Sro какой оксид кислотный или основной. Основные оксиды: что это такое, с чем они реагируют? Взаимодействие оксидов с кислотами

РАЗДЕЛ II. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

7. Основные классы неорганических соединений

7.1. Оксиды

Оксиды - это бинарные соединения элементов с Оксигеном, в которых он проявляет степень окисления - 2. Характерные Признаки оксидов:

степень окисления Кислорода - - 2;

атомы Кислорода не связаны между собой, а соединяются только с атомами других элементов;

атомы элемента, образующего оксид, имеют одинаковую степень окисления 1 .

Графические формулы оксидов

Не все бинарные соединения Кислорода являются оксидами:

По химическому характеру оксиды разделяют на несолетворні и солетворні.

Несолетворні оксиды - NO , N 2 O , CO , SiO - это оксиды, которые относят к реакционно способных соединений, но во время реакций соли не образуются. Они не реагируют с водой, кислотами и основаниями при обычных условиях (следовательно, к классу оксидов их относят условно).

Солетворні оксиды - это оксиды, которые образуют соли. Солетворні оксиды подразделяют на основные (К 2 O , ВаО, MgO , FeO ), кислотные (SO 2 , SO 3 , N 2 O 5 , P 2 O 5 ) и амфотерные (ZnO , А l 2 O 3 , Cr 2 O 3 , BeO ).

Номенклатура оксидов

Название оксидов состоит из названия элемента, после которой, когда элемент проявляет несколько степеней окисления, в скобках римскими цифрами указывают степень его окисления и добавляют слово «оксид». Например:

К 2 O - калий оксид;

Fe 2 O 3 - феррум(ІІІ) оксид;

С u 2 O - купрум(И) оксид;

MgO - магний оксид;

Р 2 O 5 - фосфор(V ) оксид;

А l 2 O 3 - алюминий оксид;

СО - карбон(II) оксид.

Некоторые, давно известны человеку оксиды имеют и тривиальные названия: СаО - негашеная известь, С O 2 - углекислый газ, SO 2 - сернистый газ.

Получения оксидов

1. Взаимодействие простых веществ (металлов и неметаллов) с кислородом:

2. Окисление сложных веществ:

3. Термическое разложение:

основ:

солей:

амфотерных гидроксидов:

Некоторых кислот:

4. Во время некоторых других реакций:

______________________________________________________

1 Двойной «оксид» (FeFe 2 ) O 4 содержит Ферум с различными степенями окисления (+2 и +3) и при взаимодействии с кислотными оксидами образует две различные соли.

7.1.1. Основные оксиды

Основные оксиды - это оксиды, гидраты которых являются основаниями. Все основные оксиды являются оксидами металлических элементов, которые обнаруживают невысокие степени окисления (+1, +2). До основных оксидов относятся:

окислы металлических элементов главных подгрупп i И II групп (кроме Be );

оксиды одновалентных элементов, двухвалентных, за исключением BeO , ZnO , Г b О, которые являются амфотерными;

оксиды переходных металлических элементов в низких степенях окисления (NiO , FeO , М n О, С rO ).

Основным оксидам соответствуют основания:

Na 2 O - NaOH

MgO - Mg (OH ) 2

FeO - Fe (OH ) 2

BaO - Ba (OH ) 2

CrO - Cr (OH ) 2

Тип химической связи в основных оксидах преимущественно ионный.

Химические свойства основных оксидов

1. Взаимодействие с кислотами с образованием солей:

2. Взаимодействие с кислотными оксидами с образованием солей:

3. Взаимодействие с водой. Только оксиды щелочных и щелочноземельных металлических элементов взаимодействуют с водой, образуя щелочи:

4. Взаимодействие с амфотерными оксидами. Реакция происходит во время сплавления. Амфотерный оксид в этой реакции проявляет кислотные свойства:

5. Взаимодействие с амфотерными основаниями. Реакция происходит во время сплавления:

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:

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:

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):

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:

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).

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

В природе существует три класса неорганических химических соединений: соли, гидроксиды и оксиды. Первые являются соединениями атома металла с кислотным остатком, к примеру, СІ-. Вторые подразделяются на кислоты и основания. Молекулы первых из них состоят из катионов Н+ и кислотного остатка, например, SO 4 -. Основания же имеют в своем составе катион металла, к примеру, К+, и анион в виде гидроксильной группы ОН-. А оксиды, в зависимости от своих свойств, делятся на кислотные и основные. О последних мы и расскажем в этой статье.

Определение

Основные оксиды — это вещества, состоящие из двух химических элементов, одним из которых обязательно является оксиген, а вторым — металл. При добавлении воды к веществам этого типа образуются основания.

Химические свойства основных оксидов

Вещества данного класса в первую очередь способны вступать в реакцию с водой, вследствие которой получается основание. Для примера можно привести следующее уравнение: СаО + Н 2 О = Са(ОН) 2 .

Реакции с кислотами

Если основные оксиды смешать с кислотами, можно получить соли и воду. К примеру, если к оксиду калия добавить хлоридную кислоту, получим хлорид калия и воду. Уравнение реакции будет выглядеть таким образом: К 2 О + 2НСІ = 2КСІ + Н 2 О.

Взаимодействие с кислотными оксидами

Такого рода химические реакции приводят к образованию солей. Например, если к оксиду кальция добавить углекислый газ, получим карбонат кальция. Данную реакцию можно выразить в виде следующего уравнения: СаО + СО 2 = СаСО 3 . Подобного рода химическое взаимодействие может произойти только под воздействием высокой температуры.

