Лекция
Тема: Оксиды – классификация, свойства, получение
Все неорганические соединения делят на классы. Каждый класс объединяет вещества, сходные по составу и свойствам. Зная особенности классов соединений, можно охарактеризовать свойства отдельных их представителей. Важнейшими классами неорганических соединений являются оксиды, основания, кислоты и соли.
Оксиды
Оксиды — это соединения, состоящие из атомов двух элементов, одним из которых является кислород в степени окисления -2.
Состав оксидов выражается общей формулой ЭхОу, где Э — любой элемент. Числовые значения х и у определяются степенью окисления элемента. Кислород образует соединения со всеми элементами, кроме гелия, неона и аргона.
В соединении состава ОF2 кислород проявляет положительную степень окисления, поэтому это соединение не относится к оксидам, это фторид кислорода (II).
Способы получения оксидов
1. Окисление простых веществ:
2Mg + O2 = 2MgO S + О2 = SO2
2. Горение на воздухе сложных веществ (при этом, как правило, образуются оксиды тех элементов, из которых состоит сложное вещество):
СН4 + 2O2 = СO2 + 2Н2O 2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2Н2O
избыток
3.Разложение сложных веществ:
· солей кислородсодержащих кислот: СаСO3 = СаО + С02
· нерастворимых оснований и амфотерных гидроксидов:
Mg(OH)2 = MgO + Н2O Zn(OH)2 = ZnO + Н2O
· кислородсодержащих кислот: H2SiО3 = SiО2 + Н2О
4.Удаление воды из кислородсодержащих кислот действием на них водоотнимающих веществ:
2HNO3 + Р2O5 = 2НРO3 + N2O5 2НС1О4 + Р2О5 = 2НРО3 + С12О7
дымящая безводная
5. Обжиг сульфидов:
2ZnS + 3О2 = 2ZnO + 2SО2 4FeS + 7О2 = 2Fe2О3 + 4SО2
6. Вытеснение одних оксидов другими (нелетучие кислотные и амфотерные оксиды при нагревании вытесняют более летучие из их солей):
|
|
СаС03 + SiО2 = CaSi03 + CО2 Na2C03 + Cr2О3 = 2NaCrOa + CО2
7. Взаимодействие кислот-окислителей с металлами и неметаллами:
С + 2H2SО4 = СО2 + 2SO2 + 2Н2О Сu + 4HNО3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
конц. конц.
Физические свойства оксидов
Оксиды могут быть твердыми (MgO, Fe2O3, Р2O5, СаО), жидкими (SO3, Н2O) и газообразными (СO2, SO2). Они обладают разнообразной окраской: оксид меди (II) СuО — черный, оксид цинка ZnO — белый, оксид свинца (II) РbО — желтый, оксид железа (III) Fe2O3 — бурый, оксид xpoмa (VI) СгО3 — ярко-красный и т. д.
Классификация и химические свойства оксидов
По химическим свойствам оксиды классифицируют на солеобразующие и несолеобразующие. Последним не соответствуют гидроксиды, они не взаимодействуют ни с кислотами, ни с основаниями, следовательно, не образуют солей. К ним относятся оксиды SiO, N2О, NO, СО и др. Солеобразующие оксиды делят на основные, кислотные и амфотерные (схема 4).
Схема 4
оксиды
несолеобразующие солеобразующие
CO, NO
основные кислотные амфотерные
MgO, CaO SO3, Cr3 ZnO, Al2O3
Классификация оксидов
Основные оксиды — это оксиды, которым в качестве гидроксидов соответствуют основания, например:
Na2O NaOH, СаОСа(ОН)2
Основные оксиды образуют только металлы, и, как правило, в степени окисления +1 и +2 (исключения — BeO, CuO, ZnO, SnO, РbО).
Основные оксиды взаимодействуют с кислотами, кислотными и амфотерными оксидами:
MgO + H2SO4 = MgSO4 + Н2O CaO + SO2 = CaSO3 Li2O + A12O3 = 2LiA1O2
Оксиды активных металлов (щелочных и щелочно-земельных — Са, Sr, Ва) взаимодействуют с водой с образованием щелочей:
|
|
Na2O + Н2O = 2NaOH ВаО + Н2O = Ва(ОН)2
Кислотные оксиды — это оксиды, которым в качестве гидроксидов соответствуют кислоты, например:
SO3 H2SO4, CrO3 Н2СгO4
Кислотные оксиды образуют все неметаллы независимо от степени окисления (исключения — несолеобразующие оксиды СО, NO, N20, SiO и др.) и металлы в степени окисления +5 и выше.
Кислотные оксиды взаимодействуют с основаниями, основными и амфотерными оксидами:
СO2 + Са(ОН)2 = СаСO3 + Н2O SO3 + MgO = MgSO4 Р2O5 + 3ZnO = Zn3(PO4)2
Большинство кислотных оксидов взаимодействуют с водой с образованием кислот (исключение — Si02):
N2O5 + Н2O = 2HNO3 CrO3 + Н2O = H2CrO4
Оксиды углерода(1У) и серы(1У) реагируют с водой обратимо:
СO2 + Н2O СO2 • Н2O Н2СO3
Амфотерные оксиды — это оксиды, которым соответствуют гидроксиды, проявляющие свойства как оснований, так и кислот, например:
ZnO Zn(OH)2 или H2ZnO2
как основание как кислота
Амфотерные оксиды образуют только металлы, и, как правило, в степени окисления +3 и +4. Амфотерными являются также оксиды BeO, СиО, ZnO, SnO, PbO.
Амфотерные оксиды проявляют свойства как основных, так и кислотных оксидов. Как основные они взаимодействуют с кислотами и кислотными оксидами, образуя соли катионного типа:
ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + Н2О ZnO + SiO2 = ZnSiO3
катион катион
Как кислотные они взаимодействуют с основаниями и основными оксидами, образуя соли анионного типа.
1. При сплавлении
- с твердыми щелочами:
ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + Н2O
анион
· с основными оксидами:
ZnO + СаО — CaZnO2 + Н2О
2. При взаимодействии с растворами щелочей образуются растворимые комплексные соли:
ZnO + 2NaOH + НОН = Na2[Zn(OH)4]
ОН- анион
Амфотерные оксиды не взаимодействуют с водой.
|
|
Таким образом, с повышением степени окисления атомов элемента усиливаются кислотные свойства его оксидов и гидроксидов:
+2 +3 +6
СгО Сг203 СгОз
основный оксид амфотерный оксид кислотный оксид
Сг(ОН)2 Сг(ОН)3 ----
--- Н3СгО3 Н2Сг04
основный гидроксид (основание) амфотерный гидроксид кислотный гидроксид
Итак, характер свойств оксида зависит от того, атомы какого элемента и в какой степени окисления его образуют.
Состав и свойства оксидов
Неметаллы образуют кислотные оксиды (исключение: несолеобразующие оксиды SiO, N2О, NО, СО)
степени окисления +1, +2 образуют основные оксиды (исключение: CuO, BeO, ZnO, SnO, PbO — амфотерные)
металлы степени окисления +3, +4 образуют амфотерные оксиды
степени окисления +5 и выше образуют кислотные оксиды
Двойные (смешанные) оксиды — это оксиды, в состав которых входят атомы одного элемента в различных степенях окисления.
+2 +3
Например, оксид Fe3О4 (FeO • Fe2О3) содержит атомы железа в двух разных степенях окисления и при взаимодействии с кислотами образует две разные соли:
Fe3О4 + 8НС1 = FeCl2 + 2FeCl3 + 4Н2О
(FeO • Fe2О3)