Основания реагируют с оксидами металлов. Химические свойства воды
Na 2 О + H 2 O = 2NaОH;
CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 ;
с соединениями кислотного характера (кислотными оксидами, кислотами) с образованием солей и воды:
CaO + СО 2 = СаСО 3 ;
CaO + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O;
3) с соединениями амфотерного характера:
Li 2 O + Al 2 O 3 = 2Li AlO 2 ;
3NaOH + Al(OН) 3 = Na 3 AlO 3 + 3Н 2 О;
Кислотные оксиды реагируют:
1) с водой с образованием кислот:
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 ;
2) с соединениями основного характера (основными оксидами и основаниями) с образованием солей и воды:
SO 2 + Na 2 O = Na 2 SO 3 ;
CO 2 + 2NaОH = Na 2 CO 3 + H 2 O;
с соединениями амфотерного характера
СО 2 + ZnO = ZnCO 3 ;
СО 2 + Zn(OH) 2 = ZnСО 3 + H 2 O;
Амфотерные оксиды проявляют свойства как основных, так и кислотных оксидов. Им отвечают амфотерные гидроксиды:
кислая среда щелочная среда Ве(ОН) 2 ВеО Н 2 ВеО 2
Zn(OH) 2 ZnO Н 2 ZnО 2
Аl(OН) 3 Al 2 O 3 H 3 AlО 3 , НАlO 2
Cr(OН) 3 Сr 2 O 3 HCrO 2
Pb(OH) 2 PbO Н 2 PbО 2
Sn(OH) 2 SnO Н 2 SnО 2
Амфотерные оксиды взаимодействуют с соеднинениями кислого и основного характера:
|
ZnO + SiO 2 = ZnSiO 3 ; ZnO + H 2 SiO 3 = ZnSiO 3 + H 2 O; |
Al 2 O 3 + 3Na 2 O = 2Na 3 AlO 3 ; Al 2 O 3 + 2NaOH = 2NaAlO 2 + H 2 O. |
Металлы с переменной валентностью могут образовывать оксиды всех трех типов. Например:
CrO основной Cr(OH) 2 ;
Cr 2 O 3 амфотерный Cr(OH) 3 ;
Cr 2 O 7 кислотный H 2 Cr 2 O 7 ;
MnO, Mn 2 O 3 основной;
MnO 2 амфотерный;
Mn 2 O 7 кислотный HMnO 4 .
Основания
Основания – сложные вещества, в состав которых входят атомы металла и одна или несколько гидроксидных групп (ОН ‾). Общая формула оснований – Ме(ОН) у, где у – число гидроксидных групп, равное валентности металла.
Номенклатура
Название основания складывается из слова «гидроксид» + название металла.
Если металл имеет переменную валентность, то ее указывают в конце в скобках. Например: CuOH – гидроксид меди (I), Cu(OH) 2 – гидроксид меди (II), NaОH – гидроксид натрия.
Основания (гидроксиды) являются электролитами. Электролитами называются вещества, которые в расплавах или растворах полярных жидкостей распадаются на ионы: положительно заряженные катионы и отрицательно заряженные анионы. Распад вещества на ионы называется электролитической диссоциацией.
Bсe электролиты можно разделить на две группы: сильные и слабые. Сильные электролиты в водных растворах диссоциированы практически нацело. Слабые электролиты диссоциируют только частично и в растворах устанавливается динамическое равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами: NН 4 ОН NH 4 + + ОН - .
2.2. Классификация
а) по числу гидроксидных групп в молекуле. Количество гидроксидных групп в молекуле основания зависит от валентности металла и определяет кислотность основания.
Основания делятся на:
Однокислотные, молекулы которых содержат одну гидроксидную группу: NaOH, KOH, LiOH и др.;
Двухкислотные, молекулы которых содержат две гидроксидные группы: Ca(OH) 2 , Fe(OH) 2 и др.;
Трехкислотные, молекулы которых содержат три гидроксидные группы: Ni(OH) 3 , Bi(OH) 3 и др.
Двух- и трехкислотные основания называются многокислотными.
б) по силе основания делятся на:
Сильные (щелочи): LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH) 2 , Sr(OH) 2 , Ba(OH) 2 ;
Слабые: Cu(OH) 2 , Fe(OH) 2 , Fe(OH) 3 и др.
Сильные основания растворимы в воде, а слабые – нерастворимы.
Диссоциация оснований
Сильные основания диссоциируют практически полностью:
Са(ОН) 2 = Са 2+ + 2ОН - .
Слабые основания диссоциируют ступенчато. При последовательном отщеплении гидроксид-иона от многокислотных оснований образуются основные остатки гидроксокатионы, например:
Fe(OH) 3 OH - + Fe(OH) 2 + дигидроксокатионы железа;
Fe(OH) 2 + OH - + FeOH 2+ гидроксокатионы железа;
Fe(OH) 2+ OH - + Fe 3+ катионы железа.
Число основных остатков равно кислотности основания.
Это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых - кислород со степенью окисления (-2). Общая формула оксидов: Э m О n , где m - число атомов элемента Э , а n - число атомов кислорода. Оксиды могут быть твердыми (песок SiO 2 , разновидности кварца), жидкими (оксид водорода H 2 O), газообразными (оксиды углерода: углекислый CO 2 и угарный СО газы).
Номенклатура химических соединений развивалась по мере накопления фактического материала. Сначала, пока число известных соединений было невелико, широко использовались тривиальные названия, не отражающие состава, строения и свойства вещества, - сурик РЬ 3 О 4 , глет РЬО, жженая магнезия MgO, железная окалина Fe 3 О 4 , веселящий газ N 2 О, белый мышьяк As 2 О 3 На смену тривиальной номенклатуре при шла полусистематическая номенклатура - в название были включены указания числа атомов кислорода в соединении: закись - для более низких, окись - для более высоких степеней окисления; ангидрид - для оксидов кислотного характера.
В настоящее время почти завершен переход к современной номенклатуре. Согласно международной номенклатуре, в названии оксида следует указывать валентность элемента; например, SО 2 - оксид cepы(IV), SО 3 - оксид cepы(VI), CrO - оксид хрома(II), Cr 2 О 3 - оксид хрома(III), CrO 3 - оксид хрома(VI).
По химическим свойствам оксиды подразделяются на солеобразующие и несолеобразующие .
Типы оксидов
Несолеобразующими называются такие оксиды, которые не взаимодействуют ни со щелочами, ни с кислотами и не образуют солей. Их немного, в состав входят неметаллы.
Солеобразующими называются такие оксиды, которые взаимодействуют с кислотами или основаниями и образуют при этом соль и воду.
Среди солеобразующих оксидов различают оксиды основные, кислотные, амфотерные.
Основные оксиды - это такие оксиды, которым соответствуют основания. Например: CuO соответствует основание Cu(OH) 2 , Na 2 O - основание NaOH, Cu 2 O - CuOH и т. д.
