загрузка...
 
11.2. Оксиды
Повернутись до змісту

11.2. Оксиды

Почти все химические элементы образуют соединения с кислородом, но не все кислородсодержащие вещества являются оксидами. Оксидом считается такое соединение, в котором атомы кислорода не связаны друг с другом непосредственно и находятся в минимальной степени окисления. Например, Na2O–2, BaO–2 и др.

Оксиды – это сложные неорганические соединения, содержащие атомы двух элементов, один из которых является кислородом в степени окисления –2.

Графические формулы. Для изображения расположения атомов и связей в оксиде используют графические формулы. Например, графические формулы оксидов:

элементов с валентностями один (Na2О), два (NО), три (Al2О3) и четыре (СО2):

                  

элементов с валентностями пять (P2O5), шесть (SO3), семь (Mn2O7) и восемь (OsO4):

                         

Номенклатура оксидов. В соответствии с международной номенклатурой названия оксидов состоят из названия элемента с указанием его валентности и слова «оксид», например: NO – оксид азота (ІІ), MnO2 – оксид марганца (IV). Если элемент проявляет постоянную валентность, то ее обычно не указывают: ВаО – оксид бария, Na2О – оксид натрия. Многие оксиды имеют тривиальные названия. Например: сурик (Pb3O4), глёт (PbO), жженая магнезия (MgO), железная окалина (Fe3O4), негашеная известь (CaO), белый мышьяк (As2O3), веселящий газ (N2O), угарный газ (СО), углекислый газ СО2 и т. д. Для некоторых кислотных оксидов применяется еще полусистематичная номенклатура: название оксида происходит от соответствующей кислоты с добавленим слова «ангидрид». Например, серный ангидрид SO3 (соответствует серной кислоте H2SO4) фосфорный ангидрид P2O5 (соотвествует фосфорной кислоте H3PO4), кремниевый ангидрид SiO2 (соответствует кремниевой кислоте H2SiO3).

Классификация оксидов. По химическим особенностям оксиды подразделяются на несколько групп (рис. 11.2).

Несолеобразущие оксиды, которые не имеют своих гидроксидов (кислот или оснований) и не вступают в реакции ионнного обмена. Среди них выделяют группу индиффирентных оксидов (например, СО, NO, N2O, SiO), которые не образуют солей.

Рисунок 11.2 – Классификация оксидов

Солеобразующие оксиды бывают кислотными, основными и амфотерными.

Основные – это оксиды типичных металлов в степенях окисления +1, +2 и очень редко +3. Основным оксидам соответствуют основания, например, оксидам Na2O, Cu2O, MgO отвечают основания NaOH, CuOH, Mg(OH)2.

Кислотные – это оксиды неметаллов или металлов в высоких степенях окисления (+5, +6, +7). Всем кислотным оксидам соответствуют кислоты. Например, CrO3 – кислотный оксид, ему отвечает хромовая кислота H2CrO4, оксиду SO2 – кислота H2SO3, оксиду SO3 – кислота H2SO4, оксиду СО2 – кислота H2CO3, оксиду Р2О5 – кислота H3PO4. Именно поэтому кислотные оксиды называются ангидридами (что обозначает «без воды»). Так, при отщеплении воды от сернистой кислоты H2SO3 (или SO2.H2O) образуется сернистый ангидрид SO2 – оксид серы (IV).

Амфотерные – это оксиды, которые могут проявлять свойства как кислотных, так и основных оксидов. Амфотерными чаще всего бывают оксиды p- или d-металлов, например, ZnO, Al2O3, Cr2O3, которым соответствуют амфотерные основания Zn(OH)2, Al(OH)3, Cr(OH)3. Единственным амфотерным оксидом s-металла является оксид бериллия ВеО.

Солеподобные оксиды – бывают двух типов:

двойные оксиды, содержащие атомы одного метала в разных степенях окисления. Например: Fe3O4 (или Fe+2O·Fe2+3O3), Co3O4 (или Co+2O·Co2+2O3), Pb3O4 (или Pb+4O2·2Pb+2O), Pb2O3 (или Pb+4O2·Pb+2O);

смешанные оксиды, в состав которых входят атомы металлов и неметаллов. Например: тальк 3MgO·4SiO2·H2O, изумруд 3BeO·Al2O3·6SiO2.

