Кислота оксид металла реакция

Обновлено: 11.05.2024

IIA группа содержит только металлы – Be (бериллий), Mg (магний), Ca (кальций), Sr (стронций), Ba (барий) и Ra (радий). Химические свойства первого представителя этой группы — бериллия — наиболее сильно отличаются от химических свойств остальных элементов данной группы. Его химические свойства во многом даже более схожи с алюминием, чем с остальными металлами IIA группы (так называемое «диагональное сходство»). Магний же по химическим свойствами тоже заметно отличается от Ca, Sr, Ba и Ra, но все же имеет с ними намного больше сходных химических свойств, чем с бериллием. В связи со значительным сходством химических свойств кальция, стронция, бария и радия их объединяют в одно семейство, называемое щелочноземельными металлами.

Все элементы IIA группы относятся к s-элементам, т.е. содержат все свои валентные электроны на s-подуровне. Таким образом, электронная конфигурация внешнего электронного слоя всех химических элементов данной группы имеет вид ns 2 , где n – номер периода, в котором находится элемент.

Вследствие особенностей электронного строения металлов IIA группы, данные элементы, помимо нуля, способны иметь только одну единственную степень окисления, равную +2. Простые вещества, образованные элементами IIA группы, при участии в любых химических реакциях способны только окисляться, т.е. отдавать электроны:

Ме 0 – 2e — → Ме +2

Кальций, стронций, барий и радий обладают крайне высокой химической активностью. Простые вещества, образованные ими, являются очень сильными восстановителями. Также сильным восстановителем является магний. Восстановительная активность металлов подчиняется общим закономерностям периодического закона Д.И. Менделеева и увеличивается вниз по подгруппе.

Взаимодействие с простыми веществами

с кислородом

Без нагревания бериллий и магний не реагируют ни с кислородом воздуха, ни с чистым кислородом ввиду того, что покрыты тонкими защитными пленками, состоящими соответственно из оксидов BeO и MgO. Их хранение не требует каких-либо особых способов защиты от воздуха и влаги, в отличие от щелочноземельных металлов, которые хранят под слоем инертной по отношению к ним жидкости, чаще всего керосина.

Be, Mg, Ca, Sr при горении в кислороде образуют оксиды состава MeO, а Ba – смесь оксида бария (BaO) и пероксида бария (BaO₂):

Следует отметить, что при горении щелочноземельных металлов и магния на воздухе побочно протекает также реакция этих металлов с азотом воздуха, в результате которой, помимо соединений металлов с кислородом, образуются также нитриды c общей формулой Me₃N₂.

с галогенами

Бериллий реагирует с галогенами только при высоких температурах, а остальные металлы IIA группы — уже при комнатной температуре:

с неметаллами IV–VI групп

Все металлы IIA группы реагируют при нагревании со всеми неметаллами IV–VI групп, но в зависимости от положения металла в группе, а также активности неметаллов требуется различная степень нагрева. Поскольку бериллий является среди всех металлов IIA группы наиболее химически инертным, при проведении его реакций с неметаллами требуется существенно большая температура.

Следует отметить, что при реакции металлов с углеродом могут образовываться карбиды разной природы. Различают карбиды, относящиеся к метанидам и условно считающимися производными метана, в котором все атомы водорода замещены на металл. Они так же, как и метан, содержат углерод в степени окисления -4, и при их гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями одним из продуктов является метан. Также существует другой тип карбидов – ацетилениды, которые содержат ион C₂ 2- , фактически являющийся фрагментом молекулы ацетилена. Карбиды типа ацетиленидов при гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями образуют ацетилен как один из продуктов реакции. То, какой тип карбида – метанид или ацетиленид — получится при взаимодействии того или иного металла с углеродом, зависит от размера катиона металла. С ионами металлов, обладающих малым значением радиуса, образуются, как правило, метаниды, с ионами более крупного размера – ацетилениды. В случае металлов второй группы метанид получается при взаимодействии бериллия с углеродом:

Остальные металлы II А группы образуют с углеродом ацетилениды:

С кремнием металлы IIA группы образуют силициды — соединения вида Me₂Si, с азотом – нитриды (Me₃N₂), фосфором – фосфиды (Me₃P₂):

с водородом

Все щелочноземельные металлы реагируют при нагревании с водородом. Для того чтобы магний прореагировал с водородом, одного нагрева, как в случае со щелочноземельными металлами, недостаточно, требуется, помимо высокой температуры, также и повышенное давление водорода. Бериллий не реагирует с водородом ни при каких условиях.

Взаимодействие со сложными веществами

с водой

Все щелочноземельные металлы активно реагируют с водой с образованием щелочей (растворимых гидроксидов металлов) и водорода. Магний реагирует с водой лишь при кипячении вследствие того, что при нагревании в воде растворяется защитная оксидная пленка MgO. В случае бериллия защитная оксидная пленка очень стойкая: с ним вода не реагирует ни при кипячении, ни даже при температуре красного каления:

c кислотами-неокислителями

Все металлы главной подгруппы II группы реагируют с кислотами-неокислителями, поскольку находятся в ряду активности левее водорода. При этом образуются соль соответствующей кислоты и водород. Примеры реакций:

c кислотами-окислителями

− разбавленной азотной кислотой

С разбавленной азотной кислотой реагируют все металлы IIA группы. При этом продуктами восстановления вместо водорода (как в случае кислот-неокислителей) являются оксиды азота, преимущественно оксид азота (I) (N₂O), а в случае сильно разбавленной азотной кислоты – нитрат аммония (NH₄NO₃):

− концентрированной азотной кислотой

Концентрированная азотная кислота при обычной (или низкой) температуре пассивирует бериллий, т.е. в реакцию с ним не вступает. При кипячении реакция возможна и протекает преимущественно в соответствии с уравнением:

Магний и щелочноземельные металлы реагируют с концентрированной азотной кислотой с образованием большого спектра различных продуктов восстановления азота.

