Классы неорганических соединений

Методические указания к выполнению самостоятельной работы по курсу «Химия» для студентов технических специальностей и направлений,

по курсу «Общая и неорганическая химия» для студентов направления 240100 «Химическая направления»очной формы обучения

Одобрено

редакционно-издательским советом

Балаковского института техники,

технологии и управления

Балаково 2011

Цель работы: ознакомиться с основными классами неорганических веществ.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

 

Все неорганические вещества можно разделить на классы, которые объединяют вещества сходные по составу и свойствам. К важнейшим классам неорганических веществ относятся оксиды, основания, амфотерные гидроксиды, кислоты и соли (рис.1).

 

 

Рис. - 1. Взаимосвязь между классами кислородосодержащих

неорганических соединений

Оксиды -это соединения химических элементов с кислородом. Общая формула оксидов - Э_mO_n, где m –число атомов элемента, n- число атомов кислорода.

Все оксиды делятся на солеобразующие и несолеобразующие. [1-5, 8]

Несолеобразующие (индифферентные) оксиды (N₂O, NO, CO, SiO) не взаимодействуют ни с кислотами, ни с основаниями.

Солеобразующие оксиды образу­ют соли при взаимодействии с кислотами или основаниями. Большинство солеобразующих оксидов, взаимодействуя с водой, образуют гидроксиды.Гидроксиды – это общее название оснований (NaOH, Cu(OH)₂) и кислородосодержащих кислот (H₂SO₄, Н₃РO₄).

Некоторые гидроксиды являются амфотерными (Zn(OH)₂ H₂ZnО₂.

Солеобразующие оксиды подразделяются на основные, кислотные и амфотерные.

Основные оксиды - это оксиды (Na2O, ВаО), взаимодействующие с кислотами, кислотными или амфотерными оксидами с образованием солей:

К₂О + 2НС1 = 2КCl + H₂O

BaO + P₂O₅ = Ba₃(PO₄)₂

CaO + Al₂O₃ Ca(AlO₂)₂

Основные способы получения основных оксидов:

1.Окисление металлов

СаО + О₂ 2СаО

2.Обжиг сульфидов металлов

2СаS + 3O₃ = 2CaO + 2SO₂

3. Разложение нерастворимых оснований

Mg(OH)₂ MgO + H₂O

4. Разложение солей кислородосодержащих кислот

СаСО₃ СаО + СО₂

Гидроксиды основных оксидов являются основаниями, например, NaOH, Ba(OH)₂. Основные оксиды взаимодействуют с водой, если им соответствуют растворимые основания

Na₂O + Н₂O = 2NaOH

Кислотные оксиды— это оксиды (СO₂, SO₃, Р₂О₅ ), взаимодействующие с основаниями или основными оксидами с образованием солей.

SO₃ + 2NaOH = Na₂SO₄ + Н₂0

SiO₂ + MgO = MgSiO₃

Основные способы получения кислотных оксидов:

1. Окисление неметаллов

S + O₂ = SO₂

2. Окисление солей бескислородных солей

2ZnS + O₂ 2ZnO + 2SO₂

3. Разложение некоторых кислот или солей кислородосодержащих кислот.

H₂SO₃ =SO₂ + H₂O

СаСО₃ СаО + СО₂

Гидроксиды кислотных оксидов являются кислотами,например: H₂CO₃, H₂SO₄. Большинство кислотных оксидов при взаимодействии с водой образуют кислоты: N₂O₅+ Н₂O = 2HNO₃

Амфотерные оксиды — это оксиды (A1₂O₃, ZnO), образующие соли при взаимодействии как с основаниями, так с кислотами.

