Хімічні властивості оксидів

Модуль 1. Основні поняття хімії та вчення про будову речовини

Розділ 1.1. Класи неорганічних сполук

Розділ 1.2. Основні закони хімії

Розділ 1.3. Будова атома ….....................................................................................

Розділ 1.4. Періодичний закон i періодична система елементів Д. I. Менделєєва........……………………..............................................................

Розділ 1.1. Класи неорганічних сполук

Найважливішими класами неорганічних сполук є оксиди, кислоти. основи та солі.

Оксиди – речовини, що складаються із двох елементів, один з яких Оксиген, валентність якого дорівнює двом, а ступінь окиснення „–2”. Валентність елемента та його ступінь окиснення в оксидах чисельно збігаються. У цих сполуках усі атоми Оксигену безпосередньо зв’язані з атомами більш електропозитивних елементів, а співвідношення компонентів відповідає правилам валентності.

Назву оксиду складають із двох слів: перше – назва елемента, а друге – „оксид”. Якщо елемент може виявляти різну валентність, отже, і різні ступені окиснення, то після назви елемента римською цифрою вказують її значення. Наприклад, FeO – ферум (ІІ) оксид, Fe₂O₃ –ферум (ІІІ) оксид. Хімічний характер оксидів визначається їх відношенням до кислот та основ. За хімічним характером оксиди поділяють на несолетворні та солетворні. До несолетворних оксидів, які не беруть участь у реакціях з утворенням солей, належать оксиди деяких неметалів: CO, N₂O, NO, SiO. Солетворні оксиди, які здатні утворювати солі, поділяють на основні, кислотні та амфотерні.

Основні – оксиди металів, у яких останні виявляють невеликий ступінь окиснення +1, +2. Наприклад: Na₂O; MgО; CuО. Гідроксиди основних оксидів є основами.

Амфотерні – оксиди тільки металів зі ступенем окиснення +3, +4 (Al₂O₃; Cr₂O₃; Fe₂O₃; TiO₂; PbO₂) та оксиди деяких металів зі ступенем окиснення +2 (ZnО; SnO; BeO; PbO). Термін „амфотерний” грецького походження, означає двосторонній. Тому амфотерні оксиди займають проміжне положення між основними й кислотними оксидами й виявляють відповідні їм хімічні властивості. Гідроксиди амфотерних оксидів також виявляють властивості як основ, так і кислот.

Кислотні – оксиди металів зі ступенем окиснення від +5 до +7 і неметалів за винятком несолетворних оксидів. Наприклад: SO₂, SO₃; P₂O₅; Mn₂O₇. Гідроксиди кислотних оксидів є кислотами.

Одержання оксидів

1. Взаємодія простих речовин із киснем:

4P + 5O₂ = 2P₂O₅;

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃.

2. Взаємодія складних речовин із киснем:

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O;

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂;

2Η₂S + 3O₂ = 2SO₂ + 2H₂O.

3. Розкладання оксигеновмісних сполук при нагріванні:

а) оксидів – 4CrO₃ 2Cr₂O₃ + 3O₂;

б) основ – Cu(OH)₂ CuO + H₂O;

в) кислот – Η₂SiO₃ SiO₂ + H₂O;

г) солей – 2Pb(NO₃)₂ 2PbО + 4NO₂ + O₂;

(CuOH)₂CO₃ 2CuO + CO₂ + H₂O.

4. Відновлення оксидів елементів вищих ступенів окиснення до утворення оксидів із нижчими ступенями окиснення:

CO₂ + С = 2CO;

MnO₂ + H₂ = MnO + H₂O.

5. Взаємодія кислот-окисників із металами або неметалами:

3Cu + 8HNO₃ (розведена) = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O;

Cu + 4HNO₃ (концентрована) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O;

С + 2H₂SO₄ = CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O.

6. Взаємодія солей деяких металів із лугами та кислотами: 2AgNO₃ + 2NaOH = Ag₂O + 2NaNO₃ + H₂O.

Внаслідок реакції утворюються нестійкі гідроксиди, які розкладаються на відповідні основні оксиди (HgO, Hg₂O, Ag₂O, Au₂O і деякі інші).

