Прежде чем начать говорить про химические свойства оксидов, нужно вспомнить о том, что все оксиды делятся на 4 типа, а именно основные, кислотные, амфотерные и несолеобразующие. Для того чтобы определить тип какого-либо оксида, прежде всего нужно понять — оксид металла или неметалла перед вами, а затем воспользоваться алгоритмом (его надо выучить!), представленным в следующей таблице:
| Оксид неметалла | Оксид металла |
| 1) Степень окисления неметалла +1 или +2 Вывод: оксид несолеобразующий Исключение: Cl 2 O не относится к несолеобразующим оксидам |
1) Степень окисления металла +1 или +2 Вывод: оксид металла — основный Исключение: BeO, ZnO и PbO не относятся к основным оксидам |
| 2) Степень окисления больше либо равна +3 Вывод: оксид кислотный Исключение: Cl 2 O относится к кислотным оксидам, несмотря на степень окисления хлора +1 |
2) Степень окисления металла +3 или +4 Вывод: оксид амфотерный Исключение: BeO, ZnO и PbO амфотерны, несмотря на степень окисления +2 у металлов 3) Степень окисления металла +5, +6, +7 Вывод: оксид кислотный |
Помимо типов оксидов, указанных выше, введем также еще два подтипа основных оксидов, исходя из их химической активности, а именно активные основные оксиды и малоактивные основные оксиды.
- К активным основным оксидам отнесем оксиды щелочных и щелочноземельных металлов (все элементы IA и IIA групп, кроме водорода H, бериллия Be и магния Mg). Например, Na 2 O, CaO, Rb 2 O, SrO и т.д.
- К малоактивным основным оксидам отнесем все основные оксиды, которые не попали в список активных основных оксидов . Например, FeO, CuO, CrO и т.д.
Логично предположить, что активные основные оксиды часто вступают в те реакции, в которые не вступают малоактивные.
Следует отметить, что несмотря на то что фактически вода является оксидом неметалла (H 2 O), обычно ее свойства рассматривают в отрыве от свойств иных оксидов. Обусловлено это ее специфически огромным распространением в окружающем нас мире, в связи с чем в большинстве случаев вода является не реагентом, а средой, в которой может осуществляться бесчисленное множество химических реакций. Однако нередко она принимает и непосредственное участие в различных превращениях, в частности, некоторые группы оксидов с ней реагируют.
Какие оксиды реагируют с водой?
Из всех оксидов с водой реагируют
только:
1) все активные основные оксиды (оксиды ЩМ и ЩЗМ);
2) все кислотные оксиды, кроме диоксида кремния (SiO 2);
т.е. из вышесказанного следует, что с водой точно не реагируют
:
1) все малоактивные основные оксиды;
2) все амфотерные оксиды;
3) несолеобразующие оксиды (NO, N 2 O, CO, SiO).
Способность определить то, какие оксиды могут реагировать с водой даже без умения писать соответствующие уравнения реакций, уже позволяет получить баллы за некоторые вопросы тестовой части ЕГЭ.
Теперь давайте разберемся, как же все-таки те или иные оксиды реагируют с водой, т.е. научимся писать соответствующие уравнения реакций.
Активные основные оксиды , реагируя с водой, образуют соответствующие им гидроксиды. Напомним, что соответствующим оксиду металла является такой гидроксид, который содержит металл в той же степени окисления, что и оксид. Так, например, при реакции с водой активных основных оксидов K +1 2 O и Ba +2 O образуются соответствующие им гидроксиды K +1 OH и Ba +2 (OH) 2:
K 2 O + H 2 O = 2KOH – гидроксид калия
BaO + H 2 O = Ba(OH) 2 – гидроксид бария
Все гидроксиды, соответствующие активным основным оксидам (оксидам ЩМ и ЩЗМ), относятся к щелочам. Щелочами называют все хорошо растворимые в воде гидроксиды металлов, а также малорастворимый гидроксид кальция Ca(OH) 2 (как исключение).
Взаимодействие кислотных оксидов с водой так же, как и реакция активных основных оксидов с водой, приводит к образованию соответствующих гидроксидов. Только в случае кислотных оксидов им соответствуют не основные, а кислотные гидроксиды, чаще называемые кислородсодержащими кислотами . Напомним, что соответствующей кислотному оксиду является такая кислородсодержащая кислота, которая содержит кислотообразующий элемент в той же степени окисления, что и в оксиде.
Таким образом, если мы, например, хотим записать уравнение взаимодействия кислотного оксида SO 3 с водой, прежде всего мы должны вспомнить основные, изучаемые в рамках школьной программы, серосодержащие кислоты. Таковыми являются сероводородная H 2 S, сернистая H 2 SO 3 и серная H 2 SO 4 кислоты. Cероводородная кислота H 2 S, как легко заметить, не является кислородсодержащей, поэтому ее образование при взаимодействии SO 3 с водой можно сразу исключить. Из кислот H 2 SO 3 и H 2 SO 4 серу в степени окисления +6, как в оксиде SO 3 , содержит только серная кислота H 2 SO 4 . Поэтому именно она и будет образовываться в реакции SO 3 с водой:
H 2 O + SO 3 = H 2 SO 4
Аналогично оксид N 2 O 5 , содержащий азот в степени окисления +5, реагируя с водой, образует азотную кислоту HNO 3 , но ни в коем случае не азотистую HNO 2 , поскольку в азотной кислоте степень окисления азота, как и в N 2 O 5 , равна +5, а в азотистой — +3:
N +5 2 O 5 + H 2 O = 2HN +5 O 3
Взаимодействие оксидов друг с другом
Прежде всего нужно четко усвоить тот факт, что среди солеобразующих оксидов (кислотных, основных, амфотерных) практически никогда не протекают реакции между оксидами одного класса, т.е. в подавляющем большинстве случаев невозможно взаимодействие:
1) основный оксид + основный оксид ≠
2) кислотный оксид + кислотный оксид ≠
3) амфотерный оксид + амфотерный оксид ≠
В то время, как практически всегда возможно взаимодействие между оксидами, относящимися к разным типам, т.е. практически всегда протекают реакции между:
1) основным оксидом и кислотным оксидом;
2) амфотерным оксидом и кислотным оксидом;
3) амфотерным оксидом и основным оксидом.
В результате всех таких взаимодействий всегда продуктом является средняя (нормальная) соль.
Рассмотрим все указанные пары взаимодействий более детально.
В результате взаимодействия:
Me x O y + кислотный оксид, где Me x O y – оксид металла (основный или амфотерный)
образуется соль, состоящая из катиона металла Me (из исходного Me x O y) и кислотного остатка кислоты, соответствующей кислотному оксиду.
Для примера попробуем записать уравнения взаимодействия следующих пар реагентов:
Na 2 O + P 2 O 5 и Al 2 O 3 + SO 3
В первой паре реагентов мы видим основный оксид (Na 2 O) и кислотный оксид (P 2 O 5). Во второй – амфотерный оксид (Al 2 O 3) и кислотный оксид (SO 3).
