Состав свойства окислов (Вопросы Примеры)

Содержание страницы

Состав и свойства окислов (оксидов)

Окислами (оксидами) называются химические соединения , состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород.

Несолеобразующие окислы называются так потому, что при химических реакциях с другими веществами они не образуют солей.

К ним относится вода Н₂О, окись углерода СО, окись азота NО. Среди солеобразующих окислов различают основные, кислотные и амфотерные (табл. 2).

Основными называются окислы, которым соответствуют гидроокиси, относящиеся к классу оснований. Основные окислы, реагируя с кислотами, образуют соль и воду.

Основные окислы

Основные окислы — это окислы металлов. Для них характерен ионный тип химической связи. У металлов, входящих в состав основных окислов, валентность бывает не выше 3.

Типичными примерами основных окислов являются окись кальция СаО, окись бария ВаО, окись меди CuO, окись железа Fe₂О₈ и т. д.

Названия основных окислов сравнительно просты. Если металл, входящий в состав основного окисла, имеет постоянную валентность, то его окисел называется окисью, например окись натрия Na₂О, окись калия К₂О, окись магния MgO и т. д.

Если же металл имеет переменную валентность, то окисел, в котором он проявляет высшую валентность, называется окисью.

А окисел, в котором он проявляет низшую валентность, называется закисью, например Fe₂O₃ — окись железа, FeO — закись железа, CuO — окись меди, Cu₂О — закись меди.

▷ Запишите в тетрадь определение окислов.

Классификация окислов (оксидов) Таблица 2
Солеобразующие окислы			несолеобразующиеокислы
основные	кислотные	амфотерные
FeO, CaO, Fe2O3,Na2O, CuO и др.	SO2, CO2, SO3,SiO2 и др.	Al2O3, ZnOи др.	NO, CO, H2O, и др.

Кислотными называются окислы, которым соответствуют кислоты и которые, реагируя с основаниями, образуют соль и воду.

Кислотные окислы

Это главным образом окислы неметаллов. Их молекулы построены по ковалентному типу связи.

Валентность неметаллов в окислах, как правило, бывает равна 3 или выше.

Типичными примерами кислотных окислов являются:

Двуокись серы SO₂.
Двуокись углерода СО₂.
Серный ангидрид SO₃.

В основу названия кислотного окисла часто кладется число атомов кислорода в его молекуле, например СО₂ -двуокись углерода, SО₃ — трехокись серы и т. п.

Не менее часто применяется по отношению к кислотным окислам название «ангидрид» (лишенный воды).

Например:

СО₂ — угольный ангидрид.
SО₃ — серный ангидрид.
Р₂О₅ — фосфорный ангидрид и т. д.

Объяснение этим названиям вы найдете при изучении свойств окислов.

По современной системе названий все окислы называют единым словом «оксид», а если элемент может иметь разные значения валентности, то они указываются римской цифрой рядом в скобках.

Например:

Fe₂О₃ — оксид железа (III).
SО₃ — оксид серы (VI).

Пользуясь периодической системой, удобно определять характер высшего окисла элемента.

Можно с уверенностью сказать, например, что высшие окислы элементов главных подгрупп I и II групп являются типичными основными окислами, так как эти элементы — типичные металлы.

Высшие окислы элементов главных подгрупп V, VI, VII групп — типичные кислотные окислы, так как элементы, их образующие, являются неметаллами:

Нередко бывает так, что металлы, расположенные в IV—VII группе, образуют высшие окислы кислотного характера.

Например марганец и хром образуют высшие окислы Мn₂O₇ и СrO₃, которые являются кислотными и соответственно называются марганцовый и хромовый ангидрид.

➡️ 46. Укажите среди перечисленных ниже веществ те, которые являются окислами:

CaO; FeCO₃; NaNO₃; SiO₂; СO₂; Ва(ОН)₂; Р₂О₅; H₂CO₃; PbO; HNO₃; FeO; SO₃; MgCO₃; MnO; CuO; Na₂O; V₂О₆; TiО₂.

К какой группе окислов они относятся? Назовите приведенные окислы по современной системе. (См. Ответ)

no в химии

Занимает один самых важных соединений, так как азот по своим свойствам очень инертен, так только при обычной температуре в ступает в химическую связь с литием.

А с другими металлами реагирует только при нагревании и создании определенных для реакции условий.

При этом образуются нитриды, где он проявляет отрицательную степень окисления:

6LI + N2 = 2Li3N

При пропускании через азот и кислород сильных разрядов электрического тока образуется окись азота NO:

N₂ + О₂ = 2NO

который в свою очередь очень легко окисляется до двуокиси азота:

2NO + О₂ = 2NO₂

Именно это свойства с применением катализаторов применяют в получении азотной и азотистой кислоты в производстве.