СаСО₃ + 2HNO₃ = Са(NO₃)₂ + СО₂ + H₂O.

Внаслідок реакції утворюються нестійкі кислоти, які розкладаються на відповідні кислотні оксиди.

7. Взаємодія солей з оксидами:

СаСО₃ + SіO₂ СаSіO₃ + СО₂;

Са₃(РО₄)₂ +3SіO₂ 3СаSіO₃ + Р₂О₅.

Реакція такого типу відбувається при нагріванні, коли оксид, що утворюється, більш леткий, ніж вихідний.

8. Розклад та відновлення пероксидів:

Na₂O₂ + 2Na 2Na₂O;

2BaO₂ 2BaO + O₂.

Хімічні властивості оксидів наведені у табл. 1.1.

Таблиця 1.1

Хімічні властивості оксидів

Основні оксиди	Кислотні оксиди
1. Взаємодія з водою
Na2O + H2O = 2NaOH; CaО + H2O = Ca(OH)2	SO3 + H2O = H2SO4; P2O5 + 3H2O = 2H3PO4
2. Взаємодія з кислотами MgО + H2SO4 = MgSO4 + H2O; CuО + 2HCl = CuCl2 + H2O	Взаємодія з основами CO2 + Ba(OH)2 = BaCO3 + H2O; SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O
3. Взаємодія з амфотерними оксидами та гідроксидами
ВаО + ZnO = BaZnO2; ВаО+Zn(OН)2 BaZnO2+H2O	SO3 + ZnO = ZnSO4; SO3 + Zn(OН)2 = ZnSO4 + H2O
4. Взаємодія основних і кислотних оксидів між собою: Na2O + CO2 = Na2CO3
5. Відновлення до простих речовин:
3CuO + 2NH3 = 3Cu + N2 + 3H2O	P2O5 + 5C = 2P + 5CO
Амфотерні оксиди взаємодіють
з кислотами як основні: ZnО + H2SO4 = ZnSO4+ H2O	з основами як кислотні: ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2O; ZnO+2NaOH+H2O=Na2[Zn(OH)4]
з амфотерними оксидами ZnО + Al2O3 = Zn(AlO2)2

Кислоти – складні речовини, що складаються з атомів Гідрогену та кислотного залишку.

Класифікація кислот (табл. 1.2):

1. За складом: безоксигенові й оксигеновмісні.

2. За кількістю атомів Гідрогену, здатних заміщатися на метал: одно-, двох-, трьохосновні.

Таблиця 1.2

Класифікація кислот

 

Безоксигенові	Основ- ність	Назва кислотного залишку	Оксигено- вмісні	Основ- ність	Назва кислотного залишку
HCl хлоридна	І	хлорид	H2CO3 карбонатна	ІІ	карбонат
HBr бромідна	І	бромід	H2SiО3 силікатна	ІІ	силікат
H2S сульфідна	ІІ	сульфід	H2SO3 сульфітна	ІІ	сульфіт
HI йодидна	І	йодид	H2SO4 сульфатна	ІІ	сульфат
HF флуоридна	І	флуорид	H3PO4 ортофосфатна	ІІІ	ортофосфат
H2Sе селенідна	ІІ	селенід	HNO3 нітратна	І	нітрат

Одержання кислот

1. Взаємодія кислотного оксиду з водою (для оксигеновмісних кислот):

SO₃ + H₂O = H₂SO₄; P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄.

2. Взаємодія водню з неметалом і наступним розчиненням отриманого продукту у воді (для безоксигенових кислот):

H₂ + Cl₂ = 2HCl; H₂ + S = H₂S.

3. Реакціями обміну солей із кислотами:

Ba(NO₃)₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2HNO₃;

2NaCl(т) + H₂SO₄ (конц.) Na₂SO₄ + 2HCl↑.

Якщо оксид відповідної кислоти з водою не взаємодіє, то таку кислоту одержують при дії сильної кислоти на відповідну сіль даної кислоти: Na₂SiО₃ + 2HCl = H₂SiО₃↓ + 2NaCl.