Упражнения для самопроверки

1. Напишите эмпирические и графические формулы всех оксидов Ca, Si, Fe, Sb, S, Cr и Sn. Назовите оксиды и укажите, какие оксиды относятся к основным, кислотным и амфотерным.

2. Какие из перечисленных оксидов N₂O₃, NO₂, MgO, SO₂, P₂O₅, Bi₂O₃, CO₂, FeO способны к солеобразованию с основаниями? Напишите уравнения реакций их взаимодействия с гидроксидом кальция.

3. Напишите уравнения реакций солеобразования с серной кислотой и гидроксидом калия, характеризующие амфотерные свойства BeO, Al₂O₃, GeO, Cr₂O₃, GeO₂.

2.2.3 Пероксиды

Соединения, содержащие кислород в степени окисления (–1), называют пероксидами. В этой степени окисления два атома кислорода образуют пероксо-группу [–O–O–], где кислород двухвалентен. Формулу пероксида можно записать исходя из формулы оксида, произведя замену кислорода О^–2 на пероксо-группу О₂^2–.

Пример

Написать эмпирическую и графическую формулу пероксида калия.

Р е ш е н и е: В фомуле оксида натрия вместо атома кислорода подставляем пероксо-группу

Na₂O  Na₂O₂; Na–O–Na  Na–O–O–Na

Называют пероксиды по правилам номенклатуры бинарных соединений: Na₂O₂ – пероксид натрия, ВаО₂ – пероксид бария.

Пероксиды щелочных и щелочно-земельных металлов представляют собой твёрдые кристаллические вещества, реагирующие с водой с образованием пероксида водорода:

BaO₂ + 2H₂O  H₂O₂ + Ba(OH)₂

2.3 Гидроксиды

Гидроксиды – это вещества, которые можно рассматривать как продукты соединения оксидов с водой. Многие гидроксиды так и получают, например:

CaO + H₂O  Ca(OH)₂

P₂O₅ + 3H₂O  2H₃PO₄.

Однако большинство оксидов с водой не реагируют. Их гидроксиды получают косвенным путём, например в реакциях обмена:

FeCl₂ + 2NaOH  Fe(OH)₂ + 2NaCl

Na₂SnO₃ + 2HNO₃  H₂SnO₃ + 2NaNO₃.

Состав гидроксидов можно записать общей формулой – mЭ_хО_уnН₂О, где m и n – целые и дробные числа кратные ½.

Являясь производными оксидов, гидроксиды также подразделяются по характеру реакций солеобразования на три группы – основания, кислоты и амфотерные гидроксиды. Важно отметить, что характер гидроксида и соответствующего ему оксида совпадают.

Гидроксиды, вступающие в реакции солеобразования с кислотами и кислотными оксидами, называются основаниями:

Fe(OH)₂ + H₂SO₄  FeSO₄ + 2H₂O

2NaOH + SO₂  Na₂SO₃ + H₂O.

Эмпирические формулы оснований получаются добавлением справа от символа металла ОН-групп в количестве, равном степени окисления металла.

Примеры

К⁺ОН Fe⁺²(OH)₂ Bi⁺³(OH)₃

При изображении графических формул оснований следует учитывать, что ОН-группы соединяются с атомом металла через кислород.

Примеры

AgOH  Ag–O–H Cu(OH)₂  H–O–Cu–O–H

Номенклатура оснований проста и подобна номенклатуре бинарных соединений с той разницей, что электроотрицательной частицей является не атом, а сложный ион ОН^–, который в этом случае имеет название гидроксид.

Примеры

КОН – гидроксид калия CuOH – гидроксид меди(+1)

Cu(OH)₂ – гидроксид меди(+2) Bi(OH)₃ – гидроксид висмута(+3)

Mg(OH)₂ – гидроксид магния La(OH)₃ – гидроксид лантана

Гидроксиды, вступающие в реакции солеобразования с основаниями и основными оксидами, относят к кислотам. Эту группу гидроксидов правильнее называть оксокислотами:

HNO₃ + NaOH  NaNO₃ + H₂O

H₂SO₄ + MgO  Mg(OH)₂ + H₂O.

Написание эмпирических формул оксокислот вызывает определённые сложности. Причина в том, что многие из них имеют несколько гидратных форм отличающихся соотношением n и m (mЭ_хО_уnН₂О), т.е. формальным содержанием воды. Различают мономерные формы – мета- и орто-, димерные и полимерные формы кислот.

Метаформа кислоты содержит минимальное число ОН-групп – одну или две. Формулу метаформы кислоты можно получить по алгоритму:

формула оксида + формула воды.

Примеры

а) Формулу метаформы кислоты кремния(+4) получаем сложив формулу оксида в формулой воды:

SiO₂ + H₂O = H₂SiO₃.

б) Метаформу кислоты фосфора(+5) получаем следующим образом:

Р₂О₅ + Н₂О = Н₂Р₂О₆,

В получившейся формуле численные индексы нужно сократить в два раза:

Н₂Р₂О₆  2 = НРО₃.

Ортоформа кислоты содержит ОН-групп больше, чем метаформа. Её формулу можно вывести по алгоритму:

формула метаформы кислоты + формула воды.

Примеры

а) Формулу ортоформы кислоты кремния(+4) получаем сложив формулы метаформы кислоты и воды:

H₂SiO₃ + H₂O = H₄SiO₄.