− концентрированной серной кислотой

Бериллий пассивируется концентрированной серной кислотой, т.е. не реагирует с ней в обычных условиях, однако реакция протекает при кипячении и приводит к образованию сульфата бериллия, диоксида серы и воды:

Барий также пассивируется концентрированной серной кислотой вследствие образования нерастворимого сульфата бария, но реагирует с ней при нагревании, сульфат бария растворяется при нагревании в концентрированной серной кислоте благодаря его превращению в гидросульфат бария.

Остальные металлы главной IIA группы реагируют с концентрированной серной кислотой при любых условиях, в том числе на холоду. Восстановление серы происходит преимущественно до сероводорода:

с щелочами

Магний и щелочноземельные металлы со щелочами не взаимодействуют, а бериллий легко реагирует как растворами щелочей, так и с безводными щелочами при сплавлении. При этом при осуществлении реакции в водном растворе в реакции участвует также и вода, а продуктами являются тетрагидроксобериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и газообразный водород:

При осуществлении реакции с твердой щелочью при сплавлении образуются бериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и водород

с оксидами

Щелочноземельные металлы, а также магний могут восстанавливать менее активные металлы и некоторые неметаллы из их оксидов при нагревании, например:

Метод восстановления металлов из их оксидов магнием называют магниетермией.

Взаимодействие кислот с оксидами металлов

Беседа. Демонстрация опыта: взаимодействие серной кислоты с оксидом меди(II) . Лабораторные опыты. Взаимодействие соляной кислоты с оксидом магния. Демонстрация опыта. Пропускание оксида углерода (IV) через раствор серной кислоты. Обобщение и наблюдение.

Какие известные вам кислоты?
Сравните свойства серной и соляной кислот.
Какое правило нужно соблюдать при использовании серной кислоты в воде?
Назовите общие свойства кислот. Ответ поясните примерами.
Перед вами две кислоты:
а) обратите внимание на их признаки;
б) по этим признакам назовите каждую;
в) запишите их формулы.
Приводятся формулы различных веществ:
а) выпишите из них формулы кислот и назовите их.
б) подчеркните формулы бескислородных кислот: Cu (OH)₂‚ HCl‚ CO₂‚ P₂O₅‚ H₃PO₄‚ KOH‚ H₂SO₄‚H₂S‚ Al₂O₃‚ H₂SO₃‚ CuSO₄‚ HNO₃.
в) определите валентность кислотных остатков.
Пойдут ли реакции:
а) между медью и соляной кислотой;
б) между цинком и соляной кислотой;
в) между железом и разбавленной серной кислотой?
Какой этот тип химической реакции?
Какие известны еще типы химических реакции? Приведите примеры.

Урок начинается с постановки «проблем».

Взаимодействуют ли кислоты с оксидами металлов, неметаллов?
Как получить соль металла, не вытесняющего водород из кислоты? Объяснить на примере получения сульфата меди (II).

Решаем первый вопрос: будут ли реагировать кислоты с оксидами металлов? Демонстрация опыта. Взаимодействие оксида меди с серной кислотой.

Показать оксид меди, серную кислоту и предложить учащимся описать их свойства. Затем учитель наливает в стакан объемом 150-200мл. 20-25мл. серной кислоты(1:5), высыпает ложку оксида меди (II), перемешивает. Происходят ли какие изменения? Заметных изменений нет. Нагреваем. Что наблюдаем?

Раствор становится голубым, черный порошок на дне стакана растворился. Добавляем еще немного оксида и перемешиваем до полного его растворения. Добавление оксида меди прекращаем до того, когда новая порция не остается на дне стакана не растворившейся. И только тогда приливаем немного воды.

Что представляет собой раствор голубого цвета? Как выделить образовавшееся вещество из раствора?

Показать фильтрование горячего раствора:
а) приготовление фильтра.
б) правила фильтрования.
Выпаривание филтрата в фарфоровой чашке.

Обратить внимание на некоторые трудности выпаривания – соль разлетается, чтобы этого избежать, нужно особенно подчеркивать, что раствор надо перемешивать и выпаривать только до появления первых кристаллов, а не досуха.

На доске записываем уравнение реакции:

CuO+H₂SO₄= CuSO₄ + H₂O

Можно ли отнести эту реакцию к одному из известных вам типов?

Атомы меди и водорода поменялись местами. Это реакция обмена. Реакцией обмена называются реакции между двумя сложными веществами, при которых они обмениваются своими составными частями.

Вывод учащихся: при взаимодействии серной кислоты с оксидом меди, получается соль и вода.

Уроки по неорганической химии для подготовки к ЕГЭ

MgO + H2O → Реакция не идет, ак как Mg(OH)2 нерастворим*
FeO + H2O → Реакция не идет, так как Fe(OH)2 нерастворим
CrO + H2O → Реакция не идет, так как Cr(OH)2 нерастворим
CuO + H2O → Реакция не идет, так как Cu(OH)2 нерастворим

Все реакции идут за исключением SiO2 (кварц, песок):
SO3 + H2O → H2SO4
N2O5 + H2O → 2HNO3
P2O5 + 3H2O → 2H3PO4 и т.д.

SiO2 + H2O → реакция не идет

* Источник: [2] "Я сдам ЕГЭ. Курс самоподготовки", стр. 143.

Взаимодействие оксидов друг с другом

1. Оксиды одного типа друг с другом не взаимодействуют:

Na2O + CaO → реакция не идет
CO2 + SO3 → реакция не идет

2. Как правило, оксиды разных типов взаимодействуют друг с другом (исключения: CO2, SO2, о них подробнее ниже):

Na2O + SO3 → Na2SO4
CaO + CO2 → CaCO3
Na2O + ZnO → Na2ZnO2

Взаимодействие оксидов с кислотами

1. Как правило, основные и амфотерные оксиды взаимодействуют с кислотами:

Na2O + HNO3 → NaNO3 + H2O
ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O
Al2O3 + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2O

Исключением является очень слабая нерастворимая (мета)кремниевая кислота H2SiO3. Она реагирует только с щелочами и оксидами щелочных и щелочноземельных металлов.
CuO + H2SiO3 → реакция не идет.