Оксиды в таблице Менделеева
Типичные реакции основных оксидов
1. Основный оксид + кислота = соль + вода (реакция обмена):
2. Основный оксид + кислотный оксид = соль (реакция соединения):
3. Основный оксид + вода = щелочь (реакция соединения):
Кислотные оксиды - это такие оксиды, которым соответствуют кислоты. Это оксиды неметаллов: N 2 O 5 соответствует HNO 3 , SO 3 - H 2 SO 4 , CO 2 - H 2 CO 3 , P 2 O 5 - H 4 PO 4 а также оксиды металлов с большим значением степеней окисления: Cr 2 +6 O 3 соответствует H 2 CrO 4 , Mn 2 +7 O 7 - HMnO 4 .
Типичные реакции кислотных оксидов
1. Кислотный оксид + основание = соль + вода (реакция обмена):
2. Кислотный оксид + основный оксид соль (реакция соединения):
3. Кислотный оксид + вода = кислота (реакция соединения):
Такая реакция возможна, только если кислотный оксид растворим в воде.
Амфотерными называются оксиды, которые в зависимости от условий проявляют основные или кислотные свойства. Это ZnO, Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , V 2 O 5 .
Амфотерные оксиды с водой непосредственно не соединяются.
Типичные реакции амфотерных оксидов
1. Амфотерный оксид + кислота = соль + вода (реакция обмена):
2. Амфотерный оксид + основание = соль + вода или комплексное соединение:
Основные оксиды. К основным относят оксиды типичных металлов, им соответствуют гидроксиды, обладающие свойствами оснований.
Получение основных оксидов
Окисление металлов при нагревании в атмосфере кислорода.
2Mg + O 2 = 2MgO
2Cu + O 2 = 2CuO
Метод неприменим для получения оксидов щелочных металлов. В реакции с кислородом щелочные металлы обычно дают пероксиды, поэтому оксиды Na 2 O, К 2 O труднодоступны.
Обжиг сульфидов
2CuS + 3O 2 = 2CuO + 2SO 2
4FeS 2 + 110 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2
Метод неприменим для сульфидов активных металлов, окисляющихся до сульфатов.
Разложение гидроксидов
Cu(OH) 2 = СuО + Н 2 О
Этим методом нельзя получить оксиды щелочных металлов.
Разложение солей кислородсодержащих кислот.
ВаСO 3 = ВаО + СO 2
2Pb(NO 3) 2 = 2РЬО + 4N0 2 + O 2
4FeSO 4 = 2Fe 2 O 3 + 4SO 2 + O 2
Разложение легко осуществляется для нитратов и карбонатов, в том числе и для основных солей.
2 CO 3 = 2ZnO + СO 2 + Н 2 O
Получение кислотных оксидов
Кислотные оксиды представлены оксидами неметаллов или переходных металлов в высоких степенях окисления. Они могут быть получены методами, аналогичными методам получения основных оксидов, например:
- 4Р + 5O 2 = 2Р 2 O 5
- 2ZnS + 3O 2 = 2ZnO + 2SO 2
- K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 = 2CrO 3 ↓ + K 2 SO 4 + H 2 O
- Na 2 SiO 3 + 2HCl = 2NaCl + SiO 2 ↓ + H 2 O
1. Металл + Неметалл. В данное взаимодействие не вступают инертные газы. Чем выше электроотрицательность неметалла, тем с большим числом металлов он будет реагировать. Например, фтор реагирует со всеми металлами, а водород – только с активными. Чем левее в ряду активности металлов находится металл, тем с большим числом неметаллов он может реагировать. Например, золото реагирует только с фтором, литий – со всеми неметаллами.
2.
Неметалл + неметалл.
При этом более электроотрицательный
неметалл выступает окислителем, менее ЭО – восстановителем. Неметаллы с близкой
электроотрицательностью плохо взаимодействуют между собой, например,
взаимодействие фосфора с водородом и кремния с водородом практически не
возможно, так как равновесие этих реакций смещено в сторону образования простых
веществ. Не реагируют с неметаллами гелий, неон и аргон, остальные инертные
газы в жестких условиях могут реагировать с фтором.
Не взаимодействуют кислород
с хлором, бромом и йодом. Со фтором кислород может реагировать при низких
температурах.
3. Металл + кислотный оксид. Металл восстанавливает неметалл из оксида. После этого избыток металла может реагировать с получившимся неметаллом. Например:
2 Mg + SiO 2 = 2 MgO + Si (при недостатке магния)
2 Mg + SiO 2 = 2 MgO + Mg 2 Si (при избытке магния)
4. Металл + кислота. Металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода, реагируют с кислотами с выделением водорода.
Исключение составляют кислоты – окислители (серная концентрированная и любая азотная), которые могут реагировать с металлами, стоящими в ряду напряжений правее водорода, в реакциях не выделяется водород, а получается вода и продукт восстановления кислоты.
Нужно обратить внимание на то, что при взаимодействии металла с избытком многоосновной кислоты может получиться кислая соль: Mg +2 H 3 PO 4 = Mg (H 2 PO 4 ) 2 + H 2 .
Если продуктом взаимодействия кислоты и металла является нерастворимая соль, то металл пассивируется, так как поверхность металла защищается нерастворимой солью от действия кислоты. Например, действие разбавленной серной кислоты на свинец, барий или кальций.
5. Металл + соль. В растворе в данную реакцию вступают металл, стоящий в ряду напряжений правее магния, включая сам магний, но левее металла соли. Если металл активнее магния, то он реагирует не с солью, а с водой с образованием щелочи, которая в дальнейшем реагирует с солью. При этом исходная соль и получающаяся соль должны быть растворимыми. Нерастворимый продукт пассивирует металл.
Однако, из этого правила бывают исключения:
2FeCl 3 + Cu = CuCl 2 + 2FeCl 2 ;
2FeCl 3 + Fe = 3FeCl 2 . Так как железо имеет промежуточную степень окисления, то его соль в высшей степени окисления легко восстанавливается до соли в промежуточной степени окисления, окисляя даже менее активные металлы.
В расплавах ряд напряжений металлов не действует. Определить, возможна ли реакция между солью и металлом, можно только с помощью термодинамических расчетов. Например, натрий может вытеснить калий из расплава хлорида калия, так как калий более летучий: Na + KCl = NaCl + K (эту реакцию определяет энтропийный фактор). С другой стороны алюминий получали вытеснением из хлорида натрием: 3 Na + AlCl 3 = 3 NaCl + Al . Этот процесс экзотермический, его определяет энтальпийный фактор.
