Важнейшие классы неорганических соединений
Все вещества делятся на простые и сложные. Сложные вещества подразделяются на четыре важнейших класса: оксиды, кислоты, основания, соли.
Оксиды – это сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород в степени окисления -2.
Формулы оксидов составляются с учетом валентности элементов и степени их окисления в соответствующем оксиде.
Степень окисления(с.о.) – это условный заряд элемента в соединении, вычисленный, исходя из предположения, что соединение состоит из ионов. Определение степени окисления проводят, используя следующие положения:
1. Степень окисления элемента в простом веществе, например, в Zn, Сa, H2, Вг2, S, O2, равна нулю.
2. Cтепень окисления кислорода в соединениях обычно равна –2. Исключения составляют пероксиды H2+1O2–1, Na2+1O2–1 и фторид кислорода О+2F2.
3. Степень окисления водорода в большинстве соединений равна +1, за исключением солеобразных гидридов, например, Na+1H-1.
4. Постоянную степень окисления имеют щелочные металлы (+1); щелочно-земельные металлы, бериллий и магний (+2); фтор (–1).
5. Алгебраическая сумма степеней окисления элементов в нейтральной молекуле равна нулю, в сложном ионе – заряду иона.
В качестве примера рассчитаем степень окисления хрома в соединении К2Cr2O7 и азота в анионе (NO2-):
К2+1Сr2хO7 –2 2∙(+1)+ 2x + 7 (–2) = 0 x = + 6 (NO2– ) x + 2 (–2) = –1 x = + 3
|
|
|
Оксиды разделяются на несолеобразующие (N2O, NO, SiO) и солеобразующие. Солеобразующие оксиды по химическим свойствам делятся на основные (Na2O, CaO, MgO), кислотные (CO2, SO3, P2O5, CrO3, Mn2O7) и амфотерные (ZnO, BeO, Al2O3, Cr2O3, PbO, SnO).
1. Основные оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов взаимодействуют с водой, образуя щелочи:
Na2O + H2O = 2NaOH;
CaO + H2O = Ca(OH)2.
Кислотные оксиды, взаимодействуя с водой, образуют кислоты:
N2O5 + H2O = 2HNO3; SO3 + H2O = H2SO4.
2. Основные оксиды взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды:
CaO + 2HCl = CaCl2 + H2O;
MgO + 2HNO3 = Mg(NO3)2 + H2O.
Кислотные оксиды взаимодействуют с основаниями с образованием соли и воды:
P2O5 + 6NaOH = 2Na3PO4 + 3H2O; SO3 + 2KOH = K2SO4 + H2O.
Амфотерные оксиды взаимодействуют с кислотами, как основные, и с основаниями,как кислотные:
ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O; ZnO + 2KOH = K2ZnO2 + H2O.
3. При взаимодействии основных и кислотных оксидов образуются соли:
Na2O + CO2 = Na2CO3.
Характер оксида определяется природой элемента (металл или неметалл), его местом в периодической системе. Неметаллы образуют кислотные оксиды, металлы же образуют основные, кислотные и амфотерные оксиды. Тип оксида определяется также степенью окисления металла. Проследим за изменением характера высших оксидов элементов III периода периодической системы Д.И. Менделеева:
|
|
|
Na2O, MgO Al2O3 SiO2, P2O5, SO3, Cl2O7 основные амфотерный кислотные
Металлы натрий и магний образуют основные оксиды, неметаллы кремний, фосфор, сера, хлор – кислотные. Алюминий стоит в периоде между металлом магнием и неметаллом кремнием, а поэтому должен иметь двойственные (амфотерные) свойства.
Переменновалентные металлы образуют различные по характеру оксиды. В низшей степени окисления оксиды имеют основной характер, в высшей – кислотный, в промежуточной – амфотерный. Например:
Основные окси- Амфотерные ок- Кислотные окси-
ды сиды ды
CrO Cr2O3 CrO3
MnO, Mn2O3 MnO2 MnO3, Mn2O7
VO, V2O3 VO2 V2O5
|
|
|
Получаются оксиды взаимодействием простых и сложных веществ с кислородом, а также разложением некоторых кислородсодержащих веществ при нагревании:
2Ca + O2 = 2CaO;
2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2; Cu(OH)2 = CuO + H2O.
Кислоты – сложные вещества, состоящие из атомов водорода икислотного остатка (H2SO4, HNO3, HCl). Кислоты взаимодействуют:
1. С основаниями с образованием соли и воды:
2HNO3 + Ca(OH)2 = Ca(NO3)2 + 2H2O. 2. С основными и амфотерными оксидами с образованием соли и
воды: 2HCl + BaO = BaCl2 + H2O;
H2SO4 + ZnO = ZnSO4 + H2O.
3. С солями с образованием новой соли и новой кислоты:
H2SO4 + Ba(NO3)2 = BaSO4 ↓+ 2HNO3.