Как уже было сказано, в результате взаимодействия основного/амфотерного оксида с кислотным образуется соль, состоящая из катиона металла (из исходного основного/амфотерного оксида) и кислотного остатка кислоты, соответствующей исходному кислотному оксиду.
Таким образом, при взаимодействии Na 2 O и P 2 O 5 должна образоваться соль, состоящая из катионов Na + (из Na 2 O) и кислотного остатка PO 4 3- , поскольку оксиду P +5 2 O 5 соответствует кислота H 3 P +5 O 4 . Т.е. в результате такого взаимодействия образуется фосфат натрия:
3Na 2 O + P 2 O 5 = 2Na 3 PO 4 — фосфат натрия
В свою очередь, при взаимодействии Al 2 O 3 и SO 3 должна образоваться соль, состоящая из катионов Al 3+ (из Al 2 O 3) и кислотного остатка SO 4 2- , поскольку оксиду S +6 O 3 соответствует кислота H 2 S +6 O 4 . Таким образом, в результате данной реакции получается сульфат алюминия:
Al 2 O 3 + 3SO 3 = Al 2 (SO 4) 3 — сульфат алюминия
Более специфическим является взаимодействие между амфотерными и основными оксидами. Данные реакции осуществляют при высоких температурах, и их протекание возможно благодаря тому, что амфотерный оксид фактически берет на себя роль кислотного. В результате такого взаимодействия образуется соль специфического состава, состоящая из катиона металла, образующего исходный основный оксид и «кислотного остатка»/аниона, в состав которого входит металл из амфотерного оксида. Формулу такого «кислотного остатка»/аниона в общем виде можно записать как MeO 2 x — , где Me – металл из амфотерного оксида, а х = 2 в случае амфотерных оксидов с общей формулой вида Me +2 O (ZnO, BeO, PbO) и x = 1 – для амфотерных оксидов с общей формулой вида Me +3 2 O 3 (например, Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 и Fe 2 O 3).
Попробуем записать в качестве примера уравнения взаимодействия
ZnO + Na 2 O и Al 2 O 3 + BaO
В первом случае ZnO является амфотерным оксидом с общей формулой Me +2 O, а Na 2 O – типичный основный оксид. Согласно сказанному выше, в результате их взаимодействия должна образоваться соль, состоящая из катиона металла, образующего основный оксид, т.е. в нашем случае Na + (из Na 2 O) и «кислотного остатка»/аниона c формулой ZnO 2 2- , поскольку амфотерный оксид имеет общую формулу вида Me +2 O. Таким образом, формула получаемой соли при соблюдении условия электронейтральности одной ее структурной единицы («молекулы») будет иметь вид Na 2 ZnO 2:
ZnO + Na 2 O =t o => Na 2 ZnO 2
В случае взаимодействующей пары реагентов Al 2 O 3 и BaO первое вещество является амфотерным оксидом с общей формулой вида Me +3 2 O 3 , а второе — типичным основным оксидом. В этом случае образуется соль, содержащая катион металла из основного оксида, т.е. Ba 2+ (из BaO) и «кислотного остатка»/аниона AlO 2 — . Т.е. формула получаемой соли при соблюдении условия электронейтральности одной ее структурной единицы («молекулы») будет иметь вид Ba(AlO 2) 2 , а само уравнение взаимодействия запишется как:
Al 2 O 3 + BaO =t o => Ba(AlO 2) 2
Как мы уже писали выше, практически всегда протекает реакция:
Me x O y + кислотный оксид ,
где Me x O y – либо основный, либо амфотерный оксид металла.
Однако следует запомнить два «привередливых» кислотных оксида – углекислый газ (CO 2) и сернистый газ (SO 2). «Привередливость» их заключается в том, что несмотря на явные кислотные свойства, активности CO 2 и SO 2 недостаточно для их взаимодействия с малоактивными основными и амфотерными оксидами. Из оксидов металлов они реагируют только с активными основными оксидами (оксидами ЩМ и ЩЗМ). Так, например, Na 2 O и BaO, являясь активными основными оксидами, могут с ними реагировать:
CO 2 + Na 2 O = Na 2 CO 3
SO 2 + BaO = BaSO 3
В то время, как оксиды CuO и Al 2 O 3 , не относящиеся к активным основным оксидам, в реакцию с CO 2 и SO 2 не вступают:
CO 2 + CuO ≠
CO 2 + Al 2 O 3 ≠
SO 2 + CuO ≠
SO 2 + Al 2 O 3 ≠
Взаимодействие оксидов с кислотами
С кислотами реагируют основные и амфотерные оксиды. При этом образуются соли и вода:
FeO + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2 O
Несолеобразующие оксиды не реагируют с кислотами вообще, а кислотные оксиды не реагируют с кислотами в большинстве случаев.
Когда все-таки кислотный оксид реагирует с кислотой?
Решая часть ЕГЭ с вариантами ответа, вы должны условно считать, что кислотные оксиды не реагируют ни с кислотными оксидами, ни с кислотами, за исключением следующих случаев:
1) диоксид кремния, будучи кислотным оксидом, реагирует с плавиковой кислотой, растворяясь в ней. В частности, благодаря этой реакции в плавиковой кислоте можно растворить стекло. В случае избытка HF уравнение реакции имеет вид:
SiO 2 + 6HF = H 2 + 2H 2 O ,
а в случае недостатка HF:
SiO 2 + 4HF = SiF 4 + 2H 2 O
2) SO 2 , будучи кислотным оксидом, легко реагирует с сероводородной кислотой H 2 S по типу сопропорционирования :
S +4 O 2 + 2H 2 S -2 = 3S 0 + 2H 2 O
3) Оксид фосфора (III) P 2 O 3 может реагировать с кислотами-окислителями, к которым относятся концентрированная серная кислота и азотная кислота любой концентрации. При этом степень окисления фосфора повышается от значения +3 до +5:
| P 2 O 3 | + | 2H 2 SO 4 | + | H 2 O | =t o => | 2SO 2 | + | 2H 3 PO 4 |
| (конц.) |
| 3 P 2 O 3 | + | 4HNO 3 | + | 7 H 2 O | =t o => | 4NO | + | 6 H 3 PO 4 |
| (разб.) |
| 2HNO 3 | + | 3SO 2 | + | 2H 2 O | =t o => | 3H 2 SO 4 | + | 2NO |
| (разб.) |
Взаимодействие оксидов с гидроксидами металлов
С гидроксидами металлов как основными, так и амфотерными реагируют кислотные оксиды. При этом образуется соль, состоящая из катиона металла (из исходного гидроксида металла) и кислотного остатка кислоты, соответствующей кислотному оксиду.
