Тема: 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, 0,5 н. растворы CuSO₄, Al₂(SO₄)₃, 2 н. 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]

 

Методика проведения опытов