4. С металлами. Металлы, стоящие в ряду стандартных электродных потенциалов до водорода, вытесняют его из разбавленных кислот, исключая HNO3:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
Одним из способов получения кислот является взаимодействие кислотного оксида с водой:
P2O5 + 3H2O = 2H3PO4. Основания – сложные вещества, состоящие из атомов металла, связанных содной или несколькими гидроксильными группами (NaOH, KOH, Cu(OH)2, Fe(OH)3). Основания взаимодействуют: 1. С кислотами с образованием соли и воды:
2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O. 2. С кислотными и амфотерными оксидами с образованием соли и воды:
|
|
|
2KOH + CO2 = K2CO3 + H2O;
2NaOH + ZnO = Na2ZnO2 + H2O. 3. С солями с образованием новой соли и нового основания:
2NaOH + CuSO4 = Na2SO4 + Cu(OH)2↓ Гидроксиды металлов, которые взаимодействуют с кислотами и щелочами, называют амфотерными. К ним относятся: Zn(OH)2, Al(OH)3, Cr(OH)3, Be(OH)2, Sn(OH)2, Pb(OH)2.
Zn(OH)2 + 2HCl = ZnCl2 + 2H2O; Zn(OH)2 + 2KOH = K2[Zn(OH)4].
Растворимые в воде основания (щелочи) получают взаимодействием щелочных и щелочно-земельных металлов или их оксидов с водой: 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑ BaO + H2O = Ba(OH)2. Нерастворимые в воде и амфотерные основания получают реакцией обмена:
FeCl3 + 3KOH = Fe(OH)3↓ + 3KCl; ZnSO4 + 2NaOH = Zn(OH)2↓ + Na2SO4.
Соли – это продукты замещения водорода в кислоте на металл или гидроксильной группы в основании на кислотный остаток. Соли бывают средние, кислые, основные.
Средние соли (K2SO4, Na3PO4, MgCl2) – это продукты полного замещения водорода в кислоте на металл:
2KOH + H2SO4 = K2SO4 + 2H2O.
Кислые соли (KHSO4, Na2HPO4, NaH2PO4) – это продукты неполного замещения водорода в кислоте на металл:
KOH + H2SO4 = KHSO4 + H2O.
Основные соли (MgOHCl, (CuOH)2CO3, FeOHCl2) – это продукты неполного замещения гидроксильной группы в основании на кислотный остаток:
Mg(OH)2 + HCl = MgOHCl + H2O.
Средние соли получают: 1. Взаимодействием металла неметаллом:
Fe + S = FeS.
2. Взаимодействием металла с кислотой:
Fe + H2SO4(разб.) = FeSO4 + H2↑
3. Взаимодействием металла с солью:
Zn + CuSO4 = ZnSO4 + H2O. 4. Взаимодействием основного оксида с кислотой: MgO + H2SO4 = MgSO4 + H2O. 5. Взаимодействием кислотного оксида с основанием:
SO3 + 2KOH = K2SO4 + H2O. 6. Взаимодействием основного и кислотного оксида:
BaO + N2O5 = Ba(NO3)2.
7. Взаимодействием основания с кислотой (реакция нейтрализации):
NaOH + HCl = NaCl + H2O. 8. Взаимодействием кислоты с солью:
H2SO4 + BaCl2 = BaSO4↓+ 2HCl. 9. Взаимодействием основания с солью:
2KOH + CuSO4 = Cu(OH)2↓ + K2SO4. 10. Взаимодействием между солями:
Ca(NO3)2 + Na2CO3 = CaCO3↓ + 2NaNO3.
Примеры решения задач
Пример 1.1.Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:
Na → NaOH → NaHCO3 → Na2CO3 → Na2SO4 → NaCl.
Решение.
Натрий взаимодействует с водой, образуя гидроксид натрия:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
При пропускании оксида углерода (IV) через раствор гидроксида натрия можно получить гидрокарбонат натрия:
NaOH + CO2 = NaHCO3.
Карбонат натрия получается нагреванием гидрокарбоната натрия: 2NaHCO3 = Na2CO3 + CO2↑ + H2O.
Сульфат натрия можно получить, действуя серной кислотой на карбонат натрия:
H2SO4 + Na2CO3 = Na2SO4 + CO2↑ + H2O.
Раствор хлорида натрия можно получить, приливая раствор хлорида бария к раствору сульфата натрия:
Na2SO4 + BaCl2 = NaCl + BaSO4↓
Пример 1.2. Напишите уравнения реакций, которые доказывают амфотерный характер оксида бериллия.
Решение. Для доказательства амфотерного характера оксида или гидроксида необходимо привести уравнения реакций, в которых эти соединения проявляют основные и кислотные свойства.
Оксид бериллия взаимодействует с растворами кислот, например:
BeO + 2HCl = BeCl2 + H2O.
Эта реакция показывает, что BeO проявляет основные свойства. Для характеристики основных свойств можно также привести примеры других реакций оксида бериллия с веществами кислотного характера, например:
BeO + SO3 = BeSO4.
Оксид бериллия взаимодействует с растворами щелочей:
BeO + 2NaOH + H2O = Na2[Be(OH)4]
Эта реакция показывает проявление оксидом бериллия кислотных свойств. То же можно продемонстрировать реакцией с основным оксидом, например:
BeO + Na2O = Na2BeO2.
Пример 1.3. С какими из указанных ниже веществ будет взаимодействовать H2SO4: CO2; NaOH; BaCl2; HCl; Fe2O3. Напишите уравнения соответствующих реакций.
Решение. Определяем, к каким классам относятся указанные соединения: CO2 – кислотный оксид, NaOH – основание (щелочь), BaCl2 – соль, HCl - кислота, Fe2O3 – основной оксид. Серная кислота будет взаимодействовать с основным оксидом, основанием и солью:
H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O; H2SO4 + BaCl2 = BaSO4↓ + 2HCl;
3H2SO4 + Fe2O3 = Fe2(SO4)3 + 3H2O.
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 505; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!