SO 3 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + H 2 O
Кислотные оксиды, которым соответствуют многоосновные кислоты, с щелочами могут образовывать как нормальные, так и кислые соли:
CO 2 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + H 2 O
CO 2 + NaOH = NaHCO 3
P 2 O 5 + 6KOH = 2K 3 PO 4 + 3H 2 O
P 2 O 5 + 4KOH = 2K 2 HPO 4 + H 2 O
P 2 O 5 + 2KOH + H 2 O = 2KH 2 PO 4
«Привередливые» оксиды CO 2 и SO 2 , активности которых, как уже было сказано, не хватает для протекания их реакции с малоактивными основными и амфотерными оксидами, тем не менее, реагируют с большей частью соответствующих им гидроксидов металлов. Точнее, углекислый и сернистый газы взаимодействуют с нерастворимыми гидроксидами в виде их суспензии в воде. При этом образуются только осно вные соли, называемые гидроксокарбонатами и гидроксосульфитами, а образование средних (нормальных) солей невозможно:
2Zn(OH) 2 + CO 2 = (ZnOH) 2 CO 3 + H 2 O (в растворе)
2Cu(OH) 2 + CO 2 = (CuOH) 2 CO 3 + H 2 O (в растворе)
Однако с гидроксидами металлов в степени окисления +3, например, такими, как Al(OH) 3 , Cr(OH) 3 и т.д., углекислый и сернистый газ не реагируют вовсе.
Следует отметить также особую инертность диоксида кремния (SiO 2), в природе наиболее часто встречаемого в виде обычного песка. Данный оксид является кислотным, однако из гидроксидов металлов способен реагировать только с концентрированными (50-60%) растворами щелочей, а также с чистыми (твердыми) щелочами при сплавлении. При этом образуются силикаты:
2NaOH + SiO 2 =t o => Na 2 SiO 3 + H 2 O
Амфотерные оксиды из гидроксидов металлов реагируют только со щелочами (гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов). При этом при проведении реакции в водных растворах образуются растворимые комплексные соли:
ZnO + 2NaOH + H 2 O = Na 2 — тетрагидроксоцинкат натрия
BeO + 2NaOH + H 2 O = Na 2 — тетрагидроксобериллат натрия
Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na — тетрагидроксоалюминат натрия
Cr 2 O 3 + 6NaOH + 3H 2 O = 2Na 3 — гексагидроксохромат (III) натрия
А при сплавлении этих же амфотерных оксидов со щелочами получаются соли, состоящие из катиона щелочного или щелочноземельного металла и аниона вида MeO 2 x — , где x = 2 в случае амфотерного оксида типа Me +2 O и x = 1 для амфотерного оксида вида Me 2 +2 O 3:
ZnO + 2NaOH =t o => Na 2 ZnO 2 + H 2 O
BeO + 2NaOH =t o => Na 2 BeO 2 + H 2 O
Al 2 O 3 + 2NaOH =t o => 2NaAlO 2 + H 2 O
Cr 2 O 3 + 2NaOH =t o => 2NaCrO 2 + H 2 O
Fe 2 O 3 + 2NaOH =t o => 2NaFeO 2 + H 2 O
Следует отметить, что соли, получаемые сплавлением амфотерных оксидов с твердыми щелочами, могут быть легко получены из растворов соответствующих комплексных солей их упариванием и последующим прокаливанием:
Na 2 =t o => Na 2 ZnO 2 + 2H 2 O
Na =t o => NaAlO 2 + 2H 2 O
Взаимодействие оксидов со средними солями
Чаще всего средние соли с оксидами не реагируют.
Однако следует выучить следующие исключения из данного правила, часто встречающиеся на экзамене.
Одним из таких исключений является то, что амфотерные оксиды, а также диоксид кремния (SiO 2) при их сплавлении с сульфитами и карбонатами вытесняют из последних сернистый (SO 2) и углекислый (CO 2) газы соответственно. Например:
Al 2 O 3 + Na 2 CO 3 =t o => 2NaAlO 2 + CO 2
SiO 2 + K 2 SO 3 =t o => K 2 SiO 3 + SO 2
Также к реакциям оксидов с солями можно условно отнести взаимодействие сернистого и углекислого газов с водными растворами или взвесями соответствующих солей — сульфитов и карбонатов, приводящее к образованию кислых солей:
Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O = 2NaHCO 3
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2
Также сернистый газ при пропускании его через водные растворы или взвеси карбонатов вытесняет из них углекислый газ благодаря тому, что сернистая кислота является более сильной и устойчивой кислотой, чем угольная:
K 2 СO 3 + SO 2 = K 2 SO 3 + CO 2
ОВР с участием оксидов
Восстановление оксидов металлов и неметаллов
Аналогично тому, как металлы могут реагировать с растворами солей менее активных металлов, вытесняя последние в свободном виде, оксиды металлов при нагревании также способны реагировать с более активными металлами.
Напомним, что сравнить активность металлов можно либо используя ряд активности металлов, либо, если одного или сразу двух металлов нет в ряду активности, по их положению относительно друг друга в таблице Менделеева: чем ниже и левее металл, тем он более активен. Также полезно помнить, что любой металл из семейства ЩМ и ЩЗМ будет всегда активнее металла, не являющегося представителем ЩМ или ЩЗМ.
В частности, на взаимодействии металла с оксидом менее активного металла основан метод алюмотермии, используемый в промышленности для получения таких трудновосстанавливаемых металлов, как хром и ванадий:
Cr 2 O 3 + 2Al =t o => Al 2 O 3 + 2Cr
При протекании процесса алюмотермии образуется колоссальное количество тепла, а температура реакционной смеси может достигать более 2000 o C.
Также оксиды практически всех металлов, находящихся в ряду активности правее алюминия, могут быть восстановлены до свободных металлов водородом (H 2), углеродом (C) и угарным газом (CO) при нагревании. Например:
Fe 2 O 3 + 3CO =t o => 2Fe + 3CO 2
CuO + C =t o => Cu + CO
FeO + H 2 =t o => Fe + H 2 O
Следует отметить, что в случае, если металл может иметь несколько степеней окисления, при недостатке используемого восстановителя возможно также неполное восстановление оксидов. Например:
Fe 2 O 3 + CO =t o => 2FeO + CO 2
4CuO + C =t o => 2Cu 2 O + CO 2
Оксиды активных металлов (щелочных, щелочноземельных, магния и алюминия) с водородом и угарным газом не реагируют .
Однако оксиды активных металлов реагируют с углеродом, но иначе, чем оксиды менее активных металлов.
В рамках программы ЕГЭ, чтобы не путаться, следует считать, что в результате реакции оксидов активных металлов (до Al включительно) с углеродом образование свободного ЩМ, ЩЗМ, Mg, а также Al невозможно. В таких случаях происходит образование карбида металла и угарного газа. Например:
2Al 2 O 3 + 9C =t o => Al 4 C 3 + 6CO
CaO + 3C =t o => CaC 2 + CO
Оксиды неметаллов нередко могут быть восстановлены металлами до свободных неметаллов. Так, например, оксиды углерода и кремния при нагревании реагируют с щелочными, щелочноземельными металлами и магнием:
CO 2 + 2Mg =t o => 2MgO + C
SiO 2 + 2Mg =t o => Si + 2MgO
При избытке магния последнее взаимодействие может приводить также к образованию силицида магния Mg 2 Si:
SiO 2 + 4Mg =t o => Mg 2 Si + 2MgO
Оксиды азота могут быть относительно легко восстановлены даже менее активными металлами, например, цинком или медью:
Zn + 2NO =t o => ZnO + N 2
NO 2 + 2Cu =t o => 2CuO + N 2
Взаимодействие оксидов с кислородом
Для того чтобы в заданиях реального ЕГЭ суметь ответить на вопрос, реагирует ли какой-либо оксид с кислородом (O 2), прежде всего нужно запомнить, что оксиды, способные реагировать с кислородом (из тех, что могут попасться вам на самом экзамене) могут образовать только химические элементы из списка:
Встречающиеся в реальном ЕГЭ оксиды любых других химических элементов с кислородом реагировать не будут (!) .
