Тема: Найважливіші класи неорганічних сполук (теоретичні відомості)

Численні сполуки, що їх утворюють хімічні елементи, характеризуються різноманітністю за складом та властивостями. Серед них найбільшу і найважливішу групу становлять неорганічні сполуки, властивості яких вивчаються студентами вищих навчальних закладів у курсах "Неорганічна хімія" та "Загальна хімія".

До найважливіших класів неорганічних сполук належать бінарні сполуки елементів з киснем (оксиди, пероксиди, надпероксиди, озоніди), основи, кислоти, амфотерні гідроксиди та солі. У підручниках та навчальних посібниках з хімії для вищих навчальних закладів тему "Найважливіші класи неорганічних сполук" висвітлено недостатньо. Між тим, знання хімічних властивостей речовин, які вступають у реакцію, дає можливість передбачити перебіг тієї чи іншої реакції, свідомо складати хімічні рівняння та робити кількісні розрахунки. Все це конче необхідне студентам для подальшого вивчення хімії.

Загалом відомо біля трьохсот тисяч неорганічних сполук. Серед них можна виділити чотири найважливіші класи: оксиди, основи, кислоти, солі. Знаючи особливості основних класів неорганічних сполук, можна описати властивості окремих їх представників.

Оксиди являють собою складні речовини, молекули яких складаються з атомів кисню та іншого хімічного елемента (металу або неметалу). Наприклад: оксиди літію – (Li2O), ферум (II) – FeO, хрому (III) – Cr2O3, силіцій диоксид – (SiO2), фосфорний ангідрид (Р2O5).

Оксиди поділяються на солетворні та несолетворні. Останні не здатні утворювати солей ні з кислотами, ні з лугами, їх зовсім мало (крабон монооксид СО, нітроген монооксид NO, нітроген геміоксид N2O). Солетворні оксиди поділяються на основні (їх гідрати являються основами), кислотні (їх гідрати являють собою кислоти) та амфотерні (їх гідрати проявляють як кислотні, так і основні властивості).

За сучасною хімічною номенклатурою представники цього класу сполук називаються наступним чином: до слова "оксид" добавляється назва іншого елемента з посиланням на ступінь окиснення, якщо він змінний.

Наприклад: СаО – кальцій оксид, Fe2O3 – ферум (III) оксид, Р2О5 – фосфор (V) оксид.

До основних оксидів відносяться переважно оксиди лужних та лужноземельних металів з яскраво вираженими металічними властивостями. Характерною рисою основних оксидів являється їх взаємодія з водою, що веде до утворення основ.

ВаО + Н2O = Ва(ОH)2

Причому, безпосередньо з водою при звичайній температурі реагують тільки оксиди s-елементів головних підгруп періодичної системи Д.І. Менделєєва (окрім оксидів берилію та магнію).

Основні оксиди взаємодіють з кислотними оксидами та кислотами, утворюючи солі:

СаО + СO2 = СаСO3

СuО + 2НСl = СuС12 + Н2O

Кислотні оксиди утворюються неметалами (нітратний ангідрид N2O5), сульфатний ангідрид SO3, хлорний ангідрид Сl2O7 та інші), а також металами, що проявляють ступені окиснення +5, +8, +7 (ванадій оксид (V) V2O5, хром триоксид СrO3, марганцевий ангідрид Мn2O7, вольфрам триоксид WO3). Більшість з кислотних оксидів безпосередньо взаємодіють з водою з утворенням відповідних кислот, являючись, таким чином, їх ангідридами:



SO2 + Н2О = Н2SO3

СrO3 + Н2О = Н2СrO4

Взаємодіючи з лугами, кислотні оксиди утворюють відповідні солі з виділенням води:

СO2 + 2NaОН = Na2СО3 + Н2O

Амфотерні оксиди утворюються деякими металами, що проявляють ступені окиснення +3, +4, іноді навіть +2. Так, наприклад, до амфотерних оксидів відносяться оксиди берилію ВеО, цинку ZnО та алюмінію Аl2O3, оксид хрому (III) Сr2O3, оксиди олова SnО і свинцю РbО (II), манган диоксид МnO2 та деякі інші. Вони характеризуються реакціями солетворення як з кислотами, так і з основами, тому що в залежності від реагентів, з якими вони взаємодіють, здатні проявляти як основні, так і кислотні властивості.

