Химические свойства оксидов

ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ И СОСТАВЛЕНИЕ

ХИМИЧЕСКИХ ФОРМУЛ

Состав химических соединений выражают химическими формулами, при составлении которых используется характеристика состояния элемента в соединении – степень окисления (с. о.).

Степень окисления – условный заряд атома в химическом соединении.

Степень окисления при необходимости указывают над символом элемента в формуле или римской цифрой в названии вещества.

Для расчета степеней окисления элементов используют следующие правила:

v степень окисления элемента в простом веществе равна нулю ;

v степень окисления кислорода в большинстве сложных веществ равна -2 ;

v степень окисления водорода и щелочных металлов в большинстве сложных веществ равна +1 ;

v алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в молекуле равна нулю, в ионе – его заряду.

Пример. Рассчитайте степени окисления элементов в соединениях: а) NH3; б) P2O5; в) NH4NO3.

Решение

а) С. о. водорода равна +1. С. о. азота рассчитываем, приравнивая алгебраическую сумму с. о. атомов, образующих данную молекулу, нулю. Сумма с.о. атома азота (x) и трех атомов водорода 3(+1)

x + 3(+1) = 0, откуда x = -3. .

б) С.о. кислорода равна -2. Аналогично предыдущему составляем выражение алгебраической суммы с.о. двух атомов фосфора (2х) и пяти атомов кислорода:

2х + 5(-2) = 0, откуда х = +5. .

в) Большинство элементов в соединениях проявляют несколько различных степеней окисления. Рассчитать степени окисления атомов азота в соединении NH4NO3 можно, разделив эту соль на ионы NH4+ и NO3-. Далее для каждого иона составляем выражение суммы степеней окисления, включая неизвестную степень окисления атома азота х, и приравниваем его заряду иона.

Для иона NH4+:

х + 4 (+1) = +1, х = -3;

для иона NO3-:

х + 3(-2) = -1, х = +5.

Формула нитрата аммония с указанием с. о. азота: .

КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Химические вещества могут быть простыми и сложными. Среди простых веществ выделяют металлы и неметаллы (см. далее). Граница между металлами и неметаллами размыта, выделенные элементы проявляют двойственность свойств.

(H) Металлы Неметаллы H He
Li Be   B C N O F Ne
Na Mg   Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La* Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac** Ku                            

La* – первый элемент семейства лантаноидов (14 лантаноидов),

Ас** – первый элемент семейства актиноидов (14 актиноидов).

Сложные неорганические соединения делят на три основных класса – оксиды, гидроксиды и соли.

Оксиды

Оксиды – соединения элементов с кислородом.

Если элементы проявляют переменную с.о., то образуют оксиды различного состава, что учитывают в названии оксида указанием с.о. элемента. Если элемент образует один оксид, то в названии оксида с.о. не указывают.

Например, Al2O3 – оксид алюминия (алюминий проявляет единственную с. о., равную +3); N2O3 – оксид азота (III) (азот проявляет различные с. о., в данном оксиде с. о. азота равна +3).

Оксиды делят на несолеобразующие и солеобразующие.

Несолеобразующиеоксиды весьма немногочисленны – например, CO, NO, N2O.

Солеобразующие оксиды по химическим свойствам делят на три группы – основные, кислотные и амфотерные.

Основные оксиды образуют только типичные металлы в степени окисления +1, +2 (не всегда).

Кислотные оксидыобразуют неметаллы, а также металлы в высоких степенях окисления (+6, +7). Оксиды неметаллов ‑ SO2,P2O5, оксиды металлов – , .

Амфотерные оксидыобразуют металлы в степени окисления +3, +4, +5, иногда +2. Амфотерные оксиды некоторых металлов в степени окисления +2 –ZnO, PbO, SnO, BeOследует запомнить.Амфотерные оксиды сочетают свойства основных и кислотных оксидов.

Химические свойства оксидов

v Отношение к воде

Из основных оксидов с водой реагируют только оксиды щелочных (IА подгруппа) и щелочноземельных (IIА подгруппа, кроме Be и Mg) металлов, в результате образуются растворимые основные гидроксиды

BaO + H2O = Ba(OH)2.