2. Кислотные оксиды не вступают в реакции ионного обмена с кислотами, но возможны некоторые окислительно-восстановительные реакции:

SO2 + 2H2S → 3S + 2H2O
SO3 + H2S → SO2 + H2O

SiO2 + 4HF(нед.) → SiF4 + 2H2O

С кислотами-окислителями (только если оксид можно окислить):
SO2 + HNO3 + H2O → H2SO4 + NO

Взаимодействие оксидов с основаниями

1. Основные оксиды с щелочами и нерастворимыми основаниями НЕ взаимодействуют.

2. Кислотные оксиды взаимодействуют с основаниями с образованием солей:

SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 +H2O
CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O
CO2 + NaOH → NaHCO3 (если CO2 в избытке)

3. Амфотерные оксиды взаимодействуют с щелочами (т.е. только с растворимыми основаниями) с образованием солей или комплексных соединений:

а) Реакциях с растворами щелочей:

ZnO + 2NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4] (тетрагидроксоцинкат натрия)
BeO + 2NaOH + H2O → Na2[Be(OH)4] (тетрагидроксобериллат натрия)
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4] (тетрагидроксоалюминат натрия)

б) Сплавление с твердыми щелочами:

ZnO + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2O (цинкат натрия)
(кислота: H2ZnO2)
BeO + 2NaOH → Na2BeO2 + H2O (бериллат натрия)
(кислота: H2BeO2)
Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O (алюминат натрия)
(кислота: HAlO2)

Взаимодействие оксидов с солями

1. Кислотные и амфотерные оксиды взаимодействуют с солями при условии выделения более летучего оксида, например, с карбонатами или сульфитами все реакции протекают при нагревании:

SiO2 + CaCO3 → CaSiO3 + CO2
P2O5 + 3CaCO3 → Ca3(PO4)2 + 3CO2
Al2O3 + Na2CO3 → 2NaAlO2 + CO2
Cr2O3 + Na2CO3 → 2NaCrO2 + CO2
ZnO + 2KHCO3 → K2ZnO2 + 2CO2 + H2O

SiO2 + K2SO3 → K2SiO3 + SO2
ZnO + Na2SO3 → Na2ZnO2 + SO2

Если оба оксида являются газообразными, то выделяется тот, который соответствует более слабой кислоте:
K2CO3 + SO2 → K2SO3 + CO2 (H2CO3 слабее и менее устойчива, чем H2SO3)

2. Растворенный в воде CO2 растворяет нерастворимые в воде карбонаты (с образованием растворимых в воде гидрокарбонатов):
CO2 + H2O + CaCO3 → Ca(HCO3)2
CO2 + H2O + MgCO3 → Mg(HCO3)2

В тестовых заданиях такие реакции могут быть записаны как:
MgCO3 + CO2 (р-р), т.е. используется раствор с углекислым газом и, следовательно, в реакцию необходимо добавить воду.

Это один из способов получения кислых солей.

Восстановление слабых металлов и металлов средней активности из их оксидов возможно с помощью водорода, углерода, угарного газа или более активного металла (все реакции проводятся при нагревании):

1. Реакции с CO, C и H2:

CuO + C → Cu + CO
CuO + CO → Cu + CO2
CuO + H2 → Cu + H2O

ZnO + C → Zn + CO
ZnO + CO → Zn + CO2
ZnO + H2 → Zn + H2O

PbO + C → Pb + CO
PbO + CО → Pb + CO2
PbO + H2 → Pb + H2O

FeO + C → Fe + CO
FeO + CО → Fe + CO2
FeO + H2 → Fe + H2O

Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO
Fe2O3 + 3CО → 2Fe + 3CO2
Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O

WO3 + 3H2 → W + 3H2O

2. Восстановление активных металлов (до Al включительно) приводит к образованию карбидов, а не свободного металла:

CaO + 3C → CaC2 + 3CO
2Al2O3 + 9C → Al4C3 + 6CO

3. Восстановление более активным металлом:

3FeO + 2Al → 3Fe + Al2O3
Cr2O3 + 2Al → 2Cr + Al2O3.

4. Некоторые оксиды неметаллов также возможно восстановить до свободного неметалла:

2P2O5 + 5C → 4P + 5CO2
SO2 + C → S + CO2
2NO + C → N2 + CO2
2N2O + C → 2N2 + CO2
SiO2 + 2C → Si + 2CO

Только оксиды азота и углерода реагируют с водородом:

2NO + 2H2 → N2 + 2H2O
N2O + H2 → N2 + H2O

SiO2 + H2 → реакция не идет.

В случае углерода восстановления до простого вещества не происходит:
CO + 2H2 CH3OH (t, p, kt)

Особенности свойств оксидов CO2 и SO2

1. Не реагируют с амфотерными гидроксидами:

CO2 + Al(OH)3 → реакция не идет

2. Реагируют с углеродом:

CO2 + C → 2CO
SO2 + C → S + CO2

3. С сильными восстановителями SO2 проявляет свойства окислителя:

SO2 + 2H2S → 3S + 2H2O
SO2 + 4HI → S + 2I2 + 2H2O
SO2 + 2C → S + CO2
SO2 + 2CO → S + 2CO2 (Al2O3, 500°C)

4. Сильные окислители окисляют SO2:

SO2 + Cl2 SO2Cl2
SO2 + Br2 SO2Br2
SO2 + NO2 → SO3 + NO
SO2 + H2O2 → H2SO4

5SO2 + 2KMnO4 +2H2O → 2MnSO4 + K2SO4 + 2H2SO4
SO2 + 2KMnO4 + 4KOH → 2K2MnO4 +K2SO4 + 2H2O

SO2 + HNO3 + H2O → H2SO4 + NO

6. Оксид углерода (IV) CO2 проявляет менее выраженные окислительные свойства, реагируя только с активными металлами, например:

CO2 + 2Mg → 2MgO + C (t)

Особенности свойств оксидов азота (N2O5, NO2, NO, N2O)

1. Необходимо помнить, что все оксиды азота являются сильными окислителями. Совсем необязательно помнить какие продукты образуются в подобных реакциях, так как подобные вопросы возникают только в тестах. Нужно лишь знать основные восстановители, такие как C, CO, H2, HI и йодиды, H2S и сульфиды, металлы (и т.д.) и знать, что оксиды азота их с большой вероятностью окислят.