Для более наглядного удобного запоминания перечисленных выше списка элементов, на мой взгляд, удобна следующая иллюстрация:
Все химические элементы, способные образовывать оксиды, реагирующие с кислородом (из встречающегося на экзамене)
В первую очередь, среди перечисленных элементов следует рассмотреть азот N, т.к. отношение его оксидов к кислороду заметно отличается от оксидов остальных элементов приведенного выше списка.
Следует четко запомнить тот факт, что всего азот способен образовать пять оксидов, а именно:
Из всех оксидов азота с кислородом может реагировать только NO. Данная реакция протекает очень легко при смешении NO как с чистым кислородом, так и с воздухом. При этом наблюдается быстрое изменение окраски газа с бесцветной (NO) на бурую (NO 2):
| 2NO | + | O 2 | = | 2NO 2 |
| бесцветный | бурый |
Для того чтобы дать ответ на вопрос — реагирует ли с кислородом какой-либо оксид любого другого из перечисленных выше химических элементов (т.е. С, Si , P , S , Cu , Mn , Fe , Cr ) — прежде всего обязательно нужно запомнить их основные степени окисления (СО). Вот они:
Далее нужно запомнить тот факт, что из возможных оксидов указанных выше химических элементов, с кислородом будут реагировать только те, которые содержат элемент в минимальной, среди указанных выше, степени окисления. При этом степень окисления элемента повышается до ближайшего положительного значения из возможных:
| элемент |
Отношение его оксидов к кислороду |
| С | Минимальная среди основных положительных степеней окисления углерода равна +2
, а ближайшая к ней положительная — +4
. Таким образом, с кислородом из оксидов C +2 O и C +4 O 2 реагирует только CO. При этом протекает реакция:
2C +2 O + O 2 =t o => 2C +4 O 2 CO 2 + O 2 ≠ — реакция невозможна в принципе, т.к. +4 – высшая степень окисления углерода. |
| Si | Минимальная среди основных положительных степеней окисления кремния равна +2, а ближайшая к ней положительная — +4. Таким образом, с кислородом из оксидов Si +2 O и Si +4 O 2 реагирует только SiO. Из-за некоторых особенностей оксидов SiO и SiO 2 возможно окисление лишь части атомов кремния в оксиде Si +2 O. Т.е. в результате его взаимодействия с кислородом, образуется смешанный оксид, содержащий как кремний в степени окисления +2, так и кремний в степени окисления +4, а именно Si 2 O 3 (Si +2 O·Si +4 O 2):
4Si +2 O + O 2 =t o => 2Si +2 ,+4 2 O 3 (Si +2 O·Si +4 O 2) SiO 2 + O 2 ≠ — реакция невозможна в принципе, т.к. +4 – высшая степень окисления кремния. |
| P | Минимальная среди основных положительных степеней окисления фосфора равна +3, а ближайшая к нему положительная — +5. Таким образом, с кислородом из оксидов P +3 2 O 3 и P +5 2 O 5 реагирует только P 2 O 3 . При этом протекает реакция доокисления фосфора кислородом от степени окисления +3 до степени окисления +5:
P +3 2 O 3 + O 2 =t o => P +5 2 O 5 P +5 2 O 5 + O 2 ≠ — реакция невозможна в принципе, т.к. +5 – высшая степень окисления фосфора. |
| S | Минимальная среди основных положительных степеней окисления серы равна +4, а ближайшая к ней по значению положительная — +6. Таким образом, с кислородом из оксидов S +4 O 2 , S +6 O 3 реагирует только SO 2 . При этом протекает реакция:
2S +4 O 2 + O 2 =t o => 2S +6 O 3 2S +6 O 3 + O 2 ≠ — реакция невозможна в принципе, т.к. +6 – высшая степень окисления серы. |
| Cu | Минимальная среди положительных степеней окисления меди равна +1, а ближайшая к ней по значению — положительная (и единственная) +2. Таким образом, с кислородом из оксидов Cu +1 2 O, Cu +2 O реагирует только Cu 2 O. При этом протекает реакция:
2Cu +1 2 O + O 2 =t o => 4Cu +2 O CuO + O 2 ≠ — реакция невозможна в принципе, т.к. +2 – высшая степень окисления меди. |
| Cr | Минимальная среди основных положительных степеней окисления хрома равна +2, а ближайшая к ней по значению положительная равна +3. Таким образом, с кислородом из оксидов Cr +2 O, Cr +3 2 O 3 и Cr +6 O 3 реагирует только CrO, при этом окисляясь кислородом до соседней (из возможных) положительной степени окисления, т.е. +3:
4Cr +2 O + O 2 =t o => 2Cr +3 2 O 3 Cr +3 2 O 3 + O 2 ≠ — реакция не протекает, несмотря на то что существует оксид хрома и в большей, чем +3, степени окисления (Cr +6 O 3). Невозможность протекания данной реакции связана с тем, что требуемый для ее гипотетического осуществления нагрев сильно превышает температуру разложения оксида CrO 3 . Cr +6 O 3 + O 2 ≠ — данная реакция не может протекать в принципе, т.к. +6 – высшая степень окисления хрома. |
| Mn | Минимальная среди основных положительных степеней окисления марганца равна +2, а ближайшая к ней положительная — +4. Таким образом, с кислородом из возможных оксидов Mn +2 O, Mn +4 O 2 , Mn +6 O 3 и Mn +7 2 O 7 реагирует только MnO, при этом окисляясь кислородом до соседней (из возможных) положительной степени окисления, т.е. +4:
2Mn +2 O + O 2 =t o => 2Mn +4 O 2 в то время, как: Mn +4 O 2 + O 2 ≠ и Mn +6 O 3 + O 2 ≠ — реакции не протекают, несмотря на то что существует оксид марганца Mn 2 O 7 , содержащий Mn в большей, чем +4 и +6, степени окисления. Связанно это с тем, что требуемый для дальнейшего гипотетического окисления оксидов Mn +4 O 2 и Mn +6 O 3 нагрев существенно превышает температуру разложения получаемых оксидов MnO 3 и Mn 2 O 7. Mn +7 2 O 7 + O 2 ≠ — данная реакция невозможна в принципе, т.к. +7 – высшая степень окисления марганца. |
| Fe | Минимальная среди основных положительных степеней окисления железа равна +2
, а ближайшая к ней среди возможных — +3
. Несмотря на то что для железа существует степень окисления +6, кислотного оксида FeO 3 , впрочем, как и соответствующей ему «железной» кислоты не существует.