Возможен вариант, что соль при нагревании разлагается, и продукты ее разложения могут реагировать с металлом, например нитрат алюминия и железо. Нитрат алюминия разлагается при нагревании на оксид алюминия, оксид азота (IV ) и кислород, кислород и оксид азота будут окислять железо:
10Fe + 2Al(NO 3) 3 = 5Fe 2 O 3 + Al 2 O 3 + 3N 2
6. Металл + основный оксид. Также, как и в расплавах солей, возможность этих реакций определяется термодинамически. В качестве восстановителей часто используют алюминий, магний и натрий. Например: 8 Al + 3 Fe 3 O 4 = 4 Al 2 O 3 + 9 Fe реакция экзотермическая, энтальпийный фактор);2 Al + 3 Rb 2 O = 6 Rb + Al 2 O 3 (рубидий летучий, энтальпийный фактор).
8. Неметалл + основание. Как правило, реакция идет между неметаллом и щелочью.Не все неметаллы могут реагировать с щелочами: нужно помнить, что в это взаимодействие вступают галогены (по-разному в зависимости от температуры), сера (при нагревании), кремний, фосфор.
KOH + Cl 2 = KClO + KCl + H 2 O (на холоде)
6 KOH + 3 Cl 2 = KClO 3 + 5 KCl + 3 H 2 O (в горячем растворе)
6KOH + 3S = K 2 SO 3 + 2K 2 S + 3H 2 O
2KOH + Si + H 2 O = K 2 SiO 3 + 2H 2
3KOH + 4P + 3H 2 O = PH 3 + 3KPH 2 O 2
1) неметалл – восстановитель (водород, углерод):
СО 2 + С = 2СО;
2NO 2 + 4H 2 = 4H 2 O + N 2 ;
SiO 2 + C = CO 2 + Si. Если получившийся неметалл может реагировать с металлом, использованным в качестве восстановителя, то реакция пойдет дальше (при избытке углерода) SiO 2 + 2 C = CO 2 + Si С
2) неметалл – окислитель (кислород, озон, галогены):
2С O + O 2 = 2СО 2 .
С O + Cl 2 = СО Cl 2 .
2 NO + O 2 = 2 N О 2 .
10. Кислотный оксид + основный оксид . Реакция идёт, если получающаяся соль в принципе существует. Например, оксид алюминия может реагировать с серным ангидридом с образованием сульфата алюминия, но не может реагировать с углекислым газом, так как соответствующей соли не существует.
11. Вода + основный оксид . Реакция возможна, если образуется щелочь, то есть растворимое основание (или мало растворимое, в случае кальция). Если основание нерастворимое или мало растворимое, то идёт обратная реакция разложения основания на оксид и воду.
12. Основный оксид + кислота . Реакция возможна, если образующаяся соль существует. Если получающаяся соль нерастворима, то реакция может пассивироваться из-за перекрытия доступа кислоты к поверхности оксида. В случае избытка многоосновной кислоты возможно образование кислой соли.
13. Кислотный оксид + основание . Как правило, реакция идет между щелочью и кислотным оксидом. Если кислотный оксид соответствует многоосновной кислоте, может получиться кислая соль: CO 2 + KOH = KHCO 3 .
Кислотные оксиды, соответствующие сильным кислотам, могут реагировать и с нерастворимыми основаниями.
Иногда с нерастворимыми основаниями реагируют оксиды, соответствующие слабым кислотам, при этом может получиться средняя или основная соль (как правило, получается менее растворимое вещество): 2 Mg (OH ) 2 + CO 2 = (MgOH ) 2 CO 3 + H 2 O .
14. Кислотный оксид + соль. Реакция может идти в расплаве и в растворе. В расплаве менее летучий оксид вытесняет из соли более летучий. В растворе оксид, соответствующий более сильной кислоте, вытесняет оксид, соответствующий более слабой кислоте. Например, Na 2 CO 3 + SiO 2 = Na 2 SiO 3 + CO 2 , в прямом направлении эта реакция идет в расплаве, углекислый газ более летучий, чем оксид кремния; в обратном направлении реакция идет в растворе, угольная кислота сильнее кремниевой, к тому же оксид кремния выпадает в осадок.
Возможно соединение кислотного оксида с собственной солью, например, из хромата можно получить дихромат, и сульфата – дисульфат, из сульфита – дисульфит:
Na 2 SO 3 + SO 2 = Na 2 S 2 O 5
Для этого нужно взять кристаллическую соль и чистый оксид, или насыщенный раствор соли и избыток кислотного оксида.
В растворе соли могут реагировать с собственными кислотными оксидами с образованием кислых солей: Na 2 SO 3 + H 2 O + SO 2 = 2 NaHSO 3
15. Вода + кислотный оксид . Реакция возможна, если образуется растворимая или мало растворимая кислота. Если кислота нерастворимая или мало растворимая то идёт обратная реакция разложения кислоты на оксид и воду. Например, для серной кислоты характерна реакция получения из оксида и воды, реакция разложения практически не идёт, кремниевую кислоту нельзя получить из воды и оксида, но она легко разлагается на эти составляющие, а вот угольная и сернистая кислоты могут участвовать как в прямых, так и обратных реакциях.
16. Основание + кислота. Реакция идет, если хотя бы одно из реагирующих веществ растворимо. В зависимости от соотношения реагентов могут получаться средние, кислые и основные соли.
17. Основание + соль. Реакция идет, если оба исходные вещества растворимы, а в качестве продукта получается хотя бы один неэлектролит или слабый электролит (осадок, газ, вода).
18. Соль + кислота. Как правило,реакция идет, если оба исходные вещества растворимы, а в качестве продукта получается хотя бы один неэлектролит или слабый электролит (осадок, газ, вода).
Сильная кислота может реагировать с нерастворимыми солями слабых кислот (карбонатами, сульфидами, сульфитами, нитритами), при этом выделяется газообразный продукт.
Реакции между концентрированными кислотами и кристаллическими солями возможны, если при этом получается более летучая кислота: например, хлороводород можно получить действием концентрированной серной кислоты на кристаллический хлорид натрия, бромоводород и йодоводород – действием ортофосфорной кислоты на соответствующие соли. Можно действовать кислотой на собственную соль для получения кислой соли, например: BaSO 4 + H 2 SO 4 = Ba (HSO 4 ) 2 .
19. Соль + соль. Как правило,реакция идет, если оба исходные вещества растворимы, а в качестве продукта получается хотя бы один неэлектролит или слабый электролит.
1) соль не существует, потому что необратимо гидролизуется . Это большинство карбонатов, сульфитов, сульфидов, силикатов трехвалентных металлов, а так же некоторые соли двухвалентных металлов и аммония. Соли трехвалентных металлов гидролизуются до соответствующего основания и кислоты, а соли двухвалентных металлов – до менее растворимых основных солей.