ZnO + 2HCl = ZnCl₂ + Н₂О

ZnO + 2NaOH Na₂ZnO₂ + Н₂О

ZnO + 2NaOH + Н₂О = Na₂[Zn(OH)₄]

Амфотерные оксиды с водой не взаимодействуют, поэтому получить основание или кислоту можно только косвенным путем

Al₂O₃ + 6HNO₃ = 2Al(NO₃)₃ + 3Н₂О

2Al(NO₃)₃ + 3KOH = Al(OH)₃ + 3KNO₃

Амфотерным оксидам соответству­ют амфотерные гидроксиды, например: А1(ОН)₃ Н AlО₃, H₂ZnO₂ Zn(OH)₂

Основные и амфотерные оксиды образуют только металлы, кислотные оксиды – неметаллы и металлы с высшей валентностью.Одновалентные металлы образуют основные оксиды, например, Na₂О, К₂О, Cu₂О и др. Большинство двухвалентных металлов, за исключением (Be, Zn, Pb, Sn), также образуют основные оксиды, например, BaO, СаО, FeO и др.

Be, Zn, Pb, Sn и большинство трех- и четырехвалентных металлов образуют амфотерные оксиды, например, ВеО, ZnО, PbO₂, SnO_2., А1₂O₃, Сr₂O₃, Fe₂O₃ , MnO₂ и др.

Пяти-, шести- и семивалентные металлы образуют кислотные оксиды, например, Sb₂O₃, CrO₃, Мп₂O₇ и др. [ ]

В периодах характер оксидов постепенно изменяется от основных к амфотерным и кислотным, например, в третьем периоде:

Na₂O, MgO Al₂O₃, SiO₂, P₂O_5,, SO₃, Cl₂O₇

основные амфотерные кислотные

У элементов, имеющих различную степень окисления, также наблюдается постепенный переход от основных оксидов к амфотерным и кислотным, например: MnO, Mn₂ O₃, MnO₂, Mn₂O₅, MnO₃, Mn₂O₇

основные амфотерные кислотные

Основания – это вещества, состоящие из атомов металла и одной или нескольких гидроксидных групп (ОН). Общая формула оснований – Ме(ОН)_n , где n- валентность металла. Основания в растворах диссоциируют с образованием катионов металла и анионов –гидроксид-ионов. В результате замещения гидроксидных групп кислотными остатками образуются соли.[1-58 ] Основания взаимодействуют с кислотами, кислотными и амфотерными оксидами c образованием солей

NaOH + HCl = NaCl + H₂O

Ba(OH)₂ + CO₂ = BaCO₃ + H₂O

Основания классифицируются:

а) по растворимости в воде:

- растворимые. Растворимые в воде основания, за исключением NH₄OH, образованы щелочными и щелочно-земельными металлами и называются щелочами: LiOH, NaOH, КОН, RbOH, CsOH, Sr(OH)₂, Ва(ОН)₂, получаются взаимодействием металлов или оксидов металлов IА или II A групп с водой (кроме Be и Mg, BeО и MgО)

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂

Ba + 2H₂O = Ba(OH)₂ + H₂

K₂O + H₂O =2KOH

CaO + H₂O =Ca(OH)₂

- нерастворимые: Cu(QH)₂, Fe(OH)₂, Fe(OH)₃ и др. Нерастворимые в

воде основания получают косвенным путем

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O

CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂ + Na₂SO₄

б) по числу гидоксидных группв молекуле:

- однокислотные, молекулы, которых содержат одну гидроксидную группу: КОН, LiOH NH₄OH и др.;

- двухкислотные, молекулы которых содержат две гидроксидные группы: Mg(ОН)₂, Fe(OH)₂ и др.;

- трехкислотные, молекулы которых содержат три гидроксидные группы: Ni(OH)₃, Bi(OH)j и др.

Кислоты– это вещества, состоящие из атомов водорода, способных замещаться на атомы металла, и кислотного остатка (An ). Общая формула кислот - H_mAn, где m - валентность кислотного остатка. Валентность кислотного остатка определяется числом атомов водорода в молекуле кислоты.

Кислоты в растворах диссоциируют с образованием катионов водорода и анионов кислотных остатков. В результате замещения атомов водорода в молекулах кислот атомами металла образуются соли. Кислотные остатки An входят как в состав кислот, так и в состав солей.

