Основные классы неорганических соединений (часть I: оксиды, основные и амфотерные гидроксиды)
Цель работы: усвоение классификации и взаимосвязи между основными классами неорганических соединений; получение неорганических соединений и изучение их свойств.
Оборудование и реактивы: спиртовка, штатив с бюреткой, держатель для пробирок, пинцет, шпатели, фильтровальная бумага, пробирки, пипетки, стеклянная трубочка, фарфоровая чашка, индикаторы: фенолфталеин и метиловый оранжевый, дистиллированная вода, порошкообразные CuO, MgO, CaO, ZnO, металлические натрий, 0,5н. растворы CuSO4, Al2(SO4)3, 2н. растворы NaOH, H2SO4, HCl, 30% раствор NaOH.
3.1 Теоретические пояснения
По функциональным признакам к основным классам неорганических соединений принято относить оксиды, гидроксиды (основные, кислотные, амфотерные) и соли, которые можно рассматривать как продукты взаимодействия различных по кислотно-основным свойствам оксидов и гидроксидов. Включение именно этих классов соединений в группу основных неорганических соединений обусловлено химическими особенностями земной атмосферы, где главным окислителем является кислород, а также тем, что самой распространенной жидкостью на Земле является вода.
Генетическая связь между основными классами неорганических соединений показана на рисунке 3.1.
Сложные неорганические вещества по составу делятся на бинарные (двухэлементные), например оксиды, галогениды, сульфиды, гидриды, нитриды, карбиды, и многоэлементные соединения.
|
|
|
Оксиды – это бинарные соединения элементов с кислородом, в которых он проявляет степень окисления –2. Бинарные соединения с фтором, где кислород проявляет положительную степень окисления, а также пероксиды (степень окисления –1), супероксиды (степень окисления –1/2), озониды (степень окисления –1/3) оксидами не являются.
По функциональным признакам оксиды делятся на солеобразующие (при взаимодействии с кислотами или основаниями дают соли) и несолеобразующие, которые не образуют солей, им не соответствуют гидроксиды с той же степенью окисления элемента, что и в оксиде. Несолеобразующие оксиды могут вступать с кислотами или основаниями только в окислительно-восстановительное взаимодействие. Примером таких оксидов служат N2O, NO, CO, SiO, OsO4 SO, SeO, TeO и другие.
| +H2O | Растворимые основные гид-роксиды (ще-лочи) | С о л и | |||||||
| O2 |  Основные оксиды
| 
|  
|  
| |||||
Металлы
| 
|
| +щелочь | Малораство-римые основные гид-роксиды | 
| |||||
|  Амфотерные оксиды
| +щелочь | 
| |||||||
Неметаллы
|  
| Амфотерные гидроксиды | ||||||||
| O2 |  Кислотные оксиды
| +более сильная |  
| |||||||
| кислота +H2O | Кислотные гидроксиды (кислородсо-держащие кислоты) |
С о л и
|
|
|
Рисунок 3.1 – Генетическая связь между основными классами неорганических соединений
Солеобразующие оксиды подразделяются на основные, кислотные (ангидриды кислот) и амфотерные.
К основным оксидам относятся оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, MgO, CuO (основные свойства преобладают), CdO, HgO, VO, CrO, MnO, FeO, NiO, CoO, Bi2O3 и другие. Основные оксиды взаимодействуют с кислотами и кислотными оксидами с образованием солей. Например,
CaO + 2HCl = CaCl2 + H2O; SO3 + CaO = CaSO4.
Они генетически связаны с металлами, имеющими небольшую степень окисления (+1, +2, редко +3). Непосредственно с водой взаимодействуют оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, частично MgO. При этом образуются основные гидроксиды.
BaO+H2O=Ba(OH)2
Кислотные оксиды взаимодействуют с основаниями и основными оксидами с образованием солей.
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3¯ + H2O
Многие кислотные оксиды, за небольшим исключением (SiO2, TeO2, TeO3, MoO3, WO3 и другие), непосредственно взаимодействуют с водой, образуя кислородсодержащие кислоты.
|
|
|
P2O5+3H2O=2H3PO4
Кислотные оксиды генетически связаны с неметаллами, а также металлами в высоких степенях окисления: +4, +7. К кислотным оксидам относятся CO2, SiO2, SO2, SO3, P2O5, N2O3, NO2, N2O5, B2O3, CrO3, Mn2O7 и другие.
Амфотерные оксиды взаимодействуют как с кислотами, так и с основаниями с образованием солей.
ZnO+ 2HCl = ZnCl2 + H2O;
ZnO + 2NaOH +H2O = Na2[Zn(OH)4].
Эти оксиды непосредственно с водой не взаимодействуют, генетически связаны с некоторыми металлами в степени окисления +2 и почти со всеми металлами в степенях окисления +3, +4. К амфотерным оксидам относятся BeO, ZnO, PbO, SnO, Al2O3, Cr2O3, SnO2, PbO2, Sb2O3 и другиие.