Рассмотрим примеры:
2 FeCl 3 + 3 Na 2 CO 3 = Fe 2 ( CO 3 ) 3 + 6 NaCl (1)
Fe 2 (CO 3) 3 + 6H 2 O = 2Fe(OH) 3 + 3H 2 CO 3
H 2 CO 3 разлагается на воду и углекислый газ, вода в левой и правой части сокращается и получается: Fe 2 ( CO 3 ) 3 + 3 H 2 O = 2 Fe (OH ) 3 + 3 CO 2 (2)
Если теперь объединить (1) и (2) уравнения и сократить карбонат железа, мы получим суммарное уравнение, отражающее взаимодействие хлорида железа (III ) и карбоната натрия: 2 FeCl 3 + 3 Na 2 CO 3 + 3 H 2 O = 2 Fe (OH ) 3 + 3 CO 2 + 6 NaCl
CuSO 4 + Na 2 CO 3 = CuCO 3 + Na 2 SO 4 (1)
Подчеркнутая соль не существует из-за необратимого гидролиза:
2CuCO 3 + H 2 O = (CuOH) 2 CO 3 +CO 2 (2)
Если теперь объединить (1) и (2) уравнения и сократить карбонат меди, мы получим суммарное уравнение, отражающее взаимодействие сульфата (II ) и карбоната натрия:
2CuSO 4 + 2Na 2 CO 3 + H 2 O = (CuOH) 2 CO 3 + CO 2 + 2Na 2 SO 4
Прежде чем начать говорить про химические свойства оксидов, нужно вспомнить о том, что все оксиды делятся на 4 типа, а именно основные, кислотные, амфотерные и несолеобразующие. Для того чтобы определить тип какого-либо оксида, прежде всего нужно понять — оксид металла или неметалла перед вами, а затем воспользоваться алгоритмом (его надо выучить!), представленным в следующей таблице:
| Оксид неметалла | Оксид металла |
| 1) Степень окисления неметалла +1 или +2 Вывод: оксид несолеобразующий Исключение: Cl 2 O не относится к несолеобразующим оксидам |
1) Степень окисления металла +1 или +2 Вывод: оксид металла — основный Исключение: BeO, ZnO и PbO не относятся к основным оксидам |
| 2) Степень окисления больше либо равна +3 Вывод: оксид кислотный Исключение: Cl 2 O относится к кислотным оксидам, несмотря на степень окисления хлора +1 |
2) Степень окисления металла +3 или +4 Вывод: оксид амфотерный Исключение: BeO, ZnO и PbO амфотерны, несмотря на степень окисления +2 у металлов 3) Степень окисления металла +5, +6, +7 Вывод: оксид кислотный |
Помимо типов оксидов, указанных выше, введем также еще два подтипа основных оксидов, исходя из их химической активности, а именно активные основные оксиды и малоактивные основные оксиды.
- К активным основным оксидам отнесем оксиды щелочных и щелочноземельных металлов (все элементы IA и IIA групп, кроме водорода H, бериллия Be и магния Mg). Например, Na 2 O, CaO, Rb 2 O, SrO и т.д.
- К малоактивным основным оксидам отнесем все основные оксиды, которые не попали в список активных основных оксидов . Например, FeO, CuO, CrO и т.д.
Логично предположить, что активные основные оксиды часто вступают в те реакции, в которые не вступают малоактивные.
Следует отметить, что несмотря на то что фактически вода является оксидом неметалла (H 2 O), обычно ее свойства рассматривают в отрыве от свойств иных оксидов. Обусловлено это ее специфически огромным распространением в окружающем нас мире, в связи с чем в большинстве случаев вода является не реагентом, а средой, в которой может осуществляться бесчисленное множество химических реакций. Однако нередко она принимает и непосредственное участие в различных превращениях, в частности, некоторые группы оксидов с ней реагируют.
Какие оксиды реагируют с водой?
Из всех оксидов с водой реагируют
только:
1) все активные основные оксиды (оксиды ЩМ и ЩЗМ);
2) все кислотные оксиды, кроме диоксида кремния (SiO 2);
т.е. из вышесказанного следует, что с водой точно не реагируют
:
1) все малоактивные основные оксиды;
2) все амфотерные оксиды;
3) несолеобразующие оксиды (NO, N 2 O, CO, SiO).
Способность определить то, какие оксиды могут реагировать с водой даже без умения писать соответствующие уравнения реакций, уже позволяет получить баллы за некоторые вопросы тестовой части ЕГЭ.
Теперь давайте разберемся, как же все-таки те или иные оксиды реагируют с водой, т.е. научимся писать соответствующие уравнения реакций.
Активные основные оксиды , реагируя с водой, образуют соответствующие им гидроксиды. Напомним, что соответствующим оксиду металла является такой гидроксид, который содержит металл в той же степени окисления, что и оксид. Так, например, при реакции с водой активных основных оксидов K +1 2 O и Ba +2 O образуются соответствующие им гидроксиды K +1 OH и Ba +2 (OH) 2:
K 2 O + H 2 O = 2KOH – гидроксид калия
BaO + H 2 O = Ba(OH) 2 – гидроксид бария
Все гидроксиды, соответствующие активным основным оксидам (оксидам ЩМ и ЩЗМ), относятся к щелочам. Щелочами называют все хорошо растворимые в воде гидроксиды металлов, а также малорастворимый гидроксид кальция Ca(OH) 2 (как исключение).
Взаимодействие кислотных оксидов с водой так же, как и реакция активных основных оксидов с водой, приводит к образованию соответствующих гидроксидов. Только в случае кислотных оксидов им соответствуют не основные, а кислотные гидроксиды, чаще называемые кислородсодержащими кислотами . Напомним, что соответствующей кислотному оксиду является такая кислородсодержащая кислота, которая содержит кислотообразующий элемент в той же степени окисления, что и в оксиде.
Таким образом, если мы, например, хотим записать уравнение взаимодействия кислотного оксида SO 3 с водой, прежде всего мы должны вспомнить основные, изучаемые в рамках школьной программы, серосодержащие кислоты. Таковыми являются сероводородная H 2 S, сернистая H 2 SO 3 и серная H 2 SO 4 кислоты. Cероводородная кислота H 2 S, как легко заметить, не является кислородсодержащей, поэтому ее образование при взаимодействии SO 3 с водой можно сразу исключить. Из кислот H 2 SO 3 и H 2 SO 4 серу в степени окисления +6, как в оксиде SO 3 , содержит только серная кислота H 2 SO 4 . Поэтому именно она и будет образовываться в реакции SO 3 с водой:
H 2 O + SO 3 = H 2 SO 4
Аналогично оксид N 2 O 5 , содержащий азот в степени окисления +5, реагируя с водой, образует азотную кислоту HNO 3 , но ни в коем случае не азотистую HNO 2 , поскольку в азотной кислоте степень окисления азота, как и в N 2 O 5 , равна +5, а в азотистой — +3:
N +5 2 O 5 + H 2 O = 2HN +5 O 3
Взаимодействие оксидов друг с другом
Прежде всего нужно четко усвоить тот факт, что среди солеобразующих оксидов (кислотных, основных, амфотерных) практически никогда не протекают реакции между оксидами одного класса, т.е. в подавляющем большинстве случаев невозможно взаимодействие:
1) основный оксид + основный оксид ≠
2) кислотный оксид + кислотный оксид ≠
3) амфотерный оксид + амфотерный оксид ≠
В то время, как практически всегда возможно взаимодействие между оксидами, относящимися к разным типам, т.е. практически всегда протекают реакции между:
1) основным оксидом и кислотным оксидом;
2) амфотерным оксидом и кислотным оксидом;
3) амфотерным оксидом и основным оксидом.