Так хром (III) оксид реагує з кислотою як основний:

Сr2O3 + 6НСl = 2СrСl3 + 3Н2O,

а з лугами – як кислотний оксид:

Сr2O3 + 2NaОН = 2NaСrO2 + Н2O

Якщо елемент здатний утворювати декілька оксидів, наприклад, оксиди хрому (II, III, VI), то в напрямку збільшення ступеня окиснення металу відбувається закономірний перехід від основного, характеру відповідних сполук, що утворюють катіонні комплекси, до кислотних характеристик сполук, які утворюють аніонні комплекси. Так хром (III) оксид має амфотерний характер, хром (VI) оксид є хромовим ангідридом.

Оксиди можна отримати такими способами:

1. Взаємодією простих речовин з киснем:

2Мg + O2 = 2МgO

2Р + 5O2 = 2Р2O5

2. Термічним розкладом складних речовин:

Сu(ОН)2 = СuО + Н2O

СаСO3 =СаО + СO2

2Zn(NO3)2 = 2ZnО + 4NO2 + O2

3. Взаємодією металів з кислотами:

Сu + 4HNO3 = Сu(NO3)2 + 2NO2 + 2Н2O

концентрований розчин

3Сu + 8HNO3 = 3Сu(NO3)2 + 2NO2 + 4Н2O

розведений розчин

4. В ході інших окисно-відновних реакцій:

СO2 +С = 2СО

2СО + O2 = 2СO2

Основи становлять собою електроліти, які при дисоціації утворюють в якості аніонів тільки гідроксиданіони:

NаОН = Na+ + ОН

Кислотність основи визначається числом гідроксид-аніонів, які утворюються при дисоціації. Багатокислотні основи дисоціюють ступенево у кілька стадій:

1) Мg(ОН)2 = (МgОН)+ + ОН

2) (МgОН)+ = Мg2+ + ОН

За розчинністю у воді основи розрізняються таким чином:

а) луги – це основи, що розчиняються у воді. До них можна віднести гідроксиди лужних та лужноземельних металів, а також талій (І) гідроксид;

б) нерозчинні основи: гідроксиди міді та цинку, хром (III) гідроксид.

Назви основ утворюються із слова "гідроксид" і назви відповідного металу з посиланням на його ступінь окиснення, якщо він змінний. Наприклад, Са(ОН)2 – кальцій гідроксид.

З точки зору теорії електролітичної дисоціації загальні властивості лугів обумовлені наявністю гідроксид-аніонів.

Водні розчини лугів змінюють забарвлення індикаторів: в їх присутності фіолетовий лакмус синіє, безбарвний фенолфталеїн стає малиновим, метиловий оранжевий – жовтіє.

Луги утворюють з кислотними оксидами солі та воду:

Ва(ОН)2 + СO2 = ВаСO3 + Н2О

Луги також взаємодіють з кислотами, утворюючи при цьому солі та воду. Це являє собою суть реакції нейтралізації:

NaОН + Н2SO4 = NaHSO4 + Н2O

2NaОН + Н2SO4 = Na2SO4 + 2Н2O

Fe(ОН)3 + 3НСl = FеСl3 + 3Н2O

При дії лугів на розчини солей утворюються нові солі і інші основи:

2KОН + СuSO4 = Сu(ОН)2 + К2SO4

Са(ОН)2 + Na2СO3 = СаСO3 + 2NaОН

Як правило, нерозчинні у воді основи розкладаються при нагріванні:

2Fe(ОН)3 = Fе2O3 + 3Н2O

Сu(ОН)2 = СuО + Н2O

Луги можна отримати таким чином:

1. Розчиненням у воді деяких відповідних оксидів:

СаО + Н2O = Са(ОН)2

2. Взаємодією з водою лужних та лужноземельних металів:

СаО + Н2O = Са(ОН)2

Поширеним способом отримання нерозчинних у воді основ є дія лугів на розчинні солі металів, основи яких нерозчинні:

2NаОН + FеSO4 = Fе(ОН)2 + Na2SO4

Кислоти це електроліти, при дисоціації яких у якості катіонів утворюються тільки катіони гідрогену H+ (точніше, іони гідроксонію Н3O+):

HCl = H+ + Cl

Основність кислот визначається числом катіонів гідрогену, які утворюються при дисоціації. Багатоосновні кислоти дисоціюють ступенево.