Таким образом, из оксидов железа с кислородом могут реагировать только те оксиды, которые содержат Fe в степени окисления +2. Это либо оксид Fe +2 O, либо смешанный оксид железа Fe +2 ,+3 3 O 4 (железная окалина):
смешанный оксид Fe +2,+3 3 O 4 может быть доокислен до Fe +3 2 O 3:
Fe +3 2 O 3 + O 2 ≠ — протекание данной реакции невозможно в принципе, т.к. оксидов, содержащих железо в степени окисления выше, чем +3, не существует. |
Несолеобразующие (безразличные, индифферентные) оксиды СО, SiO, N 2 0, NO.
Солеобразующие оксиды:
Основные. Оксиды, гидраты которых являются основания ми. Оксиды металлов со степенями окисления +1 и +2 (реже +3). Примеры: Na 2 O - оксид натрия, СаО - оксид кальция, CuO - оксид меди (II), СоО - оксид кобальта (II), Bi 2 O 3 - оксид висмута (III), Mn 2 O 3 - оксид марганца (III).
Амфотерные. Оксиды, гидраты которых являются амфотерными гидроксидами. Оксиды металлов со степенями окисления +3 и +4 (реже +2). Примеры: Аl 2 O 3 - оксид алюминия, Cr 2 O 3 - оксид хрома (III), SnO 2 - оксид олова (IV), МnO 2 - оксид марганца (IV), ZnO - оксид цинка, ВеО - оксид бериллия.
Кислотные. Оксиды, гидраты которых являются кислородсодержащими кислотами. Оксиды неметаллов. Примеры: Р 2 О 3 - оксид фосфора (III), СO 2 - оксид углерода (IV), N 2 O 5 - оксид азота (V), SO 3 - оксид серы (VI), Cl 2 O 7 - оксид хлора (VII). Оксиды металлов со степенями окисления +5, +6 и +7. Примеры: Sb 2 O 5 - оксид сурьмы (V). СrОз - оксид хрома (VI), МnОз - оксид марганца (VI), Мn 2 O 7 - оксид марганца (VII).
Изменение характера оксидов при увеличении степени окисления металла
Физические свойства
Оксиды бывают твердые, жидкие и газообразные, различного цвета. Например: оксид меди (II) CuO черного цвета, оксид кальция СаО белого цвета - твердые вещества. Оксид серы (VI) SO 3 - бесцветная летучая жидкость, а оксид углерода (IV) СО 2 - бесцветный газ при обычных условиях.
Агрегатное состояние
CaO, СuО, Li 2 O и др. основные оксиды; ZnO, Аl 2 O 3 , Сr 2 O 3 и др. амфотерные оксиды; SiO 2 , Р 2 O 5 , СrO 3 и др. кислотные оксиды.
SO 3 , Cl 2 O 7 , Мn 2 O 7 и др..
Газообразные:
CO 2 , SO 2 , N 2 O, NO, NO 2 и др..
Растворимость в воде
Растворимые:
а) основные оксиды щелочных и щелочноземельных металлов;
б) практически все кислотные оксиды (исключение: SiO 2).
Нерастворимые:
а) все остальные основные оксиды;
б) все амфотерные оксиды
Химические свойства
1. Кислотно-основные свойства
Общими свойствами основных, кислотных и амфотерных оксидов являются кислотно-основные взаимодействия, которые иллюстрируются следующей схемой:
(только для оксидов щелочных и щелочно-земельных металлов) (кроме SiO 2).
Амфотерные оксиды, обладая свойствами и основных и кислотных оксидов, взаимодействуют с сильными кислотами и щелочами:
2. Окислительно - восстановительные свойства
Если элемент имеет переменную степень окисления (с. о.), то его оксиды с низкими с. о. могут проявлять восстановительные свойства, а оксиды с высокими с. о. - окислительные.
Примеры реакций, в которых оксиды выступают в роли восстановителей:
Окисление оксидов с низкими с. о. до оксидов с высокими с. о. элементов.
2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2
2S +4 O 2 + O 2 = 2S +6 O 3
2N +2 O + O 2 = 2N +4 O 2
Оксид углерода (II) восстанавливает металлы из их оксидов и водород из воды.
C +2 O + FeO = Fe + 2C +4 O 2
C +2 O + H 2 O = H 2 + 2C +4 O 2
Примеры реакций, в которых оксиды выступают в роли окислителей:
Восстановление оксидов с высокими с о. элементов до оксидов с низкими с. о. или до простых веществ.
C +4 O 2 + C = 2C +2 O
2S +6 O 3 + H 2 S = 4S +4 O 2 + H 2 O
C +4 O 2 + Mg = C 0 + 2MgO
Cr +3 2 O 3 + 2Al = 2Cr 0 + 2Al 2 O 3
Cu +2 O + H 2 = Cu 0 + H 2 O
Использование оксидов малоактивных металлов дпя окисления органических веществ.
Некоторые оксиды, в которых элемент имеет промежуточную с. о., способны к диспропорционированию;
например:
2NO 2 + 2NaOH = NaNO 2 + NaNO 3 + H 2 O
Способы получения
1. Взаимодействие простых веществ - металлов и неметаллов - с кислородом:
4Li + O 2 = 2Li 2 O;
2Cu + O 2 = 2CuO;
4P + 5O 2 = 2P 2 O 5
2. Дегидратация нерастворимых оснований, амфотерных гидроксидов и некоторых кислот:
Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O
2Al(OH) 3 = Al 2 O 3 + 3H 2 O
H 2 SO 3 = SO 2 + H 2 O
H 2 SiO 3 = SiO 2 + H 2 O
3. Разложение некоторых солей:
2Cu(NO 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2
CaCO 3 = CaO + CO 2
(CuOH) 2 CO 3 = 2CuO + CO 2 + H 2 O
4. Окисление сложных веществ кислородом:
CH 4 + 2O 2 = CO 2 + H 2 O
4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2
4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O
5.Восстановление кислот-окислителей металлами и неметаллами:
Cu + H 2 SO 4 (конц) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
10HNO 3 (конц) + 4Ca = 4Ca(NO 3) 2 + N 2 O + 5H 2 O
2HNO 3 (разб) + S = H 2 SO 4 + 2NO
6. Взаимопревращения оксидов в ходе окислительно-восстановительных реакций (см. окислительно-восстановительные свойства оксидов).
|
Вы можете приобрести видеоурок (запись вебинара, 1,5 часа) и комплект теории по теме «Оксиды: получение и химические свойства». Стоимость материалов — 500 рублей. Оплата через систему Яндекс.Деньги (Visa, Mastercard, МИР, Maestro) по ссылке . Внимание! После оплаты необходимо прислать сообщение с пометкой «Оксиды» с указанием адреса электронной почты, на которую можно выслать ссылку для скачивания и просмотра вебинара. В течение суток после оплаты заказа и получения сообщения материалы вебинара поступят на вашу почту. Сообщение можно прислать одним из следующих способов:
Без сообщения мы не сможем идентифицировать платеж и отправить Вам материалы. |
Химические свойства основных оксидов
Подробно про оксиды, их классификацию и способы получения можно прочитать .
