Теоретический материал по химии на тему "Основные классы неорганических соединений: оксиды" (11 класс)

ОКСИДЫ

Оксиды – это сложные вещества, состоящие из атомов двух элементов, одним из которых является кислород в степени окисления (–2) (К₂О, Р₂О₅, …).

Общая формула оксидов .

Такие соединения, как , не относятся к оксидам, так как степень окисления кислорода в них соответственно равна +2, –1.

1. Классификация оксидов

Оксиды делят на солеобразующие и несолеобразующие, или безразличные (табл. 2).

Несолеобразующие оксиды – это оксиды неметаллов, которым не соответствуют гидроксиды и соли. К ним относят оксид углерода (II) СО, оксид азота (II) NO, оксид кремния (II) SiO и другие.

Солеобразующие оксиды – это оксиды, для которых характерно образование солей при химических реакциях. Всем солеобразующим оксидам соответствуют гидроксиды (основания, кислородосодержащие кислоты, амфотерные гидроксиды). В зависимости от химической природы оксида все солеобразующие оксиды подразделяют на основные, кислотные и амфотерные
(табл. 2).

Таблица 2 – Классификация оксидов

Оксиды

Солеобразующие Несолеобразующие (безразличные)

NO, CO, SiO

Кислотные

SO₃, P₂O₅

BeO, Al₂O₃

Na₂O, CuO

Основными называются оксиды, которым соответствуют гидроксиды – основания.

Основные оксиды образуются только металлами, причем степень окисления металлов в основных оксидах обычно не превышает +2 (иногда +3), например: BaO, Na₂O, CrO, FeO, MnO, …

Основные оксиды при обычных условиях – твердые кристаллические вещества.

Кислотными называются оксиды, которым соответствуют гидроксиды – кислородосодержащие кислоты.

Кислотные оксиды представляют собой либо оксиды неметаллов в различных степенях окисления, либо оксиды металлов в высших степенях окисления (+4 и выше), например: CO₂, SO₃, Cl₂O₅, Mn₂O₇, CrO₃, Sb₂O₅, …

При обычных условиях кислотные оксиды неметаллов могут быть газообразными (СО₂, SO₂), жидкими (N₂O₃, Cl₂O₇), твердыми (SiO₂, B₂O₃, P₂O₃).

Амфотерными называются оксиды, которым соответствуют амфотерные гидроксиды. Все они твердые вещества: ZnO, BeO, Al₂O₃, SnO, PbO, Cr₂O₃, MnO₂, Sb₂O₃, …

Образуются амфотерные оксиды элементами главных подгрупп, расположенных вблизи диагонали B – At (условной границы между металлическими элементами и неметаллическими), например: ZnO, BeO, Al₂O₃, GeO, SnO, Sb₂O₃, а также металлами побочных подгрупп в промежуточной степени окисления, например: MnO₂, Fe₂O₃, …
Таким образом, металлы побочных подгрупп (d-элементы) образуют различные оксиды: в низших степенях окисления (+1, +2, иногда +3) – основные, в промежуточных (не выше +4 ) – амфотерные, в высших (+5, +6, +7) – кислотные.

Например:

– основной оксид, – амфотерный, – кислотный.

1. Номенклатура оксидов

По международной номенклатуре названия оксидов составляют следующим образом: сначала называют слово «оксид», затем русское название элемента в родительном падеже. Если элемент находится в переменной степени окисления, то его валентность (степень окисления) указывают в скобках римскими цифрами. Например,
– оксид железа (II), – оксид железа (III), СaO – оксид кальция.

3. Химические свойства оксидов

3.1. Основные оксиды реагируют с кислотами, кислотными оксидами, металлами и водой. С водой взаимодействуют только оксиды щелочных (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) и щелочноземельных (Сa, Sr, Ba, Ra) металлов, образуя при этом растворимые
гидроксиды – щелочи.

Na₂O + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O;

Na₂O + SO₂ → Na₂SO₃;

FeO + 2К → К₂O + Fe;

Na₂O + H₂O → 2NaOH.

3.2. Кислотные оксиды взаимодействуют с основаниями, основными оксидами и водой. Некоторые кислотные оксиды (SiO₂, Sb₂O₅) не взаимодействуют с водой, а соответствующие им гидроксиды (кислородосодержащие кислоты) получают косвенным путем. Оксиды металлов кислотного характера, такие как Mn₂O₇, CrO₃, в воде также не растворяются.