Наприклад:

Н2СO3 = Н+ + НСО3

НСO3 = Н+ + СО32

Кислоти можна віднести до безкисневих (хлоридна, бромидна, синильна, сірководнева) та кисневмісних (азотна, сірчана, фосфорні кислоти).

Властивості кислот

З точки зору теорії електролітичної дисоціації загальні властивості кислот обумовлені наявністю катіонів гідрогену.

У розчинах кислот індикатори змінюють своє забарвлення відповідним чином. Наприклад, лакмус стає червоним, метиловий оранжевий – рожевим.

Кислоти взаємодіють з металами, які знаходяться ліворуч гідрогену в ряду стандартних електронних потенціалів, з утворенням солі та відділенням водню:

2Аl + 3H2SO4 = Аl2(SO4)3 + 3Н2

Водень не утворюється при взаємодії металів з нітратною та концентрованою сульфатною кислотами:

3Zn + 4H2SO4 = 3ZnSO4 + S + 4H2O

4Zn + 10HNO3 = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Кислоти також реагують з основами та основними оксидами:

H2SO4 + Мg(ОН)2 = МgSO4 + 2Н2O

2HNO3 + СаО = Са(NO3)2 + Н2O

При взаємодії кислот з солями утворюються нові солі та кислоти:

2НСl + СаСO3 = СаСl2 + Н2СO3

СO2 Н2O

H2SO4 + ВаСl2 = ВаSO4 + 2НСl

Кислоти можна отримати таким чином:

1. Гідратацією кислотних оксидів

Р2O5 + 3Н2O = 2Н3РO4

2. Реакціями обміну солі з кислотою:

Са3(РO4)2 + 3H2SO4 = 3СаSO4 + 2Н3РO4

Амфотерні гідроксиди проявляють як основні, так і кислотні властивості. До них відносять, наприклад, гідроксиди хрому (III), цинку, берилію, алюмінію та інші.

Амфотерні гідроксиди здатні реагувати як з кислотами, так і з лугами. З кислотами вони ведуть себе як основи, а з лугами – як кислоти. Для того, щоб встановити амфотерність гідроксиду, слід провести дві реакції взаємодії його як з кислотою, так і з лугом. Якщо обидві реакції відбуваються, то гідроксид є амфотерним:

Сr(ОН)3 + 3НСl = СrСl3 + 3Н2O

Сr(ОН)3 + 3NaOН = Na3[Cr(OH)6]

Солі це електроліти, при дисоціації яких утворюються катіони металів (чи іони амонію NH4+) та аніони кислотних залишків.

Солі поділяють на середні, кислі та основні.

Середні солі можна розглядати як продукти повного заміщення атомів гідрогену кислоти атомами металу чи в якості продуктів повного заміщення гідроксоаніонів основ кислотними залишками. Наприклад, натрій карбонат, калій сульфат, кальцій ортофосфат. Рівняння дисоціації середніх солей можна представити наступним чином:

K3РO4 = 3К+ + РO43–

NH4Cl = NH4+ + Cl

Кислі солі становлять собою продукти неповного заміщення атомів гідрогену багатоосновних кислот атомами металів, їх утворюють тільки багатоосновні кислоти. Наприклад, натрій гідрогенкарбонат, кальцій дигідрогенфосфат, калій гідрогенсульфат.

Дисоціацію кислої солі можна представити рівнянням:

NаНСO3 = Nа+ + HCO3

Са(Н2РO4)2 = Са2+ + 2H2РO4

В подальшому гідроген-аніон дисоціює незначною мірою.

Основні солі за складом є продуктами неповного заміщення гідроксо-аніонів основ на кислотні залишки. Наприклад, купрум гідроксокарбонат, алюміній дигідроксонітрат, ферум (II) гідроксохлорид. Дисоціація основної солі може бути представлена рівнянням: МgОНСl = МgОН+ + Сl В подальшому МgОН+ дисоціює незначною мірою.