Химические свойства окислов

Несмотря на то что молекулы многих окислов построены по ионному типу, они не являются электролитами, так как в воде не растворяются в том смысле, в каком мы понимаем растворение.

Некоторые из них могут лишь взаимодействовать с водой, образуя растворимые продукты.

Но тогда диссоциируют уже не окислы, а продукты их взаимодействия с водой.

Таким образом, электролитической диссоциации окислы не подвергаются. Зато при плавлении они могут подвергаться термической диссоциации — распаду на ионы в расплаве.

Наиболее удобно рассматривать вначале свойства основных и кислотных окислов.

Все основные окислы — вещества твердые, не имеют запаха, могут иметь различную окраску:

Окись магния — белую.
Окись железа — ржаво-бурую.
Окись меди — черную.

По физическим свойствам среди кислотных окислов встречаются вещества твердые:

Двуокись кремния SiO_2.
Фосфорный ангидрид Р₂O₅.
Серный ангидрид SO₃.

Газообразные:

Двуокись серы SO₂.
Двуокись углерода СO₂.

Иногда ангидриды имеют окраску и запах.

По химическим свойствам основные и кислотные окислы сильно отличаются друг от друга.

Рассматривая их, мы будем все время проводить параллель между основными и кислотными окислами.

Основные окислы	Кислотные окислы
1. Основные и кислотные окислы могут вступать в реакцию с водой
СаО + Н₂O = Са(ОН)₂ СаО + Н₂O = Са²⁺ + 2OН^— При этом основные окислы образуют щелочи (основания). Это свойство объясняет формулировку определения о том, что основным окислам соответствуют основания. Непосредственно в реакцию соединения с водой вступают не все основные окислы, а только окислы наиболее активных металлов (натрия, калия, кальция, бария и т. д.).	SО₃ + Н₂О = H₂SО₄ SО₃ + Н2О = 2Н⁺ + SO²₄^— Кислотные окислы при реакции с водой образуют кислоты. Это свойство объясняет название ««ангидрид» (кислота, лишенная воды). Кроме того, это свойство поясняет формулировку определения, что кислотным окислам соответствуют кислоты. Но не все кислотные окислы могут вступать непосредственно в реакцию с водой. Двуокись кремния SiО₂ и некоторые другие с водой не реагируют.
2. Основные окислы взаимодействуют с кислотами, образуя соль и воду: CuO + H2SO₄ = CuSO₄ + H₂O CuO + 2H⁺SO²₄^—=Cu²⁺ + SO²₄^— + H₂O Сокращенно CuO +2H⁺ = Cu²⁺ + H₂O Это характерно для любого основного окисла. Если же окисел малоактивный (CuO, Fe₂O₃, FeO), то лучше брать сильные кислоты, такие, как серная H₂SО₄, азотная HNО₃, соляная НСl	2. Кислотные окислы взаимодействуют с основаниями, образуя соль и воду: СО₂ + Ca(ОН)₂ = СаCO₃ + H₂O CO₂+Ca²⁺+ 2OH^—=CaCO₃ + H₂O Это характерно для любого кислотного окисла.
3. Основные и кислотные окислы могут между собой: СаО + SiO₂ = CaSiО₃ при сплавлении
Получение окислов
1. Окислением металлов кислородом 2Сu + О₂ = 2СuО Так образовывать окислы могут любые металлы, кроме благородных.	1.Окислением неметаллов кислородом S + O2 = SO₂
2. Разложением оснований: Cu(OH)₂ = CuO + Н₂O	2. Разложением кислот: Н₂СO₃= Н₂O + СO₂
3. Разложением некоторых солей (при этом образуется один основной окисел, а другой кислотный): СаСO₃ = СаО + СO₂

Амфотерными окислы

Амфотерными называются такие окислы, которые обладают двойственными свойствами и ведут себя в одних условиях как основные, а в других как кислотные.

К амфотерным окислам относятся окислы Al₂O₃,ZnO и многие другие.

Рассмотрим свойства амфотерных окислов на примере окиси цинка ZnO.

Амфотерным окислам обычно отвечают слабые гидроокиси, которые практически не диссоциируют, поэтому амфотерные окислы с водой не взаимодействуют.