1. Взаимодействие с водой. С водой способны реагировать только основные оксиды, которым соответствуют растворимые гидроксиды (щелочи). Щелочи образуют щелочные металлы (литий, натрий, калий, рубидий и цезий) и щелочно-земельные (кальций, стронций, барий). Оксиды остальных металлов с водой химически не реагируют. Оксид магния реагирует с водой при кипячении.
CaO + H 2 O → Ca(OH) 2
CuO + H 2 O ≠
2. Взаимодействие с кислотными оксидами и кислотами. При взаимодействии основным оксидов с кислотами образуется соль этой кислоты и вода. При взаимодействии основного оксида и кислотного образуется соль:
основный оксид + кислота = соль + вода
основный оксид + кислотный оксид = соль
При взаимодействии основных оксидов с кислотами и их оксидами работает правило:
Хотя бы одному из реагентов должен соответствовать сильный гидроксид (щелочь или сильная кислота) .
Иными словами, основные оксиды, которым соответствуют щелочи, реагируют со всеми кислотными оксидами и их кислотами. Основные оксиды, которым соответствуют нерастворимые гидроксиды, реагируют только с сильными кислотами и их оксидами (N 2 O 5 , NO 2 , SO 3 и т.д.).
3. Взаимодействие с амфотерными оксидами и гидроксидами.
При взаимодействии основных оксидов с амфотерными образуются соли:
основный оксид + амфотерный оксид = соль
С амфотерными оксидами при сплавлении взаимодействуют только основные оксиды, которым соответствуют щелочи . При этом образуется соль. Металл в соли берется из более основного оксида, кислотный остаток — из более кислотного. В данном случае амфотерный оксид образует кислотный остаток.
K 2 O + Al 2 O 3 → 2KAlO 2
CuO + Al 2 O 3 ≠ (реакция не идет, т.к. Cu(OH) 2 — нерастворимый гидроксид)
(чтобы определить кислотный остаток, к формуле амфотерного или кислотного оксида добавляем молекулу воды: Al 2 O 3 + H 2 O = H 2 Al 2 O 4 и делим получившиеся индексы пополам, если степень окисления элемента нечетная: HAlO 2 . Получается алюминат-ион AlO 2 — . Заряд иона легко определить по числу присоединенных атомов водорода — если атом водорода 1, то заряд аниона будет -1, если 2 водорода, то -2 и т.д.).
Амфотерные гидроксиды при нагревании разлагаются, поэтому реагировать с основными оксидами фактически не могут.
4. Взаимодействие основных оксидов с восстановителями.
Таким образом, ионы некоторых металлов — окислители (чем правее в ряду напряжений, тем сильнее). При взаимодействии с восстановителями металлы переходят в степень окисления 0.
4.1. Восстановление углем или угарным газом .
Углерод (уголь) восстанавливает из оксидов только металлы, расположенные в ряду активности после алюминия. Реакция протекает только при нагревании.
FeO + C → Fe + CO
Угарный газ также восстанавливает из оксидов только металлы, расположенные после алюминия в электрохимическом ряду:
Fe 2 O 3 + CO → Al 2 O 3 + CO 2
CuO + CO → Cu + CO 2
4.2. Восстановление водородом .
Водород восстанавливает из оксидов только металлы, расположенные в ряду активности правее алюминия. Реакция с водородом протекает только в жестких условиях – под давлением и при нагревании.
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
4.3. Восстановление более активными металлами (в расплаве или растворе, в зависимости от металла)
При этом более активные металлы вытесняют менее активные. То есть добавляемый к оксиду металл должен быть расположен левее в ряду активности, чем металл из оксида. Реакции, как правило, протекают при нагревании.
Например , оксид цинка взаимодействует с алюминием:
3ZnO + 2Al → Al 2 O 3 + 3Zn
но не взаимодействует с медью:
ZnO + Cu ≠
Восстановление металлов из оксидов с помощью других металлов — это очень распространенный процесс. Часто для восстановления металлов применяют алюминий и магний. А вот щелочные металлы для этого не очень подходят – они слишком химически активны, что создает сложности при работе с ними.
Например , цезий взрывается на воздухе .
Алюмотермия – это восстановление металлов из оксидов алюминием.
Например : алюминий восстанавливает оксид меди (II) из оксида:
3CuO + 2Al → Al 2 O 3 + 3Cu
Магниетермия – это восстановление металлов из оксидов магнием.
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
4.4. Восстановление аммиаком.
Аммиаком можно восстанавливать только оксиды неактивных металлов. Реакция протекает только при высокой температуре.
Например , аммиак восстанавливает оксид меди (II):
3CuO + 2NH 3 → 3Cu + 3H 2 O + N 2
5. Взаимодействие основных оксидов с окислителями .
Под действием окислителей некоторые основные оксиды (в которых металлы могут повышать степень окисления, например Fe 2+ , Cr 2+ , Mn 2+ и др.) могут выступать в качестве восстановителей.
Например , оксид железа (II) можно окислить кислородом до оксида железа (III):
4FeO + O 2 → 2Fe 2 O 3
Оксиды – сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород. Оксиды могут быть солеобразующими и несолеобразующими: одним из видов солеобразующих оксидов являются основные оксиды. Чем они отличаются от других видов, и каковы их химические свойства?
Солеобразующие оксиды подразделяются на основные, кислотные и амфотерные оксиды. Если основным оксидам соответствуют основания, то кислотным – кислоты, а амфотерным оксидам соответствуют амфотерные образования. Амфотерными оксидами называют такие соединения, которые в зависимости от условий могут проявлять либо основные, либо кислотные свойства.
Рис. 1. Классификация оксидов.
Физические свойства оксидов очень разнообразны. Они могут быть как газами (CO 2), так и твердыми (Fe 2 O 3) или жидкими веществами (H 2 O).
При этом большинство основных оксидов является твердыми веществами различных цветов.
оксиды, в которых элементы проявляют свою высшую активность называются высшими оксидами. Порядок возрастания кислотных свойств высших оксидов соответствующих элементов в периодах слева направо объясняется постепенным возрастанием положительного заряда ионов этих элементов.
Химические свойства основных оксидов
Основными оксидами называются оксиды, которым соответствуют основания. Например, основным оксидам K 2 O, СaO соответствуют основания KOH, Ca(OH) 2 .
Рис. 2. Основные оксиды и соответствующие им основания.
