Вопрос 8. Способы получения, номенклатура, физические и химические свойства оксидов
Окси́д (о́кисел, о́кись) — соединение химического элемента с кислородом, в котором сам кислород связан только с менее электроотрицательным элементом. Химический элемент кислород по электроотрицательности второй после фтора, поэтому к оксидам относятся почти все соединения химических элементов с кислородом. К исключениям относятся, например, дифторид кислорода OF2.
В зависимости от химических свойств различают:
СОЛЕОБРАЗУЮЩИЕ ОКСИДЫ:
основные оксиды – оксиды, образующие соли и воду при взаимодействии с кислотами или кислотными оксидами (например, оксид натрия Na2O, оксид меди(II) CuO): оксиды металлов, степень окисления которых I—II;
Химические свойства: Основные оксиды
1. Основный оксид + кислота = соль + вода
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
2. Сильноосновный оксид + вода = щелочь
CaO + H2O = Ca(OH)2
3. Сильноосновный оксид + кислотный оксид = соль
CaO + Mn2O7 = Ca(MnO4)2
Na2O + CO2 = Na2CO3
4. Основный оксид + водород = металл + вода
CuO + H2 = Cu + H2O
кислотные оксиды – оксиды, растворяющиеся только в щелочах, с образованием соли и воды. Образуются типичными неметаллами и некоторыми переходными элементами (например, оксид серы(VI) SO3, оксид азота(IV) NO2): оксиды металлов со степенью окисления V—VII и оксиды неметаллов;
Химические свойства: Кислотные оксиды
1. Кислотный оксид + вода = кислота
SO3 + H2O = H2SO4
Некоторые оксиды, например SiO2, с водой не реагируют, поэтому их кислоты получают косвенным путём.
2. Кислотный оксид + основный оксид = соль
CO2 + CaO = CaCO3
3. Кислотный оксид + основание = соль + вода
SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O
Если кислотный оксид является ангидридом многоосновной кислоты, возможно образование кислых или средних солей:
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2
4. Нелетучий оксид + соль1 = соль2 + летучий оксид
SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2↑
амфотерные оксиды — солеобразующие оксиды, проявляющие в зависимости от условий либо осно́вные, либо кислотные свойства (то есть проявляющие амфотерность). Образуются переходными металлами (например, оксид цинка ZnO, оксид алюминия Al2О3): оксиды металлов со степенью окисления III—IV и исключения II (ZnO, BeO, SnO, PbO);
Химические свойства: Амфотерные оксиды
При взаимодействии с сильной кислотой или кислотным оксидом проявляют основные свойства:
ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O
При взаимодействии с сильным основанием или основным оксидом проявляют кислотные свойства:
ZnO + 2KOH + H2O = K2[Zn(OH)4)] (в водном растворе)
ZnO + CaO = CaZnO2 (при сплавлении)
НЕСОЛЕОБРАЗУЮЩИЕ ОКСИДЫ: оксид углерода(II) СО, оксид азота(I) N2O, оксид азота(II) NO, оксид кремния(II) SiO.
ПОЛУЧЕНИЕ ОКСИДОВ
1. Взаимодействие простых веществ (за исключением инертных газов, золота и платины) с кислородом:
2Cu + O2 = 2CuO
2. При горении в кислороде щелочных металлов (кроме лития), а также стронция и бария образуются пероксиды и надпероксиды:
2Na + O2 = Na2O2
2. Обжиг или горение бинарных соединений в кислороде:
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2↑
3. Термическое разложение солей
CaCO3 = CaO + CO2↑
4. Термическое разложение оснований или кислот:
2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O↑
4HNO3 = 4NO2↑ + O2↑ + 2H2O
5. Окисление низших оксидов в высшие и восстановление высших в низшие
4FeO + O2 = 2Fe2O3
Fe2O3 + CO = 2FeO + CO2↑
6. Взаимодействие некоторых металлов с водой при высокой температуре:
Zn + H2O = ZnO + H2↑
7. Взаимодействие солей с кислотными оксидами при нагревании с выделением летучего оксида:
Ca3(PO4)2 + 3SiO2 = 3CaSiO3 + P2O5↑
8. Взаимодействие металлов с кислотами-оксилителями:
Zn + 4HNO3(конц.) = Zn(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
9. При действии водоотнимающих веществ на кислоты и соли:
2KClO4 + H2SO4(конц) = K2SO4 + Cl2O7 + H2O
10. Взаимодействие солей слабых неустойчивых кислот с более сильными кислотами:
NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2↑
9. Способы получения, номенклатура, физические и химические свойства кислот
КЛАССФИКАЦИЯ КИСЛОТ:
1. По содержанию кислорода
- бескислородные (HCl, H2S);
- кислородосодержащие (HNO3).
2. По основности — количество кислых атомов водорода
- Одноосновные (HPO3);
- Двухосновные (H2SO4);
- Трёхосновные (H3PO4).
- Четырёхосновные (H4СO4).
3. По силе
- Сильные — диссоциируют практически полностью, константы диссоциации больше 1·10−3 (HI, HBr, HCl, H2SO4, HNO3);
- Слабые — константа диссоциации меньше 1·10−3 (HF, H3PO4, H2SO3, H2S, H2CO3, H2SiO3,).
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОТ:
1. Взаимодействие с оксидами металлов с образованием соли и воды:
CaO +2HCl →CaCl2 +H2O
2. Взаимодействие с амфотерными оксидами с образованием соли и воды:
ZnO + 2HNO3 →Zn(NO3)2 +H2O
3. Взаимодействие со щелочами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации):
NaOH +HCl →NaCl + H2O
4. Взаимодействие с нерастворимыми основаниями с образованием соли и воды, если полученная соль растворима:
Cu(OH)2↓ + 2H2SO4 →CuSO4 + 2H2O
5. Взаимодействие с солями, если выпадает осадок или выделяется газ:
BaCl2 +H2SO4 →BaSO4↓ + 2HCl↑
6. Сильные кислоты вытесняют более слабые из их солей:
K3PO4 + 3HCl → 3KCl + H3PO4
7. Металлы, стоящие в ряду активности до водорода, вытесняют его из раствора кислоты (кроме азотной кислоты любой концентрации и концентрированной серной кислоты), если образующаяся соль растворима:
Mg + 2HCl →MgCl2 + H2↑
С азотной кислотой и концентрированной серной кислотами реакция идёт иначе:
Mg + 2H2SO4 →MgSO4 + SO2↑ +2H2O
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЕ КИСЛОТ:
Кислоты можно получить по реакциям соответствующих кислотных оксидов с водой:
CO2 + H2O → H2CO3