имеют окончания –новатистая.
Несмотря на то, что характерные степени окисления переходных d-элементов не подчиняются менделеевскому правилу «четности», высшая степень окисления d-металлов, образующих побочные подгруппы III-VII группы, также определяются номером группы N и традиционные названия их оксокислот образуются подобно р-элементам c помощью окончаний – овая, -евая: H4TiO4 титановая, H3VO4 ванадиевая, H2CrO4 хромовая, H2Cr2O7 дихромовая, HMnO4 марганцевая. Для оксокислот d-элементов в более низких степенях окисления металла рекомендуется использовать систематические названия, образованные по правилам для комплексных соединений.
Таблица 4. Традиционные названия оксокислот р-элементов VII группы.
N |
Эz+ |
Окончание |
Название кислоты |
Высшая степень окисления элемента N |
|||
VII |
Cl7+ |
-ная |
HClO4 хлорная |
Br7+ |
HBrO4 бромная |
||
I7+ |
H5IO6 ортоиодная, HIO4 метаиодная |
||
Степень окисления элемента N-2 |
|||
VII |
Cl5+ |
-новатая
|
HClO3 хлорноватая |
Br5+ |
HBrO3 бромноватая |
||
I5+ |
HIO3 иодноватая |
||
Степень окисления элемента N-4 |
|||
VII |
Cl3+ |
-истая |
HClO2 хлористая |
Br3+ |
HBrO2 бромистая |
||
I3+ |
HIO2 иодистая |
||
Степень окисления элемента N-6 |
|||
VII |
Cl+ |
-оватистая |
HClO хлорноватистая |
Br+ |
HBrO бромноватистая |
||
I+ |
HIO иодноватистая |
У пражнения:
Приведите традиционные названия и графические формулы следующих оксокислот: H2SO4, H2S2O7, HNO3, HNO2, H3PO4, HPO3, H4P2O7, H2PHO3, HPH2O2, HClO, HClO2, HClO3, HClO4, H5IO6, HMnO4, H2Cr2O7.
Приведите молекулярные и графические формулы следующих оксокислот: бромноватистая, иодная, селенистая, ортотеллуровая, метамышьяковая, дикремниевая, метаоловянная, фосфористая (фосфоновая), фосфорноватистая (фосфиновая), пентафосфорная, метаванадиевая.
Приведите реакции, демонстрирующие общие методы получения оксокислот. Приведите примеры оксидов элементов в промежуточных степенях окисления, которые при взаимодействии с водой образуют две кислоты.
Напишите реакции дегидратации следующих кислот: H3BO3, HMnO4, H2S2O7, HNO2, H3PO4, H2WO4, H3AsO3, H2CrO4. Приведите названия кислот и получающихся кислотных оксидов (ангидридов кислот).
Какие из перечисленных веществ будут взаимодействовать с соляной кислотой: Zn, CO, Mg(OH)2, CaCO3, Cu, N2O5, Al(OH)3, Na2SiO3, BaO? Напишите уравнения реакций.
Напишите реакции, демонстрирующие кислотный характер следующих оксидов, назовите соответствующие им кислоты: P4O10, SeO3, N2O3, NO2, SO2, As2O5.
Приведите реакции взаимного перехода между фосфорными кислотами: H3PO4HPO3, H3PO4H4P2O7, HPO3H3PO4, HPO3H4P2O7, H4P2O7HPO3, H4P2O7H3PO4.