Основные оксиды образуются типичными металлами, а также металлами переменной валентности в низшей степени окисления (например, CaO, FeO), реагируют с кислотами и кислотными оксидами, образуя при этом соли:
CaO (основной оксид)+CO 2 (кислотный оксид)=СaCO 3 (соль)
FeO (основной оксид)+H 2 SO 4 (кислота)=FeSO 4 (соль)+2H 2 O (вода)
Основные оксиды также взаимодействуют с амфотерными оксидами, в результате чего происходит образование соли, например:
С водой реагируют только оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов:
BaO (основной оксид)+H 2 O (вода)=Ba(OH) 2 (основание щелочнозем. металла)
Многие основные оксиды имеют характер восстанавливаться до веществ, состоящих из атомов одного химического элемента:
3CuO+2NH 3 =3Cu+3H 2 O+N 2
При нагревании разлагаются только оксиды ртути и благородных металлов:
Рис. 3. Оксид ртути.
Список основных оксидов:
| Название оксида | Химическая формула | Свойства |
| Оксид кальция | CaO | негашенная известь, белое кристаллическое вещество |
| Оксид магния | MgO | белое вещество, малорастворимое в воде |
| Оксид бария | BaO | бесцветные кристаллы с кубической решеткой |
| Оксид меди II | CuO | вещество черного цвета практически нерастворимое в воде |
| HgO | твердое вещество красного или желто-оранжевого цвета | |
| Оксид калия | K 2 O | бесцветное или бледно-желтое вещество |
| Оксид натрия | Na 2 O | вещество, состоящее из бесцветных кристаллов |
| Оксид лития | Li 2 O | вещество, состоящее из бесцветных кристаллов, которые имеют строение кубической решетки |
Свойства оксидов
Оксиды
- это сложные химические вещества, представляющие собой химические соединения простых элементов с кислородом. Они бывают солеобразующими
и не образующие соли
.
При этом солеобразующие бывают 3-х типов: основными
(от слова "основание"), кислотными
и амфотерными
.
Примером окислов, не образующих соли, могут быть: NO (окись азота) - представляет собой бесцветный газ, без запаха. Он образуется во время грозы в атмосфере. CO (окись углерода) - газ без запаха, образуется при сгорании угля. Его обычно называют угарным газом. Существуют и другие окислы, не образующие соли.
Теперь разберём подробнее каждый вид солеобразующих окислов.
Основные оксиды
Основные оксиды
- это сложные химические вещества, относящиеся к окислам, которые образуют соли при химической реакции с кислотами или кислотными оксидами и не реагируют с основаниями или основными оксидами. Например, к основным относятся следующие:
K 2 O (окись калия), CaO (окись кальция), FeO (окись железа 2-валентного).
Рассмотрим химические свойства оксидов на примерах
1. Взаимодействие с водой:
- взаимодействие с водой с образованием основания (или щёлочи)
CaO+H 2 O→ Ca(OH) 2 (известная реакция гашения извести, при этом выделяется большое количества тепла!)
2. Взаимодействие с кислотами:
- взаимодействие с кислотой с образованием соли и воды (раствор соли в воде)
CaO+H 2 SO 4 → CaSO 4 + H 2 O (Кристаллы этого вещества CaSO 4 известны всем под названием "гипс").
3. Взаимодействие с кислотными оксидами: образование соли
CaO+CO 2 → CaCO 3 (Это вещество известно всем - обычный мел!)
Кислотные оксиды
Кислотные оксиды - это сложные химические вещества, относящиеся к окислам, которые образуют соли при химическом взаимодействии с основаниями или основными оксидами и не взаимодействуют с кислотными оксидами.
Примерами кислотных окислов могут быть:
CO 2 (всем известный углекислый газ), P 2 O 5 - оксид фосфора (образуется при сгорании на воздухе белого фосфора), SO 3 - триокись серы - это вещество используют для получения серной кислоты .
Химическая реакция с водой
CO 2 +H 2 O→ H 2 CO 3 - это вещество - угольная кислота - одна из слабых кислот, её добавляют в газированную воду для "пузырьков" газа. С повышением температуры растворимость газа в воде уменьшается, а его излишек выходит в виде пузырьков.
Реакция с щелочами (основаниями):
CO 2 +2NaOH→ Na 2 CO 3 +H 2 O- образовавшееся вещество (соль) широко используется в хозяйстве. Её название - кальцинированная сода или стиральная сода, - отличное моющее средство для подгоревших кастрюль, жира, пригара. Голыми руками работать не рекомендую!
Реакция с основными оксидами:
CO 2 +MgO→ MgCO 3 - получившая соль - карбонат магния - ещё называется "горькая соль".
Амфотерные оксиды
Амфотерные оксиды - это сложные химические вещества, также относящиеся к окислам, которые образуют соли при химическом взаимодействии и с кислотами (или кислотными оксидами ) и основаниями (или основными оксидами ). Наиболее частое применение слово "амфотерный" в нашем случае относится к оксидам металлов .
Примером амфотерных оксидов могут быть:
ZnO - окись цинка (белый порошок, часто применяемый в медицине для изготовления масок и кремов), Al 2 O 3 - окись алюминия (называют еще "глинозёмом").
Химические свойства амфотерных оксидов уникальны тем, что они могут вступать в химические реакции, соответствующие как основаниями так и с кислотами. Например:
Реакция с кислотным оксидом:
ZnO+H 2 CO 3 → ZnCO 3 + H 2 O - Образовавшееся вещество - раствор соли "карбоната цинка" в воде.
Реакция с основаниями:
ZnO+2NaOH→ Na 2 ZnO 2 +H 2 O - полученное вещество - двойная соль натрия и цинка.
Получение оксидов
Получение оксидов производят различными способами. Это может происходить физическим и химическим способами. Самым простым способом является химическое взаимодействие простых элементов с кислородом. Например, результатом процесса горения или одним из продуктов этой химической реакции являются оксиды . Например, если раскалённое железный прутик, да и не только железный (можно взять цинк Zn, олово Sn, свинец Pb, медь Cu, - вообщем то, что имеется под рукой) поместить в колбу с кислородом, то произойдёт химическая реакция окисления железа, которая сопровождается яркой вспышкой и искрами. Продуктом реакции будет чёрный порошок оксида железа FeO:
2Fe+O 2 → 2FeO
Полностью аналогичны химические реакции с другими металлами и неметаллами. Цинк сгорает в кислороде с образованием окисла цинка
2Zn+O 2 → 2ZnO
Горение угля сопровождается образованием сразу двух окислов: угарного газа и углекислого газа
2C+O 2 → 2CO - образование угарного газа.
C+O 2 → CO 2 - образование углекислого газа. Этот газ образуется если кислорода имеется в более, чем достаточном количестве, то есть в любом случае сначала протекает реакция с образованием угарного газа, а потом угарный газ окисляется, превращаясь в углекислый газ.
Получение оксидов можно осуществить другим способом - путём химической реакции разложения . Например, для получения окисла железа или окисла алюминия необходимо прокалить на огне соответствующие основания этих металлов :
Fe(OH) 2 → FeO+H 2 O
Твёрдый оксид алюминия - минерал корунд
Оксид железа (III). Поверхность планеты Марс имеет красновато-оранжевый цвет из-за наличия в грунте оксида железа (III).