В результате всех таких взаимодействий всегда продуктом является средняя (нормальная) соль.
Рассмотрим все указанные пары взаимодействий более детально.
В результате взаимодействия:
Me x O y + кислотный оксид, где Me x O y – оксид металла (основный или амфотерный)
образуется соль, состоящая из катиона металла Me (из исходного Me x O y) и кислотного остатка кислоты, соответствующей кислотному оксиду.
Для примера попробуем записать уравнения взаимодействия следующих пар реагентов:
Na 2 O + P 2 O 5 и Al 2 O 3 + SO 3
В первой паре реагентов мы видим основный оксид (Na 2 O) и кислотный оксид (P 2 O 5). Во второй – амфотерный оксид (Al 2 O 3) и кислотный оксид (SO 3).
Как уже было сказано, в результате взаимодействия основного/амфотерного оксида с кислотным образуется соль, состоящая из катиона металла (из исходного основного/амфотерного оксида) и кислотного остатка кислоты, соответствующей исходному кислотному оксиду.
Таким образом, при взаимодействии Na 2 O и P 2 O 5 должна образоваться соль, состоящая из катионов Na + (из Na 2 O) и кислотного остатка PO 4 3- , поскольку оксиду P +5 2 O 5 соответствует кислота H 3 P +5 O 4 . Т.е. в результате такого взаимодействия образуется фосфат натрия:
3Na 2 O + P 2 O 5 = 2Na 3 PO 4 — фосфат натрия
В свою очередь, при взаимодействии Al 2 O 3 и SO 3 должна образоваться соль, состоящая из катионов Al 3+ (из Al 2 O 3) и кислотного остатка SO 4 2- , поскольку оксиду S +6 O 3 соответствует кислота H 2 S +6 O 4 . Таким образом, в результате данной реакции получается сульфат алюминия:
Al 2 O 3 + 3SO 3 = Al 2 (SO 4) 3 — сульфат алюминия
Более специфическим является взаимодействие между амфотерными и основными оксидами. Данные реакции осуществляют при высоких температурах, и их протекание возможно благодаря тому, что амфотерный оксид фактически берет на себя роль кислотного. В результате такого взаимодействия образуется соль специфического состава, состоящая из катиона металла, образующего исходный основный оксид и «кислотного остатка»/аниона, в состав которого входит металл из амфотерного оксида. Формулу такого «кислотного остатка»/аниона в общем виде можно записать как MeO 2 x — , где Me – металл из амфотерного оксида, а х = 2 в случае амфотерных оксидов с общей формулой вида Me +2 O (ZnO, BeO, PbO) и x = 1 – для амфотерных оксидов с общей формулой вида Me +3 2 O 3 (например, Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 и Fe 2 O 3).
Попробуем записать в качестве примера уравнения взаимодействия
ZnO + Na 2 O и Al 2 O 3 + BaO
В первом случае ZnO является амфотерным оксидом с общей формулой Me +2 O, а Na 2 O – типичный основный оксид. Согласно сказанному выше, в результате их взаимодействия должна образоваться соль, состоящая из катиона металла, образующего основный оксид, т.е. в нашем случае Na + (из Na 2 O) и «кислотного остатка»/аниона c формулой ZnO 2 2- , поскольку амфотерный оксид имеет общую формулу вида Me +2 O. Таким образом, формула получаемой соли при соблюдении условия электронейтральности одной ее структурной единицы («молекулы») будет иметь вид Na 2 ZnO 2:
ZnO + Na 2 O =t o => Na 2 ZnO 2
В случае взаимодействующей пары реагентов Al 2 O 3 и BaO первое вещество является амфотерным оксидом с общей формулой вида Me +3 2 O 3 , а второе — типичным основным оксидом. В этом случае образуется соль, содержащая катион металла из основного оксида, т.е. Ba 2+ (из BaO) и «кислотного остатка»/аниона AlO 2 — . Т.е. формула получаемой соли при соблюдении условия электронейтральности одной ее структурной единицы («молекулы») будет иметь вид Ba(AlO 2) 2 , а само уравнение взаимодействия запишется как:
Al 2 O 3 + BaO =t o => Ba(AlO 2) 2
Как мы уже писали выше, практически всегда протекает реакция:
Me x O y + кислотный оксид ,
где Me x O y – либо основный, либо амфотерный оксид металла.
Однако следует запомнить два «привередливых» кислотных оксида – углекислый газ (CO 2) и сернистый газ (SO 2). «Привередливость» их заключается в том, что несмотря на явные кислотные свойства, активности CO 2 и SO 2 недостаточно для их взаимодействия с малоактивными основными и амфотерными оксидами. Из оксидов металлов они реагируют только с активными основными оксидами (оксидами ЩМ и ЩЗМ). Так, например, Na 2 O и BaO, являясь активными основными оксидами, могут с ними реагировать:
CO 2 + Na 2 O = Na 2 CO 3
SO 2 + BaO = BaSO 3
В то время, как оксиды CuO и Al 2 O 3 , не относящиеся к активным основным оксидам, в реакцию с CO 2 и SO 2 не вступают:
CO 2 + CuO ≠
CO 2 + Al 2 O 3 ≠
SO 2 + CuO ≠
SO 2 + Al 2 O 3 ≠
Взаимодействие оксидов с кислотами
С кислотами реагируют основные и амфотерные оксиды. При этом образуются соли и вода:
FeO + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2 O
Несолеобразующие оксиды не реагируют с кислотами вообще, а кислотные оксиды не реагируют с кислотами в большинстве случаев.
Когда все-таки кислотный оксид реагирует с кислотой?