б) Аналогично выводим формулу ортоформы кислоты фосфора(+5):

HPO₃ + H₂O = H₃PO₄.

В димерной форме кислоты (диформа) содержится два атома кислотообразующего элемента. Обычно димерные кислоты получаются в реакциях поликонденсации мономеров с отщеплением воды. Эту реакцию можно использовать в качестве алгоритма вывода формул дикислот. Для этого из удвоенной формулы мономера, содержащего 2 или 3 атома водорода, вычитают формулу воды.

Примеры

а) Формулу димерной кислоты кремния(+4) выводим исходя из метаформы:

2H₂SiO₃ – H₂O = H₂Si₂O₅.

б) Формулу димерной кислоты фосфора(+5) нужно выводить из ортоформы кислоты, так как её метаформа (HPO₃) содержит только один атом водорода:

2Н₃РО₄ – Н₂О = Н₄Р₂О₇.

Изображение графических формул кислот следует начинать с атома кислотообразующего элемента, вокруг которого располагают атомы кислорода. Затем атомы кислорода соединяют с атомом элемента одинарными связями. Если валентность центрального атома больше числа атомов кислорода, то часть атомов кислорода соединяют с центральным атомом двойными связями. К другим атомам кислорода присоединяют одинарными связями атомы водорода.

Примеры

Ортофосфорная кислота Ортокремневая кислота

H₃PO₄ H₄SiO₄

В графических формулах дикислот два атома кислотообразующего элемента соединяют кислородным мостиком, а оставшиеся атомы кислорода распределяют поровну между атомами кислотообразующего элемента. Далее поступают так же, как и в случае мономеров.

Примеры

Дикремневая кислота Дифосфорная кислота

H₂Si₂O₅ H₄P₂O₇

Номенклатура оксокислот. К кислотам применяется традиционная номенклатура, правила которой максимально адаптированы к русскому языку:

1. В названии кислоты используется русское название кислотообразующего элемента.

2. Названия кислот с максимальной степенью окисления кислотообразующего элемента имеют окончания «-ная», «-овая» или «-евая».

Примеры

H₂C⁺⁴O₃ – угольная кислота, H₂Cr⁺⁶O₄ – хромовая кислота, H₄Si⁺⁴O₄ – ортокремневая кислота.

3. Если кислотообразующий элемент имеет промежуточную степень окисления, то в название добавляется суффикс «-ист-».

Примеры

HN⁺³O₂ – азотистая кислота, H₂S⁺⁴O₃ – сернистая кислота.

4. Если у кислотообразующего элемента несколько промежуточных степеней окисления, то для обозначения низшей степени окисления и степени окисления ближайшей к высшей в название кислоты добавляется суффикс «-оват-».

Пример

В случае оксокислот хлора это правило выполняется в полном объёме:

HCl⁺⁷O₄ – хлорная кислота,

HCl⁺⁵O₃ – хлорноватая кислота,

HCl⁺³O₂ – хлористая кислота,

HCl⁺¹O – хлорноватистая кислота.

5. Гидратные формы кислот указываются приставками «мета», «орто», «ди» и др.

Примеры

HPO₃ – метафосфорная кислота,

H₃PO₄ – ортофосфорная кислота,

Н₄Р₂О₇ – дифосфорная кислота,

Н₅Р₃О₁₀ – трифосфорная кислота.

Следует отметить, что у ряда элементов – С, N, Cl, Br, I – не

существуют димерные формы кислот. У элементов C, N, S, Se, Cl, Br не существует ортоформ кислот, поэтому в названиях метаформ кислот приставка «мета» обычно опускается.

Кислотно-основные свойства гидроксидов определяются свойствами ОН-группы. У оснований легко отщепляется ОН-группа с образованием иона металла и гидроксид-иона – ОН^–. В кислотах, напротив, от ОН-группы легко отщепляется водород с образованием иона кислотного остатка и иона водорода – Н⁺. Эти свойства гидроксидов определяют протекание реакций нейтрализации:

Основание + Кислота = Вода + Соль

Fe(OH)₂ + H₂SO₄ = 2H₂O + FeSO₄

По числу замещаемых ОН-групп основания делятся на однокислотные, двухкислотные, трёхкислотными и т.д.. По числу замещаемых ионов водорода кислоты подразделяются на одноóсновные, двухóсновные, трёхóсновные и т.д..

В ряде гидроксидов в равной степени могут отщепляться и ионы Н⁺ и ионы ОН^–, т.е. гидроксиды могут проявлять свойства кислот и оснований.

Гидроксиды проявляющие свойства кислот и оснований называются амфотерными гидроксидами.

Типичным амфотерным гидроксидом является гидроксид цинка:

Zn(OH)₂ + 2HNO₃  2H₂O + Zn(NO₃)₂

H₂ZnO₂ + 2NaOH  2H₂O + Na₂ZnO₂.

Из приведённого примера видно, что эмпирические формулы амфотерных гидроксидов можно записывать как формулы оснований, так и кислот. Такой подход допускается и в названиях амфотерных гидроксидов.

Примеры

Zn(OH)₂ – гидроксид цинка или H₂ZnO₂ – цинковая кислота

Sb(OH)₃ – гидроксид сурьмы(+3) или H₃SbO₃ – ортосурьмянистая кислота