2NO2 + 4CO → N2 + 4CO2
2NO2 + 2S → N2 + 2SO2
2NO2 + 4Cu → N2 + 4CuO

N2O5 + 5Cu → N2 + 5CuO
2N2O5 + 2KI → I2 + 2NO2 + 2KNO3
N2O5 + H2S → 2NO2 + S + H2O

2NO + 2H2 → N2 + 2H2O
2NO + C → N2 + CO2
2NO + Cu → N2 + 2Cu2O
2NO + Zn → N2 + ZnO
2NO + 2H2S → N2 + 2S + 2H2O

N2O + H2 → N2 + H2O
2N2O + C → 2N2 + CO2
N2O + Mg → N2 + MgO

2. Могут окисляться сильными окислителями (кроме N2O5, так как степень окисления уже максимальная):
2NO + 3KClO + 2KOH → 2KNO3 + 3KCl + H2O
8NO + 3HClO4 + 4H2O → 8HNO3 + 3HCl
14NO + 6HBrO4 + 4H2O → 14HNO3 + 3Br2
NO + KMnO4 + H2SO4 → HNO3 + K2SO4 + MnSO4 + H2O
5N2O + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 10NO + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O.

3. Несолеобразующие оксиды N2O и NO не реагируют ни с водой, ни с щелочами, ни с обычными кислотами (кислотами-неокислителями).

Химические свойства CO как сильного восстановителя

1. Реагирует с некоторыми неметаллами:

2CO + O2 → 2CO2
CO + 2H2 CH3OH (t, p, kt)
CO + Cl2 COCl2 (фосген)

2. Реагирует с некоторыми сложными соединениями:

CO + KOH → HCOOK
CO + Na2O2 → Na2CO3
CO + Mg → MgO + C (t)

3. Восстанавливает некоторые металлы (средней и малой активности) и неметаллы из их оксидов:

CO + CuO → Cu + CO2
3CO + Fe2O3 → 2Fe + 3CO2
3CO + Cr2O3 → 2Cr + 3CO2

2CO + SO2 → S + 2CO2 (Al2O3, 500°C)
5CO + I2O5 → I2 + 5CO2
4CO + 2NO2 → N2 + 4CO2

3. С обычными кислотами и водой CO (также как и другие несолеобразующие оксиды) не реагирует.

Химические свойства SiO2

1. Взаимодействует с активными металлами:

SiO2 + 2Mg → 2MgO + Si
SiO2 + 2Ca → 2CaO + Si
SiO2 + 2Ba → 2BaO + Si

2. Взаимодействует с углеродом:

SiO2 + 2C → Si + 2CO
(Согласно пособию "Курс самоподготовки" Каверина, SiO2 + CO → реакция не идет)

3 С водородом SiO2 не взаимодействует.

4. Реакции с растворами или расплавами щелочей, с оксидами и карбонатами активных металлов:

SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 +H2O
SiO2 + CaO → CaSiO3
SiO2 + BaO → BaSiO3
SiO2 + Na2CO3 → Na2SiO3 + CO2
SiO2 + CaCO3 → CaSiO3 + CO2

SiO2 + Cu(OH)2 → реакция не идет (из оснований оксид кремния реагирует только с щелочами).

5. Из кислот SiO2 взаимодействует только с плавиковой кислотой:

SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O.

Свойства оксида P2O5 как сильного водоотнимающего средства

HCOOH + P2O5 → CO + H3PO4
2HNO3 + P2O5 → N2O5 + 2HPO3
2HClO4 + P2O5 → Cl2O7 + 2HPO3.

Термическое разложение некоторых оксидов

В вариантах экзамена такое свойство оксидов не встречается, но рассмотрим его для полноты картины:
Основные:
4CuO → 2Cu2O + O2 (t)
2HgO → 2Hg + O2 (t)

Кислотные:
2SO3 → 2SO2 + O2 (t)
2N2O → 2N2 + O2 (t)
2N2O5 → 4NO2 + O2 (t)

Амфотерные:
4MnO2 → 2Mn2O3 + O2 (t)
6Fe2O3 → 4Fe3O4 + O2 (t).

Особенности оксидов NO2, ClO2 и Fe3O4

1. Диспропорционирование: оксидам NO2 и ClO2 соответствуют две кислоты, поэтому при взаимодействии с щелочами или карбонатами щелочных металлов образуются две соли: нитрат и нитрит соответствующего металла в случае NO2 и хлорат и хлорит в случае ClO2:

2N +4 O2 + 2NaOH → NaN +3 O2 + NaN +5 O3 + H2O

4NO2 + 2Ba(OH)2 → Ba(NO2)2 + Ba(NO3)2 + 2H2O

2NO2 + Na2CO3 → NaNO3 + NaNO2 + CO2

В аналогичных реакциях с кислородом образуются только соединения с N +5 , так как он окисляет нитрит до нитрата:

4NO2 + O2 + 4NaOH → 4NaNO3 + 2H2O

4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3 (растворение в избытке кислорода)

2Cl +4 O2 + H2O → HCl +3 O2 + HCl +5 O3
2ClO 2 + 2NaOH → NaClO₂ + NaClO3 + H2O

2. Оксид железа (II,III) Fe3O4 (FeO·Fe2O3) содержит железо в двух степенях окисления: +2 и +3, поэтому в реакциях с кислотами образуются две соли:

Глава 2. Важнейшие классы
неорганических соединений

К оксидам относят соединение P₂O₅. Два других вещества – не оксиды: в состав РН₃ не входит атом кислорода, а в состав H₃PO₄ входят атомы трех химических элементов – H, Р, O.

