Основные классы неорганических соединений: оксиды, основания и амфотерные гидроксиды
Цель работы: изучить классификацию, номенклатуру, получение и химические свойства оксидов, оснований и амфотерных гидроксидов.
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.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ
Все неорганические вещества можно разделить на простые и сложные. Сложные неорганические вещества по составу делятся на бинарные (оксиды, галогениды, сульфиды, гидриды, нитриды, карбиды и другие) и многоэлементные соединения.
Оксиды – это сложные вещества, состоящие из двух элементов один из которых кислород в степени окисления -2. Соединения с фтором, где кислород проявляет положительную степень окисления, 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-восстановительные реакции. Примером таких оксидов служат N2O, NO, CO, OsO4 и другие.
Солеобразующие оксиды подразделяются на основные, кислотные (ангидриды кислот) и амфотерные.
Основными называют оксиды, которым соответствуют основания. К ним относятся оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, MgO, CuO, CdO, HgO, VO, CrO, MnO, FeO, NiO, CoO, Bi2O3 и другие. Основные оксиды взаимодействуют с кислотами и кислотными оксидами с образованием солей:
MgO + 2HCI → MgCI2 +H2O
CaO +CO2 → CaCO3
Непосредственно с водой взаимодействуют оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, частично MgO. При этом образуются основные гидроксиды (основания):
CaO + H2O → Ca(OH)2
Кислотными называют оксиды, которым соответствуют кислоты. К ним относятся CO2, SiO2, SO2, SO3, P2O5, N2O3, NO2, N2O5, B2O3, CrO3, Mn2O7 и другие.
Кислотные оксиды взаимодействуют с основаниями и основными оксидами с образованием солей:
SO3 + 2NaOH → Na2SO4 + H2O
SO3 + CaO → CaSO4
Многие из кислотных оксидов, за небольшим исключением (SiO2, TeO2, TeO3, MoO3, WO3 и другие), непосредственно взаимодействуют с водой, образуя кислородсодержащие кислоты:
SO2 + H2O → H2SO3
SO3 + H2O → H2SO4
Амфотерными называют оксиды, которым соответствуют и основания и кислоты. К данным оксидам относятся BeO, ZnO, PbO, SnO, Al2O3, Cr2O3, MnO2, SnO2, PbO2, Sb2O3 и другие.
Амфотерные оксиды взаимодействуют как с кислотами, так и с основаниями с образованием солей:
AI2O3 + 6HCI → 2AICI3 + 3H2O
AI2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[AI(OH)4]
Эти оксиды непосредственно с водой не взаимодействуют.
Как показывают приведенные примеры, с повышением степени окисления металла основные свойства их оксидов ослабевают, а кислотные усиливаются.
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 – гидратированные оксиды. По кислотно-основным свойствам гидроксиды подразделяются на основные, кислотные и амфотерные.
Основные гидроксиды (основания) диссоциируют в водных растворах с образованием в качестве анионов только ОН-:
NaOH → Na+ + ОН-
Ca(OH)2→ Ca2+ + 2ОН-
Они подразделяются на нерастворимые, малорастворимые в воде основания (АI(OH)3, Cu(OH)2) и хорошо растворимые основания или щелочи (KOH, NaOH, Ca(OH)2). Важнейшее химическое свойство основных гидроксидов – способность взаимодействовать с кислотами и кислотными оксидами с образованием солей.
К амфотерным относятся гидроксиды, которые реагируют как с основаниями, так и с кислотами:
АI(OH)3 +3 HCI → AICI3 + 3H2O
АI(OH)3 + NaOH → Na[AI(OH)4]