Решая часть ЕГЭ с вариантами ответа, вы должны условно считать, что кислотные оксиды не реагируют ни с кислотными оксидами, ни с кислотами, за исключением следующих случаев:
1) диоксид кремния, будучи кислотным оксидом, реагирует с плавиковой кислотой, растворяясь в ней. В частности, благодаря этой реакции в плавиковой кислоте можно растворить стекло. В случае избытка HF уравнение реакции имеет вид:
SiO 2 + 6HF = H 2 + 2H 2 O ,
а в случае недостатка HF:
SiO 2 + 4HF = SiF 4 + 2H 2 O
2) SO 2 , будучи кислотным оксидом, легко реагирует с сероводородной кислотой H 2 S по типу сопропорционирования :
S +4 O 2 + 2H 2 S -2 = 3S 0 + 2H 2 O
3) Оксид фосфора (III) P 2 O 3 может реагировать с кислотами-окислителями, к которым относятся концентрированная серная кислота и азотная кислота любой концентрации. При этом степень окисления фосфора повышается от значения +3 до +5:
| P 2 O 3 | + | 2H 2 SO 4 | + | H 2 O | =t o => | 2SO 2 | + | 2H 3 PO 4 |
| (конц.) |
| 3 P 2 O 3 | + | 4HNO 3 | + | 7 H 2 O | =t o => | 4NO | + | 6 H 3 PO 4 |
| (разб.) |
| 2HNO 3 | + | 3SO 2 | + | 2H 2 O | =t o => | 3H 2 SO 4 | + | 2NO |
| (разб.) |
Взаимодействие оксидов с гидроксидами металлов
С гидроксидами металлов как основными, так и амфотерными реагируют кислотные оксиды. При этом образуется соль, состоящая из катиона металла (из исходного гидроксида металла) и кислотного остатка кислоты, соответствующей кислотному оксиду.
SO 3 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + H 2 O
Кислотные оксиды, которым соответствуют многоосновные кислоты, с щелочами могут образовывать как нормальные, так и кислые соли:
CO 2 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + H 2 O
CO 2 + NaOH = NaHCO 3
P 2 O 5 + 6KOH = 2K 3 PO 4 + 3H 2 O
P 2 O 5 + 4KOH = 2K 2 HPO 4 + H 2 O
P 2 O 5 + 2KOH + H 2 O = 2KH 2 PO 4
«Привередливые» оксиды CO 2 и SO 2 , активности которых, как уже было сказано, не хватает для протекания их реакции с малоактивными основными и амфотерными оксидами, тем не менее, реагируют с большей частью соответствующих им гидроксидов металлов. Точнее, углекислый и сернистый газы взаимодействуют с нерастворимыми гидроксидами в виде их суспензии в воде. При этом образуются только осно вные соли, называемые гидроксокарбонатами и гидроксосульфитами, а образование средних (нормальных) солей невозможно:
2Zn(OH) 2 + CO 2 = (ZnOH) 2 CO 3 + H 2 O (в растворе)
2Cu(OH) 2 + CO 2 = (CuOH) 2 CO 3 + H 2 O (в растворе)
Однако с гидроксидами металлов в степени окисления +3, например, такими, как Al(OH) 3 , Cr(OH) 3 и т.д., углекислый и сернистый газ не реагируют вовсе.
Следует отметить также особую инертность диоксида кремния (SiO 2), в природе наиболее часто встречаемого в виде обычного песка. Данный оксид является кислотным, однако из гидроксидов металлов способен реагировать только с концентрированными (50-60%) растворами щелочей, а также с чистыми (твердыми) щелочами при сплавлении. При этом образуются силикаты:
2NaOH + SiO 2 =t o => Na 2 SiO 3 + H 2 O
Амфотерные оксиды из гидроксидов металлов реагируют только со щелочами (гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов). При этом при проведении реакции в водных растворах образуются растворимые комплексные соли:
ZnO + 2NaOH + H 2 O = Na 2 — тетрагидроксоцинкат натрия
BeO + 2NaOH + H 2 O = Na 2 — тетрагидроксобериллат натрия
Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na — тетрагидроксоалюминат натрия
Cr 2 O 3 + 6NaOH + 3H 2 O = 2Na 3 — гексагидроксохромат (III) натрия
А при сплавлении этих же амфотерных оксидов со щелочами получаются соли, состоящие из катиона щелочного или щелочноземельного металла и аниона вида MeO 2 x — , где x = 2 в случае амфотерного оксида типа Me +2 O и x = 1 для амфотерного оксида вида Me 2 +2 O 3:
ZnO + 2NaOH =t o => Na 2 ZnO 2 + H 2 O
BeO + 2NaOH =t o => Na 2 BeO 2 + H 2 O
Al 2 O 3 + 2NaOH =t o => 2NaAlO 2 + H 2 O
Cr 2 O 3 + 2NaOH =t o => 2NaCrO 2 + H 2 O
Fe 2 O 3 + 2NaOH =t o => 2NaFeO 2 + H 2 O
Следует отметить, что соли, получаемые сплавлением амфотерных оксидов с твердыми щелочами, могут быть легко получены из растворов соответствующих комплексных солей их упариванием и последующим прокаливанием:
Na 2 =t o => Na 2 ZnO 2 + 2H 2 O
Na =t o => NaAlO 2 + 2H 2 O
Взаимодействие оксидов со средними солями
Чаще всего средние соли с оксидами не реагируют.
Однако следует выучить следующие исключения из данного правила, часто встречающиеся на экзамене.
Одним из таких исключений является то, что амфотерные оксиды, а также диоксид кремния (SiO 2) при их сплавлении с сульфитами и карбонатами вытесняют из последних сернистый (SO 2) и углекислый (CO 2) газы соответственно. Например:
Al 2 O 3 + Na 2 CO 3 =t o => 2NaAlO 2 + CO 2
SiO 2 + K 2 SO 3 =t o => K 2 SiO 3 + SO 2
Также к реакциям оксидов с солями можно условно отнести взаимодействие сернистого и углекислого газов с водными растворами или взвесями соответствующих солей — сульфитов и карбонатов, приводящее к образованию кислых солей:
Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O = 2NaHCO 3
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2
Также сернистый газ при пропускании его через водные растворы или взвеси карбонатов вытесняет из них углекислый газ благодаря тому, что сернистая кислота является более сильной и устойчивой кислотой, чем угольная:
K 2 СO 3 + SO 2 = K 2 SO 3 + CO 2
ОВР с участием оксидов
Восстановление оксидов металлов и неметаллов
Аналогично тому, как металлы могут реагировать с растворами солей менее активных металлов, вытесняя последние в свободном виде, оксиды металлов при нагревании также способны реагировать с более активными металлами.
Напомним, что сравнить активность металлов можно либо используя ряд активности металлов, либо, если одного или сразу двух металлов нет в ряду активности, по их положению относительно друг друга в таблице Менделеева: чем ниже и левее металл, тем он более активен. Также полезно помнить, что любой металл из семейства ЩМ и ЩЗМ будет всегда активнее металла, не являющегося представителем ЩМ или ЩЗМ.
В частности, на взаимодействии металла с оксидом менее активного металла основан метод алюмотермии, используемый в промышленности для получения таких трудновосстанавливаемых металлов, как хром и ванадий:
Cr 2 O 3 + 2Al =t o => Al 2 O 3 + 2Cr
При протекании процесса алюмотермии образуется колоссальное количество тепла, а температура реакционной смеси может достигать более 2000 o C.