Номенклатура солей

За сучасною номенклатурою назва солі утворюється із назви катіону (металу чи основного залишку) з зазначенням ступеня окиснення металу, якщо він може бути непостійним і назви аніона (кислотного залишку). Наприклад, СаСO3 – кальцій карбонат, МgСl2 – магній хлорид, Сr2(SO4)3 – хром (IIІ) сульфат.

Назви кислих солей утворюються додаванням до назви катіона назви гідроген-аніона, яка вказує на наявність атомів гідрогену в кислотному залишку, при необхідності – з використанням відповідних числівників, які відповідають кількості атомів гідрогену. Наприклад, NаНSO3 – натрій гідрогенсульфат, Са(Н2РO4)2 – кальцій дигідроген фосфат.

Як уже відмічалось, солі взаємодіють з кислотами і з лугами.

При взаємодії двох розчинних у воді солей утворюються дві нові солі, одна з яких повинна випадати в осад:

Ва(NO3)2 + К2SO4 = 2KNO3 + ВаSO4

Реакція металу з сіллю менш активного металу приводить до утворення іншої солі і витіснення менш активного металу. Вихідна сіль повинна бути розчинною у воді, а метал – знаходитись в ряду стандартних електронних потенціалів ліворуч металу, що витісняється із солі:

Fе + СuSO4 = FеSO4 + Сu

Середні солі можна отримати багатьма способами. Наприклад:

СаО + Н2SO4 = СаSO4 + Н2O

СаО + СO2 = CаСO3

Р2O5 + 6NаОН = 2Nа3РO4 + 3Н2O

Zn(ОН)2 + 2HNO3 = Zn(NO3)2 + 3Н2O

Ва(ОН)2 + К2СO3 = ВаСO3 + 2КОН

Мg + 2НСl = МgСl2 + Н2

Н2SO4 + ВаСl2 = ВаSO4 + 2НСl

Рb(NО3)2 + Na2SO4 = РbSO4 + 2NaNO3

Сu + 2АgNO3 = 2Аg + Сu(NO3)2

2Na + Cl2 = 2NaCl

Кислі солі можна отримати таким чином:

При взаємодії основ з надлишком кислоти:

NaОН + Н3РO4 = NаН24 + Н2O

При взаємодії середньої солі з кислотою:

Na3РO4 + 2Н3РO4 = 3NaН2РO4

Основні солі можна отримати таким чином:

При взаємодії з надлишком основи:

Н2SO4 + 2Сu(ОН)2 = (СuОН)2SO4 + 2Н2O

При взаємодії середньої солі з недостачею лугу:

2СuSO4 + 2NаОН = (СuОН)2SO4 + Nа2SO4

Перетворення кислих і основних солей в середні відбувається:

при дії лугу на кислу сіль: NаНSO3 + NaОН = Na2SO32O

Са(Н2РO4)2 + 2Са(ОН)2 = Са3(РO4)2 + 4H2O

при дії кислоти на основну сіль:

(СuОН)2SO4 + Н2SO4 = 2СuSO4 + 2H2O

Класи неорганічних сполук

(лабораторна робота)

Мета роботи: ознайомлення з реакціями утворення оксидів, їх гідратів, солей, а також з властивостями основних класів неорганічних сполук: оксидів, основ, кислот і солей.

Обладнання та реактиви: металева ложка, пробірки, фільтрувальний папір, фарфорова чашка, пінцет, тигельні щипці, скляна паличка, апарат Кіппа.

Індикатори: лакмус, фенолфталеїн.

Реактиви: натрій, магній, сірка, купрум (II) оксид, карбон (IV) оксид.

Розчини: соляна кислота (розв.) (2 н.), магній оксид, магній сульфат (0,5 н.), купрум (II) сульфат (0,5 н.), ферум (III) хлорид (0,5 н.), натрій гідроксид (2 н.), цинк сульфат (0,5 н.), кальцій гідроксид, фосфатна кислота (розв.) меркурій (II) нітрат, натрій хлорид (0,5 н.), аргентум нітрат (0,1 н.), натрій сульфат (0,5 н.), натрій карбонат (2 н.).









Последнее изменение этой страницы: 2016-04-18; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su не принадлежат авторские права, размещенных материалов. Все права принадлежать их авторам. Обратная связь