Кислоты взаимодействуют с основаниями, основными и амфотерными оксидами с образованием солей

HNO₃ + NaOH = NaNO₃ + H₂O

H₂SO₄ + FeO = FeSO₄ + H₂O

2 HCl + ZnO = ZnCl₂ + H₂O

Кислоты классифицируются:

1) по составу (содержанию кислорода):

- бескислородные, в состав молекул которых не входят атомы кислорода; НCl, HI, HBr, HCN, H₂S и др. Получают взаимодействием неметаллов с водородом

H₂ + Cl₂ = 2HCl

- кислородсодержащие, молекулы которых содержат атомы кислорода: HNО₃, H₂SО₄, Н₃РО₄ и НClO₄ др. Получают взаимодействием кислотных оксидов с водой

P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄

Кислоты из кислотных оксидов, которые не взаимодействуют с водой, можно получить косвенным путем.

SiO₂ + 2NaOH = Na₂SiO₃ + H₂O

Na₂SiO₃ + 2HCl H₂SiO₃ + 2NaCl

2) по основности:

- одноосновные,молекулы которых содержат один атом водорода: HCl, HNО₃,HCN , СН₃СООН, HMnO₄ идр.;

- двухосновные,молекулы которых содержат два ато­ма водорода: H₂S, H₂SО₄, H₂S0₃, Н₂СО₃ , H₂ Cr₂O₇ и др.;

- трехосновные,молекулы которых содержат три ато­ма водорода: H₃P0₄, H₃BО₃, H₃AsО₄;

- четырехосновные: Н₄Р₂О₇и др.

Основность кислоты определяется числом атомов водорода,которые в молекуле кислоты могут замещаться атомами металла. Кислоты, молекулы которых содержат два и более атомов водорода, называются многоосновными.

Формулы, названия кислот и их солей приведены в табл.1

Амфотерные гидрооксиды, в зависимости от условий, могут проявлять как основные, так и кислотные свойства, им соответствуют амфотерные оксиды. Они взаимодействуют с кислотами, щелочами, основными и кислотными оксидами.

2 Аl(OH)₃ + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O

Аl(OH)₃ + 3NaOH = Na₃[Al(OH)₆]

2 Аl(OH)₃ + Na₂O 2 NaAlO₂ + 3H₂O

2 Аl(OH)₃ + 3SO₃ Al₂(SO₄)₃ + 3H₂O

Амфотерные гидрооксиды получают косвенным путем, т. к. амфотерные оксиды с водой не взаимодействуют.

В периодах характер гидрооксидов постепенно изменяется следующим образом, например, в третьем периоде:

NaOH, Mg(OH)₂, Al(OH)₃ H₃AlO_3, Si(OH)₄ H₂SiO₃, H₃PO₄, H₂SO₄, HClO₄

основания амфортерные гидроксиды кислоты

Соли– это вещества, образованные катионом металла и анионом кислотного остатка. Общая формула соли - Me_mAn_n, где m - валентность (заряд) кислотного остатка, n – валентность (заряд) катиона металла.

Соли делятся на три типа: нормальные (средние), кислые, основные.[]

Средние соли в растворах диссоциируют на катионы металлов и анионы кислотных остатков.

Нормальные (средние) соли — это продукты полного замещенияатомов водорода в молекуле кислоты атомами металла

H₂СO₃ + 2NaOH = Na₂СO₃ + H₂O

или продукты полного замещениягидроксидных групп в молекуле основания кислотными остатками

Ba(OH)₂ + 2HCl = BaCl₂ + H₂O

Кислые соли - это продукты неполного замещенияатомов водорода в молекулах многоосновных кислот атомами металла.