Названия оксидов складываются из двух слов: первое слово – «оксид», второе слово – название химического элемента, образующего данный оксид, в родительном падеже. Например: СаО – оксид кальция.

Если оксид образован химическим элементом с переменной валентностью, то после названия элемента нужно указать его валентность. Например: Fe₂О₃ – оксид железа(III), FеО – оксид железа(II).

Задание 2.1. Среди следующих соединений найдите оксиды и назовите их:

Задание 2.2. Составьте формулы следующих оксидов:

оксид хрома(III), оксид углерода(IV), оксид магния, оксид серы(VI), оксид азота(V), оксид калия, оксид марганца(VI).

Многие оксиды могут реагировать с кислотами или основаниями. В таких реакциях получаются соли. Поэтому такие оксиды называются солеобразующими.

Однако существует небольшая группа оксидов, которые к таким реакциям не способны. Такие оксиды называют несолеобразующими.

Задание 2.3. Назовите несолеобразующие оксиды: H₂O, CO, N₂O, NO, F₂O.

Некоторые оксиды имеют особые (тривиальные) названия: Н₂О – вода, СО – угарный газ, СО₂ – углекислый газ и др.

Солеобразующие оксиды подразделяют на три группы: основные, кислотные, амфотерные.

Точно установить характер оксида можно, только изучая его химические свойства. Например, кислотные оксиды реагируют с основаниями и не реагируют с кислотами. Основные оксиды реагируют с кислотами и не реагируют с основаниями. Амфотерные оксиды могут реагировать и с кислотами, и с основаниями.

По формуле оксида можно определить, какими свойствами он обладает. Правда, иногда эта оценка будет приблизительной.

• Неметаллы образуют только кислотные и безразличные оксиды.

• Металлы в зависимости от валентности могут образовывать разные оксиды – основные, амфотерные и кислотные.

Предсказать свойства оксида металла может помочь эта схема:

Основные оксиды металлов от кислотных оксидов металлов отличить легко: малая валентность металла – основный оксид, большая – кислотный. Как быть с амфотерными оксидами? «Любимая» валентность металлов в этих оксидах III, но есть и исключения. Поэтому желательно запомнить формулы наиболее часто встречающихся амфотерных оксидов: ZnO, Al₂O₃, SnO, PbO, Cr₂O₃.

Задание 2.4. Назовите амфотерные оксиды:

Задание 2.5. Классифицируйте приведенные ниже оксиды:

Задание рекомендуется выполнить по следующей схеме.

1) Определить, какой это оксид – солеобразующий или несолеобразующий.

2) Определить, какой элемент входит в состав солеобразующего оксида – металл или неметалл. Для этого надо выписать из таблицы Д.И.Менделеева символы элементов-неметаллов. Они расположены в главных подгруппах на линии бор – астат и выше этой линии (рис. 1).

Рис. 1. Элементы-неметаллы
(фрагмент таблицы Д.И.Менделеева)

3) Если в состав оксида входит атом неметалла, то оксид кислотный.

4) Если в состав оксида входит атом металла, то следует определить его валентность и по ней выяснить характер оксида – основный, амфотерный или кислотный.

Например: Cr₂O₃ – амфотерный, т.к. хром – металл с валентностью III;

N₂O₃ – кислотный оксид, т.к. азот – неметалл;

CrO₃ – кислотный оксид, т.к. хром – металл с высокой валентностью VI.

Зная характер оксида, можно описать его свойства.

Свойства кислотных оксидов

• Кислотные оксиды реагируют c водой, образуя кислоты. Например:

Чтобы составить формулу кислоты, нужно сложить все атомы исходных веществ, записывая на первом месте атом водорода, на втором – элемент, образующий оксид, и на последнем – кислород. Если индексы получились четными, то их можно сократить:

Эти же реакции можно записать в виде арифметического примера:

Задание 2.6. Составьте уравнения реакций кислотных оксидов из задания 2.5 с водой.

• Кислотные оксиды реагируют с осно?вными оксидами, образуя соли соответствующей кислоты, т.е. соль той кислоты, которая образуется при взаимодействии этого оксида с водой. Например:

Чтобы составить такое уравнение, нужно действовать по следующей схеме.

1) Составить формулу кислоты (прибавив к молекуле оксида молекулу воды):

2) Определить валентность кислотного остатка (это часть молекулы кислоты без атомов водорода). В данном случае кислотный остаток имеет состав СО₃, его валентность равна числу атомов водорода в кислоте, т.е. II.

3) Cоставить формулу соли, записав вместо атомов водорода атом металла из основного оксида с его валентностью (в данном случае натрий).

4) Составить формулу соли по валентности металла и кислотного остатка: Na₂CO₃.

Задание 2.7. Составьте уравнения реакций кислотных оксидов из задания 2.5 с оксидом кальция.

• Кислотные оксиды реагируют с основаниями, образуя соль соответствующей кислоты и воду. Например:

Принципы составления уравнений реакций с основаниями те же, что и для реакций с осно?вными оксидами (см. выше).

Задание 2.8. Составьте уравнения реакций кислотных оксидов из задания 2.5 с гидроксидом натрия NаОН.

З а п о м н и т е! Кислотные оксиды ни с кислотами, ни c кислотными оксидами не реагируют.