В щелочах растворяются кислотные оксиды как неметаллов, так и металлов (в высшей степени окисления).

SO₃ + 2NaOH → Na₂SO₄ + H₂O;

MnO₃ + 2KOH → K₂MnO₄ + H₂O;

СO₂ + Na₂O → Na₂СO₃;

SO₂ + H₂O → H₂SO₃.

3.3. Амфотерные оксиды проявляют свойства и основных, и кислотных оксидов. Они взаимодействуют с основными оксидами и щелочами, а также кислотными оксидами и кислотами, таким образом, проявляя двойственные свойства:

BeO + 2NaOH → Na₂BeO₂ + H₂O;

SnO + СaO → СaSnO₂;

Al₂O₃ + 3SO₃ → Al₂(SO₄)₃;

ZnO + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂O.

4. Способы получения оксидов

Оксиды получают окислением элементов кислородом, разложением кислородосодержащих соединений, в реакциях замещения и при окислительно-восстановительных процессах.

4.1. Прямое соединение простых веществ с кислородом:

S + O₂ → SO₂↑;

4 Li + О₂ → 2 Li₂О.

Таким способом получают оксиды неметаллов и оксиды металлов первой и второй группы главной подгруппы Периодической системы, т.е. оксиды щелочных и щелочноземельных металлов.

4.2. Получение оксидов косвенным путем:

1) Окисление сложных веществ:

2CuS + 3O₂ → 2CuO + 2SO₂↑;

CH₄ + 2O₂ → CO₂↑ + 2H₂O.

2) Разложение оснований при нагревании:

Cu(OH)₂ CuO + H₂O.

3) Разложение кислот при нагревании:

H₂SiO₃ H₂O + SiO₂.

4) Разложение солей кислородосодержащих кислот:

CaCO₃ → CaO + CO₂↑.

5) Окислительно-восстановительные реакции:

+ 2 → + ↑ + 2;

+ 2 → ↑ + 2↑ + 2.

5. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Из приведенного перечня выберите формулы соединений, относящихся к оксидам: Cr₂O₃, Cl₂O, Fe(OH)₃, OF₂, CaCO₃, BaO₂, SiO₂. Назовите их и составьте графические формулы оксидов.

2. Составьте химические формулы оксидов фосфора (V), фосфора (III), золота (I), золота (III), марганца (IV), марганца (VII), цинка, бария, бора.

3. Составьте формулы высших оксидов элементов с порядковыми номерами: 14, 34, 42, 49, 53, 83.

4. Выпишите отдельно формулы основных, кислотных и амфотерных оксидов из предложенного перечня: ВaO, N₂O₅, MnO, MnO₂, Mn₂O₇, Ag₂O, CrO, Cr₂O₃, CrO₃, As₂O₅, SnO, ZnO.

5. Элементы VII группы хлор и марганец образуют следующие оксиды: Cl₂O, Cl₂O₇, MnO, MnO₂, MnO₃, Mn₂O₇. Объясните, какими свойствами обладает каждый оксид. Ответ подтвердите уравнениями реакций.

6. Напишите формулы гидроксидов, которым соответствуют следующие оксиды: оксид висмута (III), серы (IV), стронция, азота (V), марганца (VI).

7. Какие из предложенных оксидов взаимодействуют с водой: PbO₂, N₂O₅, MnO, SiO₂, SrO, Al₂O₃? Напишите уравнения соответствующих реакций.

8. Допишите уравнения предложенных ниже реакций:

СuO + HNO₃ → ;

CrO₃ + Ba(OH)₂ → ;

BeO + HCl → ;

ZnO + KOH → ;

SO₂ + NaOH → ;

Na₂O + CO₂ → .

1. С какими из веществ, формулы которых приведены ниже, взаимодействует оксид бария: HNO₃, KOH, Н₂О, CO₂, К₂O? Составьте уравнения возможных реакций.

2. С какими из веществ, формулы которых приведены ниже, взаимодействует оксид цинка: H₂SO₃, KOH, Н₂О, CO₂, К₂O? Составьте уравнения возможных реакций.

3. Выберите формулы веществ, с которыми взаимодействует оксид азота (V): HCl, KOH, Н₂О, SiO₂, BaO. Составьте уравнения возможных реакций.

4. Осуществите следующие превращения:

Ва → BaO → BaCO₃ → Ba(OH)₂ → BaS → SO₂ → H₂SO₃.