Амфотерные и основные оксиды

Эти вещества также могут взаимодействовать между собой. Это происходит, потому что первые из них имеют свойства как кислотных, так и основных оксидов. В результате подобных химических взаимодействий образуются сложные соли. Для примера приведем уравнение реакции, которая происходит при смешивании оксида калия (основного) с оксидом алюминия (амфотерным): К 2 О + АІ 2 О 3 = 2КАІО 2 . Полученное при этом вещество называется алюминат калия. Если смешать те же реагенты, но еще и добавить воду, то реакция пройдет следующим образом: К 2 О + АІ 2 О 3 + 4Н 2 О = 2К. Вещество, которое образовалось, называется тетрагидроксоалюминат калия.

Физические свойства

Разнообразные основные оксиды весьма отличаются друг от друга по физическим свойствам, однако все они в основном при нормальных условиях пребывают в твердом агрегатном состоянии, имеют высокую температуру плавления.

Давайте рассмотрим каждое химическое соединение по отдельности. Оксид калия выглядит как твердое вещество светло-желтого цвета. Плавится при температуре +740 градусов по шкале Цельсия. Оксид натрия представляет собой бесцветные кристаллы. Превращаются в жидкость при температуре +1132 градуса. Оксид кальция представлен белыми кристаллами, которые плавятся при +2570 градусах. Диоксид железа выглядит как черный порошок. Принимает жидкое агрегатное состояние при температуре +1377 градусов Цельсия. Оксид магния похож на соединение кальция — это также кристаллы белого цвета. Плавится при +2825 градусах. Оксид лития представляет собой прозрачные кристаллы с температурой плавления +1570 градусов. Данное вещество обладает высокой гигроскопичностью. Оксид бария выглядит так же, как и предыдущее химическое соединения, температура, при которой оно принимает жидкое состояние, чуть выше — +1920 градусов. Оксид ртути — порошок оранжево-красного цвета. При температуре +500 градусов по Цельсию данное химическое вещество разлагается. Оксид хрома — это порошок темно-красной расцветки с такой же температурой плавления, как и у соединения лития. Оксид цезия обладает такой же окраской, как и ртути. Разлагается под воздействием солнечной энергии. Оксид никеля — кристаллы зеленого цвета, превращаются в жидкость при температуре +1682 градуса по шкале Цельсия. Как видите, физические свойства всех веществ данной группы обладают многими общими чертами, хотя и имеют некоторые различия. Оксид купрума (меди) выглядит как кристаллы, обладающие черной окраской. В жидкое агрегатное состояние переходит при температуре +1447 градус по Цельсию.

Как добывают химические вещества этого класса?

Основные оксиды можно получить путем проведения реакции между металлом и кислородом под воздействием высокой температуры. Уравнение такого взаимодействия выглядит следующим образом: 4К + О 2 = 2К 2 О. Второй способ получения химических соединений данного класса — разложение нерастворимого основания. Уравнение можно записать так: Са(ОН) 2 = СаО + Н 2 О. Для осуществления подобного рода реакции необходимы специальные условия в виде высоких температур. Кроме того, основные оксиды также образуются при разложении определенных солей. Примером может служить такое уравнение: СаСО 3 = СаО + СО 2 . Таким образом, образовался еще и кислотный оксид.

Использование основных оксидов

Химические соединения данной группы находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Далее рассмотрим использование каждого из них. Оксид алюминия применяют в стоматологии для изготовления зубных протезов. Его также используют при производстве керамики. Оксид кальция является одним из компонентов, участвующих в изготовлении силикатного кирпича. Также он может выступать в роли огнеупорного материала. В пищевой промышленности это добавка Е529. Оксид калия — один из ингредиентов минеральных удобрений для растений, натрия — используется в химической промышленности, в основном при получении гидроксида этого же металла. Оксид магния также применяют в пищевой отрасли, в качестве добавки под номером Е530. Кроме того, он является средством против повышения кислотности желудочного сока. Оксид бария применяется в химических реакциях в качестве катализатора. Диоксид железа используют в производстве чугуна, керамики, красок. Он также является пищевым красителем по номером Е172. Оксид никеля придает стеклу зеленый цвет. Кроме того, он используется в синтезе солей и катализаторов. Оксид лития — один из компонентов в производстве некоторых видов стекла, он повышает прочность материала. Соединение цезия выступает в роли катализатора для проведения некоторых химических реакций. Оксид купрума, как и некоторые другие, находит свое применение в изготовлении специальных видов стекла, а также для получения чистой меди. При производстве красок и эмалей он используется в качестве пигмента, придающего синий цвет.

Вещества данного класса в природе

В естественной среде химические соединения этой группы встречаются в виде минералов. В основном это кислотные оксиды, но среди других также они встречаются. К примеру, соединение алюминия — корунд.

В зависимости от присутствующих в нем примесей, он может быть различного цвета. Среди вариаций на основе АІ 2 О 3 можно выделить рубин, который имеет красную расцветку, и сапфир — минерал, обладающий синей окраской. Это же химическое вещество можно встретить в природе и в виде глинозема. Соединение купрума с оксигеном встречается в природе в виде минерала тенорита.

Заключение

В качестве вывода можно сказать, что все вещества, рассмотренные в данной статье, обладают похожими физическими и аналогичными химическими свойствами. Они находят свое применение во многих отраслях промышленности — от фармацевтической до пищевой.