Для определения группы и подгруппы, к которым относится тот или иной оксид, удобно пользоваться графической схемой (рис. 11.3).

Рисунок 11.3 – Определение типа оксида

Физические свойства оксидов очень разнообразны. При обычных условиях они могут находиться в разных агрегатных состояниях. Например, основные оксиды Na2O, CaO, FeO, Fe2O3 и кислотные оксиды As2O3, As2O5, P2O5 – твердые вещества, СО2, NO2, SO2 – газообразные, N2O5, SO3 – жидкие. Плотности, температуры плавления и кипения тоже изменяются в широких пределах. Большинство оксидов проявляют стойкость к нагреванию (кроме HgO и оксидов благородных металлов) и не растворяются в воде. Исключение – некоторые кислотные оксиды и оксиды активных металлов, при растворении которых происходит химическое взаимодействие оксида с Н2О и образование растворимых гидроксидов. Оксиды щелочных, щелочноземельных и некоторых других металлов (Al, Zn, Ti) имеют белый цвет, другие оксиды окрашены в разные цвета (рис. 11.4).

Al2O3

ZnO

MgO

TiO2

 Cr2O3

CrO3

MnO

MnO2

PbO

Pb3O4

 HgO

SiO2

 

 CuO

Cu2O

VO2

 V2O5

 NO2

 

Bi2O3

 CdO

Fe2O3

Рисунок 11.4 – Цвет некоторых оксидов

Химические свойства оксидов очень индивидуальны, они зависят от типа оксида, его состава и строения. У солеобразующих оксидов имеются общие характеристики (табл. 11.1).

Таблица 11.1 – Химические свойства солеобразующих оксидов

Основные оксиды

Кислотные оксиды

Амфотерные оксиды

1. Отношение к воде

С водой взаимодействуют только оксиды щелочных и щелочноземельных металлов с образованием щелочей:

Na2O + H2O  2NaOH;

СаО + H2O  Са(ОН)2.

Оксиды других металлов при обычных условиях с водой не реагируют:

FeO + H2O  реакция не идет

Растворимые кислотные оксиды взаимодействуют с водой и образуют кислородсодержащие кислоты:

SO3 + H2O  H2SO4;

SO2 + H2O  H2SO3.

Некоторые оксиды с водой могут давать несколько кислот:

Р2О5 + H2O 2НРО3;

Р2О5 + 2H2O Н4Р2О7;

Р2О5 + 3H2O 2Н3РО4

Амфотерные оксиды с водой не взаимодействуют:

ZnO + H2O  реакция не идет

2. Отношение к кислотам

C кислотами основные оксиды вступают в реакцию нейтрализации, образуя соль и воду:

Na2O + 2HСl  2NaCl +H2O,

СаО + 2HNO3Ca(NO3)2+ H2O

Кислотные оксиды не взаимодействуют с кислотами:

SO3 + HCl  нет реакции.

Исключение: оксиды с гигроскопичными свойствами, способные отщеплять воду от кислородсодержащих кислот, например:

P2O5 + 6HNO3 + 2H2O

 2H3PO4 + 3N2O5.

Кроме того, кислотные оксиды могут вступать в окислительно-восстановительные реакции (см. пункт 5)

При взаимодействии с кислотами амфотерные оксиды проявляют основные свойства:

Al2O3 + 3H2SO4  Al2(SO4)3 + 3H2O,

ZnO + 2HCl  ZnCl2 + H2O.

3. Отношение к щелочам

Основные оксиды со щелочами и другими основаними не взаимодействуют:

К2O + NaOH реакция не идет

 

Кислотные оксиды вступают со щелочами в реакцию нейтрализации с образованием соли и воды:

SO3 + 2NaOH  Na2SO4+H2O,

CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O.