Свойства основных оксидов

• Основные оксиды реагируют с водой, образуя основания. Реакция протекает, если получающееся основание растворимо в воде.

Общая формула оснований – М(ОН)_х, где х – число ОН-групп, равное валентности металла М. Например:

Fe₂O₃ + Н₂О

Последняя реакция не идет, т.к. основание Fe(ОН)₃ нерастворимо в воде. Растворимость веществ в воде можно определить по таблице растворимости (рис. 2).

Рис. 2.
Таблица растворимости
(фрагмент)

Условные обозначения: р – растворимо в воде, м – малорастворимо в воде,
н – нерастворимо в воде.

При определении возможности протекания данной реакции можно использовать и другое правило.

Основный оксид реагирует с водой, если он образован активным металлом. Эти металлы стоят в ряду напряжений до магния: Li, K, Ba, Ca, Na, Mg…

Задание 2.9. Составьте уравнения реакций основных оксидов из задания 2.5 с водой.

• Основные оксиды реагируют с кислотами, образуя соль и воду:

Обратите внимание: при составлении формулы соли нужно вместо атомов водорода в формуле кислоты написать символ металла, а затем расставить индексы согласно валентности.

Задание 2.10. Составьте уравнения реакций осно?вных оксидов из задания 2.5 с Н₂SО₄.

• Основные оксиды реагируют с кислотными оксидами, образуя соли.

• Некоторые основные оксиды реагируют при нагревании с водородом, при этом образуются металл и вода:

З а п о м н и т е! Основные оксиды с основаниями и основными оксидами не реагируют!

В ы в о д. В реакцию легче всего вступают вещества с противоположными свойствами и не вступают в реакцию вещества со сходными свойствами.

Свойства амфотерных оксидов

Амфотерные оксиды (от греч. amphi – двойной) проявляют двойственные свойства: они могут реагировать и с кислотами, и с основаниями (точнее, со щелочами). При этом образуются соль и вода. Например:

Задание 2.11. Составьте уравнения реакций амфотерных оксидов из задания 2.5 с КОН и НNО₃.

Задание 2.12. С какими из веществ – Н₂О, NаОН, НСl – могут реагировать следующие оксиды:

Составьте уравнения возможных реакций.

Способы получения оксидов

Оксиды могут быть получены при разложении некоторых кислот, оснований, солей:

Оксиды обычно получают сжиганием в кислороде простых и сложных веществ:

Обратите внимание: при сгорании сложного вещества образуются оксиды элементов, которые входят в его состав. Исключение составляют только азот и галогены, которые выделяются в виде простых веществ.

В ы в о д ы по главе 2.1

Молекулы оксидов состоят из атомов двух элементов. Один из этих элементов – кислород.

Оксиды, образующие соли, бывают кислотными, амфотерными и основными.

Оксиды реагируют с веществами, которые проявляют противоположные свойства.

Основные оксиды реагируют с кислотными оксидами или кислотами, кислотные оксиды – с основными оксидами или основаниями, амфотерные оксиды – и с кислотами, и с основаниями (щелочами).

Кислоты – это сложные вещества, в состав молекул которых входят активные атомы водорода и кислотные остатки. Активный атом водорода в химических реакциях способен замещаться на атом металла, в результате чего всегда получается соль.

В формулах неорганических кислот атом водорода записывается на первом месте*. Например:

В состав молекулы любой кислоты кроме атомов водорода входит кислотный остаток. Кислотный остаток – это часть молекулы кислоты без атомов водорода (которые могут быть замещены на атом металла). Валентность кислотного остатка равна числу таких атомов водорода:

При определении валентности кислотного остатка учитываются те атомы водорода, которые участвовали в реакции или могут участвовать в ней. Так, фосфорной кислоте Н₃РО₄ в зависимости от условий могут соответствовать кислотные остатки разного состава:

У органических кислот не все атомы водорода в молекуле способны замещаться на атом металла:

Задание 2.13. Определите состав и валентность кислотных остатков для кислот, учитывая, что все атомы водорода кислот активные:

По числу атомов водорода в молекулах кислоты делят на одноосновные и многоосновные.

HCl – одноосновная кислота, т. к. в ее молекуле один атом водорода;

Н₂СО₃ – двухосновная кислота, т. к. в ее молекуле два атома водорода.

По составу кислоты делят на бескислородные (НСl, Н₂S) и кислородсодержащие (НСlO, Н₂SO₄).

Бескислородные кислоты представляют собой растворы некоторых газов в воде, при этом и растворенному газу, и полученному раствору приписывают одинаковые свойства, хотя это не так. Например, из простых веществ водорода и хлора получается газ хлороводород:

Этот газ не проявляет кислотных свойств, если он сухой: его можно перевозить в металлических емкостях, и никакой реакции не происходит. Но при растворении хлороводорода в воде получается раствор, который проявляет свойства сильной кислоты. Такую кислоту перевозить в металлических емкостях нельзя.

Названия бескислородных кислот составляют по схеме:

элемент + водород + «ная» кислота.

Например: H₂S – сероводородная кислота (раствор газа сероводорода в воде).

Некоторые бескислородные кислоты имеют особые (тривиальные) названия: НСl – соляная кислота (раствор газа хлороводорода в воде), НF – плавиковая кислота (раствор газа фтороводорода в воде).

Задание 2.14. Дайте химические названия соляной и плавиковой кислотам.

Кислородсодержащие кислоты могут быть получены при действии воды на кислотные оксиды (см. выше). Исходные кислотные оксиды называют «ангидриды кислот»:

Метафосфорная кислота неустойчива и, присоединяя воду, превращается в более устойчивую ортофосфорную кислоту:

Или в суммарном виде:

Таким образом, Р₂O₅ – ангидрид фосфорной кислоты, а также некоторых других, менее устойчивых кислот.