Однако в соответствии с их двойственной природой они могут вступать в реакцию как с кислотами так и щелочами:

ZnO + H₂SО₄ = ZnSО₄ + Н₂О

ZnO + 2Н⁺ + SO²₄^—= Zn²⁺ + SO²₄^— + H2О

ZnO + 2H⁺ = Zn²⁺ + H₂O

В этой реакции окись цинка ведет себя как основной окисел.

Если же окись цинка попадает в щелочную среду, то она ведет себя как кислотный окисел, которому соответствует кислота H₂ZnО₂ (формулу легко найти, если мысленно к формуле окиси цинка прибавить воду H₂О).

Поэтому уравнение реакции окиси цинка щелочью записывается так:

ZnO + 2NaOH = Na₂ZnO₂ + Н₂О

цинкат натрия (растворимая соль)

ZnO + 2Na⁺ + 2ОН^— = 2Na⁺ + ZnO²₂^— + Н₂О

Сокращенно:

ZnO + 2ОН^— = ZnO²₂^— + Н₂О

➡️ 47. Какое количество двуокиси углерода получится при сжигании 6 г угля? Если Вы забыли, как решаются задачи по химическим уравнениям, обратитесь к приложению 1, а затем решите эту задачу. (См. Ответ)

48. Сколько грамм-молекул окиси меди потребуется для реакции с 49 г серной кислоты? (О том, что такое грамм-молекула и как пользоваться этим понятием при расчетах, вы можете узнать, прочитав приложение 1 на стр. 374).

49. Сколько серной кислоты можно получить при взаимодействии 4 грамм-молекул серного ангидрида с водой?

50. Какой объем кислорода израсходуется на сжигание 8 г серы? (Задача решается с использованием понятия «объем грамм-молекулы газа», ).

51. Как осуществить превращения:

Напишите уравнения реакций в молекулярной и полной ионной форме.

52. Какие окислы получаются при разложении следующий гидроокисей: СuOН. Fе(ОН)3, H2SiO3, Аl(ОН)3, H2SO3? Поясните уравнениями реакций.

53. С какими из перечисленных веществ будет реагировать окись бария:

а) вода,

б) азотная кислота,

в) окись калия;

г) окись меди,

д) гидроокись кальция;

е) фосфорная кислота;

ж) двуокись серы?

Напишите формулы всех перечисленных веществ.

Там, где возможно, напишите уравнения реакций в молекулярной, полной ионной и сокращенной ионной форме.

54. Предложите способ получения окиси меди CuO, исходя из сульфата меди, воды и металлического натрия. (См. Ответ)

Определение характера свойств высших окислов с помощью периодической системы

Зная, что в начале периода располагаются наиболее типичные металлы, можно предсказать, что высшие окислы элементов главных подгрупп I и II групп должны обладать основными свойствами.

Некоторое исключение представляет бериллий, окисел которого носит амфотерный характер.

В конце периода располагаются неметаллы, высшие окислы которых должны обладать кислотными свойствами.

Соответствующие им гидроокиси в зависимости от положения элементов в периодической системе также могут носить основной, кислотный или амфотерный характер.

Исходя из этого, мы можем строить вполне обоснованные предположения о составе и свойствах окислов и гидроокисей тех или иных элементов.

➡️ 55. Напишите формулы высших окислов стронция, индия. Могут ли они вступать в реакцию с серной кислотой, с едким натром? Напишите уравнения реакций. (См. Ответ)

56. Напишите формулы гидроокисей рубидия, бария, лантана.

57. Как протекают реакции между гидроокисью рубидия и азотной кислотой, между гидроокисью бария и соляной кислотой? Напишите уравнения реакций.

58. Зная, что формула высшего окисла селена SeO₃, напишите уравнения реакций селенового ангидрида с гидроокисью кальция, с окисью натрия.

59. Напишите уравнения реакций селеновой кислоты с гидроокисью рубидия, окисью калия, гидроокисью бария, окисью кальция.

60. Пользуясь периодической системой элементов, найдите формулы теллуровой кислоты (теллур № 52), хлорной кислоты (хлор № 17), германиевой кислоты (германий № 32), хромовой кислоты (хром № 24).

61. Напишите уравнение реакции между гидроокисью рубидия и сурьмяной кислотой (рубидий № 37, сурьма № 51). (См. Ответ)

Гидриды

Помимо окислов и гидроокисей, многие элементы могут образовывать соединения с водородом под общим названием гидриды.

Особенности свойств гидридов зависят от сравнительной электроотрицательности водорода и того элемента, с которым он соединяется.

Соединения водорода с типичными металлами, такими, как:

Гидрид натрия (NaH).
Гидрид калия (КН).
Гидрид кальция (СаН₂) и т. п.,

они образованы по типу ионной связи, причем водород является отрицательным ионом, а металл — положительным.