Если оксиду отвечает многоосновная кислота, то в результате реакции образуются не только средние, но и кислые соли:

Р2О5 + 6КОН  2К3РО4 + 3H2O,

Р2О5 + 4КOН  2К2НРО4 + H2O,

Р2О5 + 2КOН + H2O  2КН2РО4

При сплавлении амфотерных оксидов с твердыми щелочами образуются средние соли:

Al2O3 + 2NaOH 2NaAlO2 + H2O,

ZnO + 2KOH  K2ZnO2 + H2O,

а при взаимодействии с растворами щелочей – комплексные соли:

Al2O3 + 4КOН + 3H2O  2K3[Al(OH)6].

ZnO + 2КOН+ H2O  K2[Zn(OH)4].

Реакции между оксидами

С кислотными оксидами:

К2O + CO2  K2CO3,

СаО + CO2   CaCO3.

С амфотерными оксидами:

Na2O + BeO  Na2BeO2,

Na2O + Al2O3   2NaAlO2

С основными оксидами:

SO2 + CaO  CaSO3,

Р2О5 + 3Na2O  2Na3PO4.

С амфотерными оксидами:

SO3 + BeO  BeSO4,

3SO3 + Al2O3  Al2(SO4)3

С кислотными оксидами:

Cr2O3 + CaO  Ca(CrO2)2.

С основными оксидами:

ZnO + Na2O  Na2ZnO2

Окислительно-восстановительные реакции

Восстановление основных оксидов до металлов:

Fe2+3O3+2Al02Fe0+Al2+3O3;

3Cu+2O + 2N–3H3  

 3Cu0 + N20+ 3H2O

и окисление до высших оксидов:

4Fe+2O + O20 2Fe2+3O3–2

Кислотные оксиды, содержащие атомы элемента в высоких степенях окисления, проявляют окислительные свойства:

S+6O3 + 2НІ–1І20 + S+4O2 + Н2О;

S+4O2+ 2Н2S–2  3S0 +2Н2О.

Если элемент находится в невысокой степени окисления, то кислотный оксид проявляет восстановительные свойства:

5S+4O2+2HI+5O3+ 4Н2О

 5H2S+6O3+І20

Почти все амфотерные оксиды способны восстанавливаться до металла:

Pb+2O + C+2O  Pb0 + C+4O2.

Окисление характерно для амфотерных оксидов, содержащих металл в промежуточной степени окисления:

Cr2+3O3 + 3Br20 + 10NaOH  

 2Na2Cr+6O4 + 6NaBr–1 + 5Н2О

Отдельно нужно рассмотреть кислотные оксиды NO2 и SiO2, которые имеют особенные свойства. Так, оксид азота (ІV) является ангидридом двух кислот одновременно (азотной HNO3 и азотистой HNO2), поэтому при его взаимодействии с водой образуется смесь кислот, а со щелочами – смесь солей:

2NO2 + H2O  HNO3+ HNO2,

2NO2 + 2NaOH  NaNO3+ NaNO2 + H2O.

Оксид кремния (ІV) SiO2 не растворяется в воде и в растворах щелочей:

SiO2+ H2О  реакция не идет,

SiO2+ NaOH  реакция не идет.

Способы получения оксидов приведены в табл. 11.2.

Таблица 11.2 – Способы получения оксидов

1. Прямое окисление простых веществ в атмосфере кислорода

Этот метод нельзя применять для получения оксидов щелочных металлов, а также оксидов металлов Sr и Ва, которые окисляются до пероксидов и надпероксидов:

2Na + O2  Na2O2,

2K + 2O2  K2O4.

Исключение – литий, который при контакте с кислородом дает оксид:

2Li + O2  Li2O

Окисление металлов

2Mg + O2  2MgO

Окисление неметаллов

S+ O2  SO2?,

2As + 3O2  2As2O3

2. Окисление или горение бинарных водородсодержащих соединений

Углеводородов

CH4 + 2O2  CO2? + 2H2O

Сероводорода

2H2S + 3O2  2SO2? + 2H2O

Аммиака

4NH3 + 5O2  4NO + 6H2O

Фосфина

2PH3 + 3O2  P2O3 + 3H2O

3.Обжиг серосодержащих бинарных соединений

Сульфидов

2ZnS + 3O2  2ZnO + 2SO2?,

CS2 + 3O2  CO2 + 2SO2?