Также оксиды практически всех металлов, находящихся в ряду активности правее алюминия, могут быть восстановлены до свободных металлов водородом (H 2), углеродом (C) и угарным газом (CO) при нагревании. Например:
Fe 2 O 3 + 3CO =t o => 2Fe + 3CO 2
CuO + C =t o => Cu + CO
FeO + H 2 =t o => Fe + H 2 O
Следует отметить, что в случае, если металл может иметь несколько степеней окисления, при недостатке используемого восстановителя возможно также неполное восстановление оксидов. Например:
Fe 2 O 3 + CO =t o => 2FeO + CO 2
4CuO + C =t o => 2Cu 2 O + CO 2
Оксиды активных металлов (щелочных, щелочноземельных, магния и алюминия) с водородом и угарным газом не реагируют .
Однако оксиды активных металлов реагируют с углеродом, но иначе, чем оксиды менее активных металлов.
В рамках программы ЕГЭ, чтобы не путаться, следует считать, что в результате реакции оксидов активных металлов (до Al включительно) с углеродом образование свободного ЩМ, ЩЗМ, Mg, а также Al невозможно. В таких случаях происходит образование карбида металла и угарного газа. Например:
2Al 2 O 3 + 9C =t o => Al 4 C 3 + 6CO
CaO + 3C =t o => CaC 2 + CO
Оксиды неметаллов нередко могут быть восстановлены металлами до свободных неметаллов. Так, например, оксиды углерода и кремния при нагревании реагируют с щелочными, щелочноземельными металлами и магнием:
CO 2 + 2Mg =t o => 2MgO + C
SiO 2 + 2Mg =t o => Si + 2MgO
При избытке магния последнее взаимодействие может приводить также к образованию силицида магния Mg 2 Si:
SiO 2 + 4Mg =t o => Mg 2 Si + 2MgO
Оксиды азота могут быть относительно легко восстановлены даже менее активными металлами, например, цинком или медью:
Zn + 2NO =t o => ZnO + N 2
NO 2 + 2Cu =t o => 2CuO + N 2
Взаимодействие оксидов с кислородом
Для того чтобы в заданиях реального ЕГЭ суметь ответить на вопрос, реагирует ли какой-либо оксид с кислородом (O 2), прежде всего нужно запомнить, что оксиды, способные реагировать с кислородом (из тех, что могут попасться вам на самом экзамене) могут образовать только химические элементы из списка:
Встречающиеся в реальном ЕГЭ оксиды любых других химических элементов с кислородом реагировать не будут (!) .
Для более наглядного удобного запоминания перечисленных выше списка элементов, на мой взгляд, удобна следующая иллюстрация:
Все химические элементы, способные образовывать оксиды, реагирующие с кислородом (из встречающегося на экзамене)
В первую очередь, среди перечисленных элементов следует рассмотреть азот N, т.к. отношение его оксидов к кислороду заметно отличается от оксидов остальных элементов приведенного выше списка.
Следует четко запомнить тот факт, что всего азот способен образовать пять оксидов, а именно:
Из всех оксидов азота с кислородом может реагировать только NO. Данная реакция протекает очень легко при смешении NO как с чистым кислородом, так и с воздухом. При этом наблюдается быстрое изменение окраски газа с бесцветной (NO) на бурую (NO 2):
| 2NO | + | O 2 | = | 2NO 2 |
| бесцветный | бурый |
Для того чтобы дать ответ на вопрос — реагирует ли с кислородом какой-либо оксид любого другого из перечисленных выше химических элементов (т.е. С, Si , P , S , Cu , Mn , Fe , Cr ) — прежде всего обязательно нужно запомнить их основные степени окисления (СО). Вот они:
Далее нужно запомнить тот факт, что из возможных оксидов указанных выше химических элементов, с кислородом будут реагировать только те, которые содержат элемент в минимальной, среди указанных выше, степени окисления. При этом степень окисления элемента повышается до ближайшего положительного значения из возможных:
| элемент |
Отношение его оксидов к кислороду |
| С | Минимальная среди основных положительных степеней окисления углерода равна +2
, а ближайшая к ней положительная — +4
. Таким образом, с кислородом из оксидов C +2 O и C +4 O 2 реагирует только CO. При этом протекает реакция:
2C +2 O + O 2 =t o => 2C +4 O 2 CO 2 + O 2 ≠ — реакция невозможна в принципе, т.к. +4 – высшая степень окисления углерода. |
| Si | Минимальная среди основных положительных степеней окисления кремния равна +2, а ближайшая к ней положительная — +4. Таким образом, с кислородом из оксидов Si +2 O и Si +4 O 2 реагирует только SiO. Из-за некоторых особенностей оксидов SiO и SiO 2 возможно окисление лишь части атомов кремния в оксиде Si +2 O. Т.е. в результате его взаимодействия с кислородом, образуется смешанный оксид, содержащий как кремний в степени окисления +2, так и кремний в степени окисления +4, а именно Si 2 O 3 (Si +2 O·Si +4 O 2):
4Si +2 O + O 2 =t o => 2Si +2 ,+4 2 O 3 (Si +2 O·Si +4 O 2) SiO 2 + O 2 ≠ — реакция невозможна в принципе, т.к. +4 – высшая степень окисления кремния. |
| P | Минимальная среди основных положительных степеней окисления фосфора равна +3, а ближайшая к нему положительная — +5. Таким образом, с кислородом из оксидов P +3 2 O 3 и P +5 2 O 5 реагирует только P 2 O 3 . При этом протекает реакция доокисления фосфора кислородом от степени окисления +3 до степени окисления +5:
P +3 2 O 3 + O 2 =t o => P +5 2 O 5 P +5 2 O 5 + O 2 ≠ — реакция невозможна в принципе, т.к. +5 – высшая степень окисления фосфора. |
| S | Минимальная среди основных положительных степеней окисления серы равна +4, а ближайшая к ней по значению положительная — +6. Таким образом, с кислородом из оксидов S +4 O 2 , S +6 O 3 реагирует только SO 2 . При этом протекает реакция:
2S +4 O 2 + O 2 =t o => 2S +6 O 3 2S +6 O 3 + O 2 ≠ — реакция невозможна в принципе, т.к. +6 – высшая степень окисления серы. |
| Cu | Минимальная среди положительных степеней окисления меди равна +1, а ближайшая к ней по значению — положительная (и единственная) +2. Таким образом, с кислородом из оксидов Cu +1 2 O, Cu +2 O реагирует только Cu 2 O. При этом протекает реакция:
2Cu +1 2 O + O 2 =t o => 4Cu +2 O CuO + O 2 ≠ — реакция невозможна в принципе, т.к. +2 – высшая степень окисления меди. |
| Cr | Минимальная среди основных положительных степеней окисления хрома равна +2, а ближайшая к ней по значению положительная равна +3. Таким образом, с кислородом из оксидов Cr +2 O, Cr +3 2 O 3 и Cr +6 O 3 реагирует только CrO, при этом окисляясь кислородом до соседней (из возможных) положительной степени окисления, т.е. +3:
4Cr +2 O + O 2 =t o => 2Cr +3 2 O 3 Cr +3 2 O 3 + O 2 ≠ — реакция не протекает, несмотря на то что существует оксид хрома и в большей, чем +3, степени окисления (Cr +6 O 3). Невозможность протекания данной реакции связана с тем, что требуемый для ее гипотетического осуществления нагрев сильно превышает температуру разложения оксида CrO 3 . Cr +6 O 3 + O 2 ≠ — данная реакция не может протекать в принципе, т.к. +6 – высшая степень окисления хрома. |
| Mn | Минимальная среди основных положительных степеней окисления марганца равна +2, а ближайшая к ней положительная — +4. Таким образом, с кислородом из возможных оксидов Mn +2 O, Mn +4 O 2 , Mn +6 O 3 и Mn +7 2 O 7 реагирует только MnO, при этом окисляясь кислородом до соседней (из возможных) положительной степени окисления, т.е. +4:
2Mn +2 O + O 2 =t o => 2Mn +4 O 2 в то время, как: Mn +4 O 2 + O 2 ≠ и Mn +6 O 3 + O 2 ≠ — реакции не протекают, несмотря на то что существует оксид марганца Mn 2 O 7 , содержащий Mn в большей, чем +4 и +6, степени окисления. Связанно это с тем, что требуемый для дальнейшего гипотетического окисления оксидов Mn +4 O 2 и Mn +6 O 3 нагрев существенно превышает температуру разложения получаемых оксидов MnO 3 и Mn 2 O 7. Mn +7 2 O 7 + O 2 ≠ — данная реакция невозможна в принципе, т.к. +7 – высшая степень окисления марганца. |
| Fe | Минимальная среди основных положительных степеней окисления железа равна +2
, а ближайшая к ней среди возможных — +3
. Несмотря на то что для железа существует степень окисления +6, кислотного оксида FeO 3 , впрочем, как и соответствующей ему «железной» кислоты не существует.
Таким образом, из оксидов железа с кислородом могут реагировать только те оксиды, которые содержат Fe в степени окисления +2. Это либо оксид Fe +2 O, либо смешанный оксид железа Fe +2 ,+3 3 O 4 (железная окалина):
смешанный оксид Fe +2,+3 3 O 4 может быть доокислен до Fe +3 2 O 3:
Fe +3 2 O 3 + O 2 ≠ — протекание данной реакции невозможно в принципе, т.к. оксидов, содержащих железо в степени окисления выше, чем +3, не существует. |
Химические свойства воды
Взаимодействие воды с металлами.
Если в цилиндр с водой опустить стружки кальция, то от поверхности кальция начнут отрываться пузырьки газа, как от поверхности цинка, помещен-ного в раствор серной кислоты. При поднесении зажженной лучинки к отверстию цилиндра мы будем наблюдать вспышки. Это горит водород. Вода в цилиндре мутнеет. Появившиеся в цилиндре белые взвешенные частицы - гидроксид кальция Са(ОН)2. Протекающая реакция выражается уравнением:
Са + 2Н 2 0 = 2Са (ОН) 2 + Н 2
При этой реакции из молекулы воды Н 2 О, которую можно представить как Н-ОН (группа - ОН - гидроксогруппа), -ОН переходит в состав гидроксида кальция. Так как атом кальция двухвалентен, то он вытесняет из двух молекул воды два атома водорода, а оставшиеся две группы -ОН соединяются с атомом кальция.
Еще энергичнее протекает реакция натрия с водой. Опустим кусочек натрия в стакан с водой. Натрий всплывает на ее поверхность, плавится, превращаясь в блестящую каплю. Она быстроперемещаетсяпоповерхностиводы,издаваяшипение и уменьшаясь в размерах. Выпарив раствор, мы обнаружим твердое белое вещество - гидроксид натрия NaOH
2Na + 2НОН = 2NaOH + Н 2
Натрий и кальций принадлежат к числу наиболее химически активных.
Взаимодействие воды с оксидами неметаллов .
Сожжем в бан-ке на ложечке красный фосфор. Прильем немного воды и подож-дем, пока получившийся оксид фосфора (V) Р 2 0 5 растворится. Добавим к раствору несколько капель фиолетового лакмуса. Лакмус окрасится в красный цвет. Значит, в растворе содер-житсякислота.Оксидфосфора(V)соединяетсясводой,и получается фосфорная кислота Н 3 Р0 4:
Р 2 0 5 + ЗН 2 0 = 2Н 3 Р0 4
Сожжем в банке, в которую налито немного воды, серу и получившийся раствор иссле-дуем раствором лакмуса. Он тоже окрасится в красный цвет. Оксид серы (IV) S0 2 , образовавшийся при сгорании серы, соединился с водой, и по-лучилась сернистаякислота:
S0 2 + H 2 0 = H 2 S0 2
Оксид се-ры (VI), взаимодействуя с водой, образует серную кисло-ту H 2 S0 4:
SO 2 + Н 2 О = H 2 S0 4
Азот может образовать ок-сид N205, при взаимодействии которого с водой образуется азотная кислота:
N 2 0 5 + Н 2 0 = 2HN0 3
Соединения оксидов неметаллов с водой относят к кислотам.
Взаимодействие воды с оксидами металлов.
Рассмотрим те-перь отношение к воде оксидов металлов. Насыплем в стакан-чики оксид меди СиО, оксид железа Fe 2 0 3 , оксид цинка ZnO и оксид кальция СаО и прильем в каждый немного воды. Оксиды меди, железа и цинка в воде не растворяются и не соединяются с ней. Иначе ведет себя оксид кальция, или негашеная из-весть.
При обливании кусков негашеной извести водой наблюдается такое сильное разогревание, что часть воды превращается в пар, а куски негашеной извести, рассыпаясь, превращаются в сухой рыхлый порошок - гашеную известь, или гидроксид кальцияCa(OH) 2:
СаО + Н 2 0 = Са(ОН) 2
Подобно оксиду кальция, соединяются с водой оксиды нат-рия и калия:
Na 2 0 + H 2 0 = 2NaOH
К 2 0+Н 2 0 = 2КОН
При этих реакциях образуются гидроксид натрия NaOH и гидроксид калия КОН.
Таким образом, одни оксиды металлов не реагируют с водой (их большинство) другие (оксид калия, оксид натрия, оксид кальция, оксид бария и др.) соединяются с ней, образуя гидроксиды, которые относятся к основаниям.
(Неорганическая химия 7-8 класс автор Ю. В. Ходаков и др.)