Большинство кислотных оксидов реагируют с водой, в результате образуются растворимые кислотные гидроксиды (кислоты)

SO3 + H2O = H2SO4.

Некоторые кислотные оксиды, в том числе SiO2, с водой не реагируют.

Амфотерные оксиды с водой не реагируют.


v Кислотно-основные взаимодействия

Оксиды вступают в кислотно-основные взаимодействия, в результате которых образуются соли. Реагируют только вещества, одно из которых проявляет кислотные свойства, а другое ‑ основные

MgO + SiO2 = MgSiO3,

основной кислотный соль

оксид оксид

BaO + Al2O3 = Ba(AlO2)2,

основной амфотерный соль

оксид оксид

BaO + 2HNO3 = Ba(NO3)2 + H2O,

основной кислота соль

оксид

N2O5 + PbO = Pb(NO3)2,

кислотный амфотерный соль

оксид оксид

P2O5 + 6NaOH = 2Na3PO4 + 3H2O,

кислотный основание соль

оксид

ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O,

амфотерный кислота соль

оксид

ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2O.

амфотерный основание соль

оксид (щелочь)

Амфотерные оксиды в реакциях с кислотами и кислотными оксидами проявляют основные свойства, в реакциях со щелочами и основными оксидами – кислотные свойства.

Гидроксиды

Гидроксиды – соединения, в состав которых входят элемент (Э), кроме фтора и кислорода, и гидроксогруппа OH.

Общая формула гидроксидов – Э(OH)n, где n равно степени окисления элементаи принимает значения 1÷6. При n > 2 гидроксиды могут существовать в разных гидратных орто- и мета- формах. Переход орто-формы в мета-форму можно представить как потерю (вычитание) одной или двух молекул воды, например:

Э(ОН)3 ® ЭOOH + H2O

орто- мета-

форма форма

Метаформы гидроксидов содержат в своем составе, кроме гидроксогрупп, атомы кислорода.

Гидроксиды делят на три группы – основные (основания), кислотные (кислородсодержащие кислоты) и амфотерные.

Каждому солеобразующему оксиду соответствует гидроксид, причем в паре оксид - соответствующий гидроксид одинаковы кислотно-основной характер соединений и их отношение к воде.

Na2O – основной оксид, реагирует с водой,

NaOH – основание, растворимое в воде.

SiO2 – кислотный оксид, нерастворимый в воде,

H2SiO3 – кислота, в воде не растворяется.

SnO – амфотерный оксид, нерастворимый в воде,

Sn(OH)2 – амфотерный гидроксид, нерастворимый в воде.

Основания. Основания– гидроксиды, которые в водных растворах диссоциируют (распадаются) с образованием гидроксид-ионов (OH-).

Основания образуют элементы, соответствующие оксиды которых имеют основной характер. Название оснований составляют из слова ‘‘гидроксид’’ и названия элемента с указанием степени окисления, если степень окисления переменна, например: Ca(OH)2 – гидроксид кальция, Fe(OH)3 – гидроксид железа (III).

По растворимости в воде основания делят на две группы – растворимые (щелочи) и нерастворимые. Растворимые основания образуют щелочные и щелочноземельные металлы (прил. 3).

Кислоты. Кислоты – соединения, которые в водных растворах диссоциируют с образованием ионов водорода (H+). В формулах кислот атомы водорода ставят на первое место: НnЭOm.

Кислоты имеют традиционные названия, которые производят от русского названия центрального атома с прибавлением различных суффиксов и окончаний, которые определяются степенью окисления центрального атома:

H2SO4 – серная кислота;

H2SO3– сернистая кислота;

HClO4 – хлорная кислота;

HClO – хлорноватистая кислота.

В класс гидроксидов не входят бескислородные кислоты (H2S, HF, HCl, HBr, HI), их называют соответственно сероводородной, фтороводородной, хлороводородной (соляной), бромоводородной, йодоводородной кислотами.

Амфотерные гидроксиды.Амфотерные гидроксиды обладают свойствами оснований и кислот. Формулы и названия амфотерных гидроксидов принято составлять аналогично формулам оснований, однако для удобства им можно придать и форму кислот:

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

Амфотерные гидроксиды нерастворимы в воде.