Персульфидов

4FeS2 + 11O2  2Fe2O3 + 8SO2?

4. Разложение кислородсодержащих соединений при нагревании

Оснований.

Исключение: гидроксиды щелочных металлов (при нагревании не разлагаются, а переходят в жидкое состояние) и NH4OH, при разложении которого оксиды не образуются

Cu(OH)2  CuO + H2O,

2Fe(OH)3  Fe2O3 + 3H2O,

2Al(OH)3  Al2O3 + 3H2O

Кислот

 

H2SiO3  SiO2 + H2O;

4HNO3  4NO2? + 2H2O + O2?

Средних солей (особенно нитратов и карбонатов)

BaCO3  BaO + CO2?,

2Cu(NO3)2  2CuO + 4NO2? + O2?,

2AgNO3  2Ag + 2NO2? + O2?,

4FeSO4  2Fe2O3 + 4SO2? + O2?

Кислых солей

Ca(HCO3)2  CaO + 2CO2? + H2O;

Основных солей

(ZnOH)2CO3  2ZnO + CO2? + H2O

5. Из оксидов

Окисление низших оксидов в высшие и восстановление высших до низших

4FeO + O2  2Fe2O3

Fe2O3 + CO  2FeO + CO2?

6. Взаимодействие некоторых металлов с водой

Только при высокой температуре

2Al + 3H2O  Al2O3 + 3H2?,

Zn + H2O  ZnO + H2?

7. Взаимодействие солей с кислотными оксидами

Реакция идет только при нагревании, выделяется летучий оксид

Ca3(PO4)2 + 3SiO2 3CaSiO3 + P2O5?

8. Взаимодействие металлов с окислительными кислотами

См. § «Кислоты»

Zn + 4HNO3(конц.)  Zn(NO3)2 + 2NO2? + 2H2O

Ключевые слова и термины

Русский

Украинский

Английский

Французский

Арабский

бинарный

бінарий

binary

binaire

?????

избыток

надлишок

surplus

exc?s

????

кислородсодержащая кислота

оксигеновмісна кислота

oxyacid

oxyde

?????? ?????

кислота

кислота

acid

acide

????

обжиг

випалювання

roasting, burning;

tir

?????,?????

основание

основа

base

de base

?????

реакция нейтрализации

реакція нейтралізації

neutralization reaction

r?action de neutralisation

????? ???????

солеобразующий

солетворні

salifiable

salufiable

????? ????

(??? ????)

щелочь

луг

alkali

alcalin

??????

Контрольные вопросы

На какие основные классы подразделяются сложные неорганические соединения?

Какие соединения называются бинарными? Назовите типы бинарных соединений, в состав которых входят атомы элементов N, S, Si, C, P. Приведите примеры.

Дайте определение понятию «оксиды».

По каким признакам оксиды подразделяются на отдельные группы? Охарактеризуйте каждую группу оксидов.

Какие реакции протекают при взаимодействии с водой растворимых основных и кислотных оксидов?

С какими веществами основные и кислотные оксиды вступают в реакции нейтрализации?

Определите главный химический признак амфотерных оксидов.

Задания для самостоятельной работы

Предложенные задания имеют по четыре варианта ответов, из которых правильных может быть один или несколько.

Выберите формулу оксида:

            а) K2O4; б) KO3; в) K2O2; г) K2O.

Какому оксиду отвечает тривиальное название «угарный газ»:

            а) СО2;б) CO; в) P2O5; г) NО2?

Какие типы оксидов могут быть образованы металлами:

            а) только кислотные; б) только основные; в) только амфотерные; г) кислотные, основные и амфотерне?

К какой группе оксидов относятся соединения: Na2O, CaO, CuO:

            а) основные; б) кислотные; в) амфотерные; г) несолеобразующие?

Укажите формулу оксида марганца (VI):

            а) Mn2O7; б) MnO2; в) MnO3; г) Mn3O4.