Гидриды металлов — твердые вещества, напоминают соли, имеют ионную кристаллическую решетку.

Соединения водорода с .неметаллами имеют более или менее полярные молекулы, например НСl, Н₂O, NH₃ и т. п., и являются веществами газообразными.

При образовании ковалентных связей элементов с водородом число электронных пар равно числу электронов, недостающих до завершения внешнего электронного слоя этих элементов (октета).

Это число не превышает 4, поэтому летучие водородные соединения могут образовывать только элементы главных подгрупп IV—VII групп, обладающие хорошо выраженной электроотрицательностью по сравнению с водородом.

Вычислить валентность элемента в летучем водородном соединении можно, вычитая из числа 8 номер группы, в которой находится элемент.

Элементы побочных подгрупп IV—VII групп летучих гидридов не образуют, так как это элементы, принадлежащие к d-семейству, имеющие на внешнем слое 1 — 2 электрона, что свидетельствует о слабой электроотрицательности.

➡️ 62. Определите валентность в летучих водородных соединениях элементов кремния, фосфора, кислорода, серы, брома, мышьяка, хлора. (См. Ответ)

63. Напишите формулы летучих водородных соединений мышьяка (№ 33), брома (№ 35), углерода (№ 6), селена (№ 34).

64. Будут ли образовывать летучие соединения с водородом перечисленные ниже элементы:

а) ниобий (№ 41);

б) висмут (№ 83);

в) иод (№ 53);

г) барий (№ 56);

д) таллий (№ 81);

е) германий (№ 32);

ж) кислород (№ 8); технеций (№ 43);

и) скандий (№ 21);

к) кремний (№ Н);

л) сурьма (№ 51)? (См. Ответ)

Если будут, напишите соответствующие формулы.

Бинарные соединения

Тот же принцип лежит в основе составления с помощью периодической системы элементов формул бинарных соединений, т. е. соединений, состоящих из двух элементов.

В этом случае элемент с наименьшей металличностью свойств, т. е. более электроотрицательный, будет проявлять такую же валентность, как в летучих водородных соединениях.

А элемент, обладающей меньшей электро- отрицательностью, проявит валентность такую же, как в высшем окисле.

При написании формулы бинарного соединения на первое место ставится символ менее электроотрицательного элемента, а на второе — более отрицательного.

Так, при написании, например, формулы сульфида лития определяем, что литий как металл проявляет меньшую электроотрицательность, его валентность такая же, как в окисле, т. е. 1, равна номеру группы.

Сера проявляет большую электроотрицательность и, следовательно, ее валентность 8 — 6 = 2 (из 8 вычитается номер группы).

Отсюда формула Li₂S.

➡️ 65. Исходя из положения элементов в периодической системе, напишите формулы следующих соединений:

а) хлорид олова (олово № 50, хлор № 17);

б) бромид индия (индий № 49, бром № 35);

в) иод ид кадмия (кадмий № 48, иод № 53);

г) азотистый литий или нитрид лития (литий № 3, азот № 7);

д) фторид стронция (стронций № 38, фтор № 9);

е) сернистый кадмий, или сульфид кадмия (кадмий №48, сера №16).

ж) бромид алюминия (алюминий № 13, бром № 35). (См. Ответ)

Пользуясь периодической системой элементов, можно писать формулы солей кислородных кислот и составлять химические уравнения.

Например, чтобы написать формулу хромовокислого бария, нужно найти формулу высшего окисла хрома СrО₃, затем найти хромовую кислоту H₂CrO₄, после чего найти валентность бария (она равна 2 — по номеру группы) и составить формулу ВаСrO₄.

➡️ 66. Напишите формулы марганцовокислого кальция, мышьяково-кислого рубидия.

67. Напишите следующие уравнения реакций:

а) гидроокись цезия + хлорная кислота;

б) гидроокись таллия + фосфорная кислота;

в) гидроокись стронция + азотная кислота;

г) окись рубидия + серный ангидрид;

д) окись бария + угольный ангидрид;

е) окись стронция + серный ангидрид;

ж) окись цезия + кремниевый ангидрид;

з) окись лития + фосфорная кислота;

и) окись бериллия + мышьяковая кислота;

к) окись рубидия + хромовая кислота;

л) окись натрия + йодная кислота;

м) гидроокись стронция + сульфат алюминия;

н) гидроокись рубидия + хлорид галлия;

о) гидроокись стронция + мышьяковый ангидрид;

п) гидроокись бария + селеновый ангидрид. (См. Ответ)