Таблица 1

Названия кислот и их средних солей

 

Кислота	Название
кислоты	cредней соли
Н3АsО3	Мышьяковистая	Арсениты
Н3АзO4	Мышьяковая, орто-	Арсенаты, орто-
НзВОз	Борная, орто-	Бораты, орто-
НВг	Бромоводород	Бромиды
НВгОз	Бромноватая	Броматы
НСN	Циановодород (синильная)	Цианиды
Н2СОз	Угольная	Карбонаты
НСl	Хлороводород (соляная)	Хлориды
НСlOз	Хлорноватая	Хлораты
НСlO4	Хлорная	Перхлораты
Н2СrO4	Хромовая	Хроматы
Н2Сr2O7	Двухромовая	Дихроматы
НF	Фтороводород(плавиковая)	Фториды
НI	Иодоводород	Иодиды
НIOз	Йодноватая	Иодаты
НМпO4	Марганцовая	Перманганаты
НNO2	Азотистая	Нитриты
НNОз	Азотная	Нитраты
НРОз	Фосфорная, мета-	Фосфаты, мета-
Н3РО3	Фосфористая	Фосфиты
Н3Р04	Фосфорная, орто*	Фосфаты, орто-
Н4Р207	Фосфорная, дву- (пиро-)	Дифосфаты
Н2S	Сероводород	Сульфиды
Н2SOз	Сернистая	Сульфиты
Н2SO4	Серная	Сульфаты
Н2SiO3	Кремниевая	Силикаты

Молекулы кислых солей содержат атомы водорода, например:

H₂СO₃ + NaOH = NaHСO₃ + H₂O

H₃PO₄+ NaOH = NaH₂PO₄

H₃PO₄+ 2NaOH = Na₂ HPO₄

Кислые соли могут образовывать только многоосновные кислоты Н₂CO₃, H₂SO₄, H₂SO₃, H₃PO_4. Двухосновная кислота с любым металлом образует одну нормальную и одну кислую соль (NaHCО₃— гидрокарбонат натрия). Трехосновная кислота с любым металлом образует одну нормальную и две кислые соли (NaH₂PO₄ -дигидрофосфат натрия, Na₂НРO₄ - гидрофосфат натрия).

Основные соли - это продукты неполного замещениягидроксидных групп в молекулах многокислотных оснований кислотными остатками.

Ca(OH)₂ + HCl = CaOHCl + H₂O

Al(OH)₃ + HNO₃ = Al (OH)₂NO₃ + H₂O

Al(OH)₃ + 2HNO₃ = Al OH(NO₃)₂ + H₂O

Двухкислотное основание образует одну нормальную и одну основную соль (CaOHCl - гидроксохлорид кальция). Трехкислотное основание образует одну нормальную и две основные соли Al(OH)₂NO₃ - дигидрокcонитрат алюминия., AlOH(NO₃)₂ - гидроксонитрат алюминия).

Двойные соли образуются при замещении атомов водорода в кислотах на два различных катеона. Например: КAl(SO₄)₂ + 12H₂O – додекагидрат сульфата алюминия-калия (алюмокалиевые квасцы)

Пример 1. Классифицируйте и назовите следующие оксиды: K₂O, P₂O₅, Mn₂O₇, MnO₂, BeO, SO₃, MgO.

Решение.

Основные оксиды: K₂O – оксид калия, MgO – оксид магния.

Кислотные оксиды: P₂O₅ – оксид фосфора (V), Mn₂O₇ – оксид марганца (VII), SO₃ – оксид серы (VI).

Амфотерные оксиды: MnO₂ – оксид марганца (IV), BeO – оксид бериллия.

Пример 2. Классифицируйте следующие основания по кислотности и назовите их: Ni(OH)₂, LiOH, Fe(OH)₃, Co(OH)₃, Mn(OH)₃, Fe(OH)₂, NaOH.

Решение.

Однокислотные основания: LiOH – гидрооксид лития, NaOH – гидрооксид натрия.

Двухкислотные основания: Ni(OH)₂ – гидрооксид никеля (II), Fe(OH)₂ – гидрооксид железа (II).