Как показывают приведенные примеры, с повышением степени окисления металла основные свойства их оксидов ослабевают, а кислотные усиливаются.
Существуют так называемые смешанные оксиды. Некоторые из них относятся к оксидам лишь формально. Их следует рассматривать как соли металла и кислородсодержащей кислоты, в состав которой входит тот же металл, но в более высокой степени окисления. Например, Pb2O3 – свинцовая соль метасвинцовой кислоты (H2PbO3). Однако в кристаллической решетке Fe3O4 не содержится групп атомов, соответствующих кислотному остатку, поэтому данное соединение рассматривают как смешанный оксид Fe (II) и Fe(III).
|
|
|
Двойные оксиды составов (М΄,М2)О4 и(М2΄,М)О4, где М΄ – металл в степени окисления +2, называются шпинелями. Например, MgAl2O4 – тетраоксид диалюминия-магния называют также алюмомагниевой шпинелью.
Названия оксидов образуются следующим образом:
˗ слово «оксид» и название элемента в родительном падеже с указанием в скобках римской цифрой его степени окисления (если элемент может проявлять несколько степеней окисления);
˗ стехиометрические соотношения между элементами указываются при помощи греческих умножающих префиксов, присоединяемых без дефиса к названиям элементов (если в формуле свыше 12 атомов одного вида, то вместо префиксов используются цифры).
Например, СО2 – оксид углерода (IV) или диоксид углерода, N2O – оксид азота (I) или оксид диазота, Fe3O4 – оксид дижелеза (III)-железа (II) или тетраоксид трижелеза, W20O58 – 58 – оксид 20 – вольфрама.
Солеобразующим оксидам соответствуют гидроксиды – соединения, содержащие гидроксильные группы ОН. По кислотно-основным свойствам гидроксиды подразделяются на основные, кислотные и амфотерные.
Основные гидроксиды диссоциируют в водных растворах с образованием в качестве анионов только ОН-. Они подразделяются на малорастворимые в воде основания и хорошо растворимые основания или щелочи. Важнейшее химическое свойство основных гидроксидов – способность взаимодействовать с кислотами и кислотными оксидами с образованием солей.
Амфотерные гидроксиды могут взаимодействовать как с кислотами, так и со щелочами с образованием солей.
Zn(OH)2 + H2SO4 = ZnSO4 + 2H2O;
Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4].
Названия основных и амфотерных гидроксидов состоят из слова «гидроксид» и названия элемента в родительном падеже с указанием в скобках римскими цифрами его степени окисления (если данный элемент может проявлять несколько степеней окисления).
Методика проведения опытов
3.2.1 Оксиды, их получение и свойства
3.2.1.1 Опыт №1. Получение оксидов разложением гидроксидов
В пробирку налить 1 мл раствора сульфата меди (II) и добавить раствор щелочи до образования осадка. Содержимое пробирки нагреть до изменения цвета осадка. Написать уравнения происходящих реакций и объяснить наблюдаемые изменения.
3.2.1.2 Опыт №2.Отношение оксидов к воде
Небольшое количество оксида кальция (на кончике шпателя) поместить в пробирку и прилить дистиллированную воду до растворения оксида. Прибавить две капли спиртового раствора фенолфталеина. Отметить окраску раствора, объяснить наблюдения и написать уравнения реакции.
Аналогичный опыт проделать с оксидом магния, для его растворения в воде содержимое пробирки нагреть до кипения. Объяснить наблюдения и написать уравнения реакции.
Проделать то же самое с небольшим количеством оксида меди (II). Объяснить различное отношение оксидов кальция, магния и меди к воде.
3.2.1.3 Опыт №3. Взаимодействие оксидов с основаниями и кислотами
В две пробирки поместить небольшое количество оксидов меди (II) и цинка. В каждую пробирку прилить по 3 – 4 мл 30% раствора щелочи. Пробирки нагреть. Объяснить различное отношение оксидов меди и цинка к щелочи. Написать уравнение протекающей реакции.
В пробирку поместить небольшое количество оксида меди (II), добавить
3–4мл раствора серной кислоты, содержимое пробирки нагреть. Объяснить наблюдения. Написать уравнение реакции.
3.2.2 Гидроксиды, их получение и свойства
3.2.2.1 Опыт №4. Получение растворимого основания
В фарфоровую чашку налить до половины дистиллированной воды, прибавить две капли спиртового раствора фенолфталеина. Из склянки с реактивом извлечь пинцетом кусочек натрия величиной с половину горошины, освободить его фильтровальной бумагой от масла и опустить в чашку с водой. Наблюдать за ходом реакции. Объяснить изменение окраски раствора. Написать уравнение реакции.
3.2.2.2 Опыт №5. Получение нерастворимого гидроксида
В пробирку к 2 мл раствора сульфата алюминия добавить 0,5 мл раствора гидроксида натрия. Объяснить образование осадка. Написать уравнение реакции. Содержимое пробирки оставить до следующего опыта.