Выберите формулу солеобразующего оксида:

            а) NO; б) N2O; в) CO; г) PbO2.

Выберите формулу несолеобразующего оксида:

            а) FeO; б) CrO; в) СО; г) ВаO.

Выберите формулу амфотерного оксида:

            а) FeO; б) CrO3; в) Р2O3; г) ZnO.

Укажите оксиды, которые являются ангидридами кислот:

            а) CO2; б) P2O5; в) NO2; г) SO2.

Выберите формулу кислотного оксида:

            а) FeO; б) CrO3; в) Al2O3; г) ZnO.

Выберите формулу основного оксида:

            а) FeO; б) CrO3; в) Р2O3; г) SO2.

Выберите формулу смешанного оксида:

            а) Fe3O4; б) CrO3; в) SO3; г) BaO2.

Ангидридом какой кислоты является оксид серы (IV):

            а) H2SO4; б) H2SO3; в) H2S2O3; г) H2S2O8?

Какой оксид соответствует двухромной кислоте Н2Cr2O7:

            а) Cr2O3; б) CrO; в) CrO3; г) CrO2?

Какому гидроксиду отвечает оксид технеция (VII):

            а) H2TcO4; б) HTcO4; в) Tc(OH)2; г) Tc(OH)2?

Какому гидроксиду отвечает оксид бария ВаО:

            а) Ba(OH)2; б) H2BaO2; в) Ba(OH)3; г) несолеобразующий оксид?

Укажите химический признак кислотного оксида по его способности вступать в реакции обмела:

            а) со щелочами; б) с кислотами; в) как с кислотами, так и со щелочами; г) с водой.

Укажите химический признак основного оксида по его способности взаимодействовать:

            а) только с солями; б) только с кислотами; в) как с кислотами, так и со щелочами; г) только со щелочами.

С каким веществом взаимодействут оксид кальция:

            а) оксид фосфора (V); б) оксид натрия; в) оксид железа (ІІ); г) оксид бария?

С каким веществом взаимодействут оксид алюминия:

            а) хлорид натрия; б) серная кислота; в) вода; г) сульфат бария?

Какой оксид при растворении в воде дает основание:

            а) СО2; б) СаО; в) Аl2О3; г) SO2?

Определите вещество Х, которое вступило в реакцию SO3 + Х  Fe2(SO4)3 + H2O:

            а) Fe(OH)3; б) Fe(OH)2; в) FeO;г) Fe3O4.

Определите вещество Х, которое вступило в реакцию Fe2O3 + Х  Fe2(SO4)3:

            а) H2SO3; б) H2SO4; в) SO2; г) SO3.

С каким веществом не взаимодействует оксид цинка:

            а) HCl; б) NaOH; в) H2O; г) H3PO4?

С каким веществом не взаимодействует оксид углерода (IV):

            а) H2O; б) H2SO4; в) NaOH; г) Na2CO3(водный раствор)?

Какие продукты могут образоваться в результате реакции между NaOH и СО2:

            а) Na2O и C; б) Н2О и Na2CO3; в) NaH и CO; г) NaНCO3?

Выберите пары оксидов, между которыми может протекать химическая реакція:

            а) СаО и SО3; б) SO2 и CrO3; в) К2О и ВаО; г) СО2 и MgO.

Выберите оксиды, которые реагируют с водой:

            а) СО; б) К2О; в) СО2; г) Аl2О3.

Продуктом какой реакции может быть оксид углерода (IV):

            а) CaCO3 ...; б) Na2CO3 + SiO2 ...; в) CH4 + O2 ...; г) Na2CO3 + HCl ...?

При разложении какой соли образуется оксид:

            а) К2S; б) CaCO3; б) АlCl3; г) NH4NO3?

Какой оксид способен окисляться до более высокой степени окисления:

            а) Cl2O3; б) MnO3; в) SO3; г) Al2O3?

При разложении какого основания образуется оксид:

            а) NaOH; б) Cu(OH)2; в) NH4OH; г) Fe(OH)3?



загрузка...