Трехкислотые основания: Fe(OH)₃ – гидрооксид железа (III), Co(OH)₃ – гидрооксид кобальта (III), Mn(OH)₃ – гидрооксид марганца (III).

Пример 3. Назовите и классифицируйте следующие кислоты по основности и по содержанию атомов кислорода: H₃PО₄, HNО₂, H₂S, HCN, НСlО₃, H₂CO₃, HF, НзАsO₄.

Решение.

Одноосновные кислоты: HNО₂ - азотистая, HCN - циановодородная, HF - фтористоводородная, НС1О₃ – хлорноватистая кислота

Двухосновные кислоты: H₂S - сероводородная, Н₂СО₃ - угольная

Трехосновные кислоты: H₃PO₄ - фосфорная, H₃AsO₄ -

Бескислородные кислоты: H₂S, HCN, HF

Кислородсодержащие кислоты: H₃PO₄, HN0₂, НСlO₃, H₂CO₃, H₃AsO₄

Пример 4. Классифицируйте и назовите следующие соли: BaSО₄, (CuOH)₂SО₄, NaH₂PО₄, Ca(HS)₂, FeOHCl₂, A1PО₄, MnOHNО₃.

Решение.

Нормальные соли: BaSО₄ - сульфат бария, А1РО₄ - фосфат алюминия.

Кислые соли: NaH₂PО₄ - дигидрофосфат натрия, Ca(HS)₂ - гидросульфид кальция.

Основные соли: (CuОH)₂SO₄ - гидроксосульфат меди (II), FeOHCl₂ - гидроксохлорид железа (III), MnOHNО₃ - гидроксонитрат марганца (II).

Для закрепления материала используйте программированный контроль в режиме «самоконтроль».

Вопросы для самоконтроля

1. Какую общую формулу имеют оксиды?

1) Ме(ОН)_n; 2) Э_mО_n; 3) Н_mАn; 4) Ме_mАn_n

2. Какой из оксидов является несолеобразующим?

1) А1₂O₃; 2) СO₂; 3) СО; 4) Fe₂O₃.

3. Формула высшего оксида элемента, образующего водородное соединение ЭН₂, имеет вид

1) Э; 2) ЭО₄; 3) ЭО₃; 4) ЭО₂.

4. Какой из оксидов является амфотерным?

1) ZnO; 2) SiO₂; 3) SiO; 4) Na₂O.

5. Какой из оксидов является основным?

1) MnO; 2) MnO₂; 3) MnO₃; 4) Mn₂O₇.

6. С кислотами и щелочами взаимодействует оксид:

1) хрома (III); 2) хрома (VI); 3) хрома (II); 4) магния.

7. Кислотными являются оксиды

1) магния; 2) железа(II); 3) Серы (IV); 4) Азота (V)

8. В избытке щелочи не растворяется

1) Cr(OH)₃; 2) Al(OH)₃; 3) Zn(OH)₂; 4) Mg(OH)₂

9. Какое из оснований является однокислотным?

1) Cu(OH)₂; 2) NaOH; 3) Fe(OH)₃; 4) Fe(OH)₂

10. Какая из кислот является двухосновной?

1) HNO₂; 2) НВr; 3) Н₂SO₄; 4) Н₃BO₃.

11. Какая из солей является нормальной (средней) солью?

1) NaH₂PO₄; 2) Na₂HPO₄; 3) Na₃PO₄; 4) Na₂HPO₃

12. Какой соли соответствует название «гидрокарбонат никеля (II)»?

1) Ni(HCO₃)₃; 2) NiOHCO₃; 3) Ni(HCO₃)₂; 4) (NiOH)₂CO₃

13. Какой соли соответствует название «дигидроксосульфат висмута (III)»?

1) BiOHSO₃; 2) BiOHSO₄; 3) [Bi(OH)₂]₂SO₄; 4) [Bi(OH)₂]₂SO₃

Таблица 2

Правильные ответы