Твёрдый оксид алюминия - корунд
2Al(OH) 3 → Al 2 O 3 +3H 2 O,
а также при разложении отдельных кислот:
H 2 CO 3 → H 2 O+CO 2 - разложение угольной кислоты
H 2 SO 3 → H 2 O+SO 2 - разложение сернистой кислоты
Получение оксидов можно осуществить из солей металлов при сильном нагревании:
CaCO 3 → CaO+CO 2 - прокаливанием мела получают окись кальция (или негашенную известь) и углекислый газ.
2Cu(NO 3) 2 → 2CuO + 4NO 2 + O 2 - в этой реакции разложения получается сразу два окисла: меди CuO (чёрного цвета) и азота NO 2 (его ещё называют бурым газом из-за его действительно бурого цвета).
Ещё одним способом, которым можно осуществить получение окислов - это окислительно-восстановительные реакции
Cu + 4HNO 3 (конц.)→ Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
S + 2H 2 SO 4 (конц.)→ 3SO 2 + 2H 2 O
Оксиды хлора
Молекула ClO 2
Молекула Cl 2 O 7
Закись азота N 2 O
Азотистый ангидрид N 2 O 3
Азотный ангидрид N 2 O 5
Бурый газ NO 2
Известны следующие оксиды хлора : Cl 2 O, ClO 2 , Cl 2 O 6 , Cl 2 O 7 . Все они, за исключением Cl 2 O 7 , имеют желтую или оранжевую окраску и не устойчивы, особенно ClO 2 , Cl 2 O 6 . Все оксиды хлора взрывоопасны и являются очень сильными окислителями.
Реагируя с водой, они образуют соответствующие кислородсодержащие и хлорсодержащие кислоты :
Так, Cl 2 O - кислотный оксид хлора хлорноватистой кислоты.
Cl 2 O + H 2 O→ 2HClO - Хлорноватистая кислота
ClO 2 - кислотный оксид хлора хлорноватистой и хлорноватой кислоты, так как при химической реакции с водой образует сразу две этих кислоты:
ClO 2 + H 2 O→ HClO 2 + HClO 3
Cl 2 O 6 - тоже кислотный оксид хлора хлорноватой и хлорной кислот:
Cl 2 O 6 + H 2 O→ HClO 3 + HClO 4
И, наконец, Cl 2 O 7 - бесцветная жидкость - кислотный оксид хлора хлорной кислоты:
Cl 2 O 7 + H 2 O→ 2HClO 4
Оксиды азота
Азот - газ, который образует 5 различных соединений с кислородом - 5 оксидов азота . А именно:
N 2 O - гемиоксид азота
. Другое его название известно в медицине под названием веселящий газ
или закись азота
- это бесцветный сладковатый и приятный на вкус на газ.
- NO - моноксид азота
- бесцветный, не имеющий ни запаха ни вкуса газ.
- N 2 O 3 - азотистый ангидрид
- бесцветное кристаллическое вещество
- NO 2 - диоксид азота
. Другое его название - бурый газ
- газ действительно имеет буро-коричневый цвет
- N 2 O 5 - азотный ангидрид
- синяя жидкость, кипящая при температуре 3,5 0 C
Из всех этих перечисленных соединений азота наибольший интерес в промышленности представляют NO - моноксид азота и NO 2 - диоксид азота. Моноксид азота (NO) и закись азота N 2 O не реагируют ни с водой, ни с щелочами. (N 2 O 3) при реакции с водой образует слабую и неустойчивую азотистую кислоту HNO 2 , которая на воздухе постепенно переходит в более стойкое химическое вещество азотную кислоту Рассмотрим некоторые химические свойства оксидов азота :
Реакция с водой:
2NO 2 + H 2 O→ HNO 3 + HNO 2 - образуется сразу 2 кислоты: азотная кислота HNO 3 и азотистая кислота.
Реакция с щелочью:
2NO 2 + 2NaOH→ NaNO 3 + NaNO 2 + H 2 O - образуются две соли: нитрат натрия NaNO 3 (или натриевая селитра) и нитрит натрия (соль азотистой кислоты).
Реакция с солями:
2NO 2 + Na 2 CO 3 → NaNO 3 + NaNO 2 + CO 2 - образуются образуются две соли: нитрат натрия и нитрит натрия, и выделяется углекислый газ.
Получают диоксид азота (NO 2) из моноксида азота (NO) с помощью химической реакции соединения c кислородом :
2NO + O 2 → 2NO 2
Оксиды железа
Железо образует два оксида : FeO - оксид железа (2-валентный) - порошок чёрного цвета, который получают восстановлением оксида железа (3-валентного) угарным газом по следующей химической реакции:
Fe 2 O 3 +CO→ 2FeO+CO 2
Этот основной оксид, легко вступающий в реакции с кислотами. Он обладает восстановительными свойствами и быстро окисляется в оксид железа (3-валентный).
4FeO +O 2 → 2Fe 2 O 3
Оксид железа (3-валентный) - красно-бурый порошок (гематит), обладающий амфотерными свойствами (может взаимодействовать и с кислотами и со щелочами). Но кислотные свойства этого оксида выражены настолько слабо, что наиболее часто он его используют, как основной оксид .
Есть ещё так называемы смешанный оксид железа Fe 3 O 4 . Он образуется при горении железа, хорошо проводит электрический ток и обладает магнитными свойствами (его называют магнитным железняком или магнетитом). Если железо сгорает, то в результате реакции горения образуется окалина, состоящая сразу из двух оксидов: оксида железа (III) и (II) валентные.
Оксид серы
Сернистый газ
SO 2
Оксид серы SO 2 - или сернистый газ относится к кислотным оксидам , но кислоту не образует, хотя отлично растворяется в воде - 40л оксида серы в 1 л воды (для удобства составления химических уравнений такой раствор называют сернистой кислотой).
При нормальных обстоятельствах - это бесцветный газ с резким и удушливым запахом горелой серы. При температуре всего -10 0 C его можно перевести в жидкое состояние.
В присутствии катализатора -оксида ванадия (V 2 O 5) оксид серы присоединяет кислород и превращается в триоксид серы
2SO 2 +O 2 → 2SO 3
Растворённый в воде сернистый газ - оксид серы SO 2 - очень медленно окисляется, в результате чего сам раствор превращается в серную кислоту
Если сернистый газ пропускать через раствор щелочи, например, гидроксида натрия, то образуется сульфит натрия (или гидросульфит - смотря сколько взять щёлочи и сернистого газа)
NaOH + SO 2 → NaHSO 3 - сернистый газ взят в избытке
2NaOH + SO 2 → Na 2 SO 3 + H 2 O
Если сернистый газ не реагирует с водой, то почему его водный раствор даёт кислую реакцию?! Да, не реагирует, но он сам окисляется в воде, присоединяя к себе кислород. И получается, что в воде накапливаются свободные атомы водорода, которые и дают кислую реакцию (можете проверить каким-нибудь индикатором!)