Обратите внимание: название кислородсодержащей кислоты содержит в виде корня название элемента, входящего в состав ангидрида: фосфор Р фосфорный ангидрид Р₂О₅ фосфорная кислота Н₃РО₄.

Если элементу соответствует несколько кислот, то для кислоты с большей валентностью элемента, входящего в состав ангидрида, в названии употребляют суффиксы «н» или «в». Для кислот с меньшей валентностью элемента в название кислоты добавляют суффикс «ист».

Валентность элемента проще всего определять по формуле ангидрида:

В названии сернистой кислоты основной суффикс «ист», а суффикс «н» введен дополнительно для благозвучия.

Сведения о названиях некоторых кислот обобщены в табл. 3.

Названия кислот

Задание 2.15. Вместо пропусков в табл. 3 напишите формулы и названия соответствующих кислот.

Задание 2.16. Напишите на память (никуда не заглядывая) формулы кислот: кремниевой, сернистой, серной, сероводородной, азотистой, азотной, соляной, фосфорной, угольной. Укажите ангидриды этих кислот (там, где они существуют).

Свойства кислот

Главным свойством всех кислот является их способность образовывать соли. Соль образуется в любой реакции, в которой участвует кислота, при этом замещаются активные атомы водорода (один или несколько).

• Кислоты реагируют с металлами. При этом атомы водорода кислоты замещаются на атомы металла с образованием растворимой соли и водорода. Например:

Не все металлы способны вытеснять водород из растворов кислот. Этот процесс возможен только для тех металлов, которые стоят в ряду напряжений (ряд активности) до водорода (рис. 3, см. с. 20):

Рис. 3. Ряд напряжений металлов

Задание 2.17. Составьте уравнения возможных реакций:

серная кислота + алюминий,

соляная кислота + серебро,

бромоводородная кислота + цинк.

При составлении уравнений пользуйтесь рядом напряжений. Не забывайте, составляя формулы солей, учитывать валентности металла и кислотного остатка.

Некоторые кислоты могут растворять металлы, которые стоят в ряду напряжения после водорода, но водород при этом не выделяется:

• Кислоты реагируют с основаниями, образуя соль и воду**. Это реакция обмена, и поэтому валентность составных частей в результате реакции не меняется:

Задание 2.18. Составьте уравнения реакций:

серной кислоты и Fe(ОН)₃,

соляной кислоты и Ва(ОН)₂,

сернистой кислоты и NаОН.

Не забудьте порядок действий: составить формулу соли по валентности металла и кислотного остатка; расставить коэффициенты.

• Кислоты могут реагировать с солями. При этом сильная кислота вытесняет более слабую из ее соли.

К сильным кислотам относятся серная, азотная, соляная и др.

К слабым кислотам относятся угольная, кремниевая, сероводородная, азотистая.

В реакции обмена кислоты с солью образуются новая соль и новая кислота. Например:

Более подробно о подобных реакциях см. главу 6.

Задание 2.19. Составьте, не обращаясь к учебнику и пособиям, формулы: а) сильных кислот;
б) слабых кислот.

Задание 2.20. Составьте уравнения реакций:

• Как обнаружить кислоту в растворе? Например, в одном стакане налита вода, а в другом – раствор кислоты. Как определить, где кислота? Хотя все кислоты кислые на вкус, пробовать их нельзя, это опасно. Выручают особые вещества – индикаторы. Это соединения, которые изменяют цвет в присутствии кислот.

Синий лакмус в кислоте становится красным; оранжевый метилоранж тоже становится красным в присутствии кислот.

В ы в о д ы по главе 2.2

по числу атомов водорода – на одноосновные, двухосновные и т.д.;

по наличию атома кислорода в составе молекулы – на бескислородные и кислородсодержащие;

по силе – на сильные и слабые;

по устойчивости – на устойчивые и неустойчивые.

с активными металлами (стоящими в ряду активности до Н),

с основаниями,

с основными и амфотерными оксидами,

с солями более слабых кислот.

Кислоты обнаруживаются индикаторами в кислой («красной») области.

* В химических формулах органических кислот атом водорода стоит в конце, например CH₃COOH – уксусная кислота.

** Реакция между кислотой и основанием называется реакцией нейтрализации.

2.6. Характерные химические свойства кислот.

Кислоты можно классифицировать исходя из разных критериев:

1) Наличие атомов кислорода в кислоте

Кислородсодержащие	Бескислородные
H₃PO₄,HNO₃,HNO₂,H₂SO₄,H₃PO_4,H₂CO₃,H₂CO₃, HClO₄ все органические кислоты (HCOOH, CH₃COOH и т.д.)	HF, HCl, HBr, HI, H₂S

2) Основность кислоты

Основностью кислоты называют число «подвижных» атомов водорода в ее молекуле, способных при диссоциации отщепляться от молекулы кислоты в виде катионов водорода H + , а также замещаться на атомы металла:

3) Летучесть

Кислоты обладают различной способностью улетучиваться из водных растворов.

4) Растворимость

Растворимые	Нерастворимые
HF, HCl, HBr, HI, H₂S, H₂SO₃, H₂SO₄, HNO₃, HNO₂, H₃PO_4, H₂CO_3, CH₃COOH, HCOOH	H₂SiO₃, высшие карбоновые кислоты

5) Устойчивость

Устойчивые	Неустойчивые
H₂SO₄, H₃PO₄, HCl, HBr, HF	H₂CO₃, H₂SO₃

6) Способность к диссоциации

хорошо диссоциирующие (сильные)

7) Окисляющие свойства

(проявляют окислительные свойства за счет катионов водорода H + )

(проявляют окислительные свойства за счет кислотообразующего элемента)

практически все кислоты кроме HNO₃ и H₂SO₄ (конц.)