3.2.2.3 Опыт №6 Свойства амфотерных гидроксидов
Содержимое пробирки из предыдущего опыта распределить по двум пробиркам. В одну налить 1 – 2 мл соляной кислоты, а в другую – 30% раствор щелочи до растворения осадка. Написать уравнения реакций, объяснить растворение осадка в обеих пробирках.
3.3 Требования к уровню подготовки студентов
˗ Знать номенклатуру основных классов неорганических соединений.
˗ Знать классификацию и взаимосвязь между основными классами неорганических соединений, способы их получения и свойства.
˗ Уметь составлять химические формулы по названию вещества и давать название веществу по его химической формуле.
˗ Уметь писать уравнения реакций, отражающих химические свойства оксидов, основных и амфотерных гидроксидов. Знать условия, при которых реакции ионного обмена протекают до конца.
3.4 Задания для самоконтроля
3.4.1 С какими оксидами может взаимодействовать соляная кислота по кислотно-основному типу: a)SiO2; б) N2O; в) CrO; г) Cr2O3; д) MnO; е) CrO3? Напишите уравнения соответствующих реакций.
3.4.2 Какие оксиды: a) VO; б) Na2O; в) ZnO; г) N2O; д) CaO – непосредственно реагируют с водой с образованием оснований? Напишите уравнения соответствующих реакций.
3.4.3 Для каких оксидов: а) N2O; б) CrO; в) Bi2O3; г) B2O3; д) СO; е) СrO3 – существуют кислоты? Напишите уравнения реакций этих оксидов с гидроксидом натрия.
3.4.4 При термическом разложении каких гидроксидов: a) Ba(OH)2;
б) CsOH; в) Zn(OH)2; г) Cr(OH)3; д) NaOH – образуются оксиды? Напишите уравнения соответствующих реакций.
3.4.5 Гидроксид цинка можно получить при взаимодействии:
A) оксида цинка с кислотой с последующей обработкой продукта щелочью;
B) оксида цинка с водой;
C) оксида цинка с щелочью;
D) оксида цинка с хлоридом натрия с последующей обработкой продукта щелочью.
3.4.6 Почему в избытке раствора щелочи осадок гидроксида алюминия растворяется?
A) Так как увеличивается степень диссоциации гидроксида;
B) так как образуется растворимый оксид алюминия;
C) так как образуется растворимый гидроксокомплекс алюминия;
D) так как протекает окислительно-восстановительная реакция с образованием растворимых продуктов.
3.4.7 Каким из перечисленных оксидов соответствуют амфотерные гидроксиды: a) As2O3; б) SnO2; в) SiO2; г) Al2O3; д) N2O3? Напишите уравнения реакций, подтверждающие их амфотерные свойства.
3.4.8 Какой кислотный оксид не реагирует в обычных условиях с водой с образованием кислоты: a) NO2; б) SiO2; в) P2O5; г) Cl2O7; д) Mn2O7; е) N2O5?
3.4.9 С какими оксидами взаимодействуют по кислотно-основному типу и гидроксид калия, и бромоводородная кислота: a) SiO2; б) N2O; в) Cr2O3; г)CrO3;
д) P2O5; е) SnO2? Напишите уравнения соответствующих реакций.
3.4.10 Гидроксид алюминия можно получить при взаимодействии:
A) оксида алюминия с хлоридом натрия с последующей обработкой продукта щелочью;
B) оксида алюминия со щелочью;
C) оксида алюминия с водой;
D) оксида алюминия с соляной кислотой с последующей обработкой продукта щелочью.
3.4.11 С какими оксидами не взаимодействуют по кислотно-основному типу ни гидроксид калия, ни бромоводородная кислота: a) Cu2O; б) Mn2O7; в) Cr2O3; г) SeO; д) BaO; е) CO?
3.4.12 Малорастворимый гидроксид можно получить при взаимодействии:
A) амфотерного оксида с водой;
B) растворимой соли железа (II) и щелочи;
C) растворимой соли бария и воды;
D) растворимой соли бария и щелочи.
3.4.13 Какие из перечисленных металлов при непосредственном взаимодействии с водой дают щелочи: a) K; б) Al; в) Ba; г) Cu; д) Fe? Напишите уравнения соответствующих реакций.
3.4.14 Каким из перечисленных оксидов соответствуют основания:
a) Li2O; б) CaO; в) N2O; г) PbO; д) ZnO?
3.4.15 Каким из перечисленных оксидов соответствуют амфотерные гидроксиды: a) Cr2O3; б) BeO; в) CaO; г) BaO; д) Bi2O3?
3.4.16 С какими оксидами может взаимодействовать гидроксид натрия по кислотно-основному типу: a)Cu2O; б)Mn2O7; в) Cr2O3; г) SeO; д) BaO; е) CO?
3.5 Список рекомендуемой литературы
3.5.1 Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии: Учебное пособие для вузов/ Под ред. В.А.Рабиновича и Х.М.Рубиной. – М.: Интеграл-Пресс,
2008. – 240 с.
Лабораторная работа №4
Дата добавления: 2018-05-13; просмотров: 461; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!