Химические свойства кислот

1. Способность к диссоциации

Кислоты диссоциируют в водных растворах на катионы водорода и кислотные остатки. Как уже было сказано, кислоты делятся на хорошо диссоциирующие (сильные) и малодиссоциирующие (слабые). При записи уравнения диссоциации сильных одноосновных кислот используется либо одна направленная вправо стрелка (), либо знак равенства (=), что показывает фактически необратимость такой диссоциации. Например, уравнение диссоциации сильной соляной кислоты может быть записано двояко:

либо в таком виде: HCl = H + + Cl —

либо в таком: HCl → H + + Cl —

По сути направление стрелки говорит нам о том, что обратный процесс объединения катионов водорода с кислотными остатками (ассоциация) у сильных кислот практически не протекает.

В случае, если мы захотим написать уравнение диссоциации слабой одноосновной кислоты, мы должны использовать в уравнении вместо знака две стрелки . Такой знак отражает обратимость диссоциации слабых кислот — в их случае сильно выражен обратный процесс объединения катионов водорода с кислотными остатками:

Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато, т.е. катионы водорода от их молекул отрываются не одновременно, а по очереди. По этой причине диссоциация таких кислот выражается не одним, а несколькими уравнениями, количество которых равно основности кислоты. Например, диссоциация трехосновной фосфорной кислоты протекает в три ступени с поочередным отрывом катионов H + :

Следует отметить, что каждая следующая ступень диссоциации протекает в меньшей степени, чем предыдущая. То есть, молекулы H₃PO₄ диссоциируют лучше (в большей степени), чем ионы H₂PO₄ — , которые, в свою очередь, диссоциируют лучше, чем ионы HPO₄ 2- . Связано такое явление с увеличением заряда кислотных остатков, вследствие чего возрастает прочность связи между ними и положительными ионами H + .

Из многоосновных кислот исключением является серная кислота. Поскольку данная кислота хорошо диссоциирует по обоим ступеням, допустимо записывать уравнение ее диссоциации в одну стадию:

2. Взаимодействие кислот с металлами

Седьмым пунктом в классификации кислот мы указали их окислительные свойства. Было указано, что кислоты бывают слабыми окислителями и сильными окислителями. Подавляющее большинство кислот (практически все кроме H₂SO_4(конц.) и HNO₃) являются слабыми окислителями, так как могут проявлять свою окисляющую способность только за счет катионов водорода. Такие кислоты могут окислить из металлов только те, которые находятся в ряду активности левее водорода, при этом в качестве продуктов образуется соль соответствующего металла и водород. Например:

Что касается кислот-сильных окислителей, т.е. H₂SO₄ (конц.) и HNO₃, то список металлов, на которые они действуют, намного шире, и в него входят как все металлы до водорода в ряду активности, так и практически все после. То есть концентрированная серная кислота и азотная кислота любой концентрации, например, будут окислять даже такие малоактивные металлы, как медь, ртуть, серебро. Более подробно взаимодействие азотной кислоты и серной концентрированной с металлами, а также некоторыми другими веществами из-за их специфичности будет рассмотрено отдельно в конце данной главы.

3. Взаимодействие кислот с основными и амфотерными оксидами

Кислоты реагируют с основными и амфотерными оксидами. Кремниевая кислота, поскольку является нерастворимой, в реакцию с малоактивными основными оксидами и амфотерными оксидами не вступает:

4. Взаимодействие кислот с основаниями и амфотерными гидроксидами

HCl + NaOH H₂O + NaCl

5. Взаимодействие кислот с солями

Данная реакция протекает в случае, если образуется осадок, газ либо существенно более слабая кислота, чем та, которая вступает в реакцию. Например:

HCOONa + HCl HCOOH + NaCl

6. Специфические окислительные свойства азотной и концентрированной серной кислот

Как уже было сказано выше, азотная кислота в любой концентрации, а также серная кислота исключительно в концентрированном состоянии являются очень сильными окислителями. В частности, в отличие от остальных кислот они окисляют не только металлы, которые находятся до водорода в ряду активности, но и практически все металлы после него (кроме платины и золота).

Так, например, они способны окислить медь, серебро и ртуть. Следует однако твердо усвоить тот факт, что ряд металлов (Fe, Cr, Al) несмотря на то, что являются довольно активными (находятся до водорода), тем не менее, не реагируют с концентрированной HNO₃ и концентрированной H₂SO₄ без нагревания по причине явления пассивации — на поверхности таких металлов образуется защитная пленка из твердых продуктов окисления, которая не позволяет молекулами концентрированной серной и концентрированной азотной кислот проникать вглубь металла для протекания реакции. Однако, при сильном нагревании реакция все таки протекает.

В случае взаимодействия с металлами обязательными продуктами всегда являются соль соответствующего метала и используемой кислоты, а также вода. Также всегда выделяется третий продукт, формула которого зависит от многих факторов, в частности, таких, как активность металлов, а также концентрация кислот и температура проведения реакций.

Высокая окислительная способность концентрированной серной и концентрированной азотной кислот позволяет им реагировать не только практическим со всеми металлами ряда активности, но даже со многими твердыми неметаллами, в частности, с фосфором, серой, углеродом. Ниже в таблице наглядно представлены продукты взаимодействия серной и азотной кислот с металлами и неметаллами в зависимости от концентрации:

7. Восстановительные свойства бескислородных кислот

Все бескислородные кислоты (кроме HF) могут проявлять восстановительные свойства за счет химического элемента, входящего в состав аниона, при действии различных окислителей. Так, например, все галогеноводородные кислоты (кроме HF) окисляются диоксидом марганца, перманганатом калия, дихроматом калия. При этом галогенид-ионы окисляются до свободных галогенов:

Среди всех галогеноводородных кислот наибольшей восстановительной активностью обладает иодоводородная кислота. В отличие от других галогеноводородных кислот ее могут окислить даже оксид и соли трехвалентного железа.

Высокой восстановительной активностью обладает также и сероводородная кислота H₂S. Ее может окислить даже такой окислитель, как диоксид серы:

Читайте также: