Урок №43. Оксиды: классификация, номенклатура, свойства, получение, применение
Сегодня мы начинаем подробное знакомство с важнейшими классами неорганических соединений.
Неорганические вещества по составу делятся, как вы уже знаете, на простые (металлы и неметаллы), состоящие из одного вида атомов и сложные, состоящие из нескольких видов атомов.
Сложные неорганические вещества подразделяют на четыре класса: оксиды, кислоты, основания, соли.
По наличию в составе молекулы одновалентных гидроксильных групп ОН(I) выделяют неорганические вещества под названием "гидроксиды".
ОКСИДЫ
Оксиды - это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых кислород, с валентностью II. Лишь один химический элемент - фтор, соединяясь с кислородом, образует не оксид, а фторид кислорода OF2.
Называются они просто - "оксид + название элемента" (см. таблицу). Если валентность химического элемента переменная, то указывается римской цифрой, заключённой в круглые скобки, после названия химического элемента.
Классификация оксидов
Все оксиды можно разделить на две группы: солеобразующие (основные, кислотные, амфотерные) и несолеобразующие или безразличные.
1). Основные оксиды – это оксиды, которым соответствуют основания. К основным оксидам относятся оксидыметаллов 1 и 2 групп, а также металлов побочных подгрупп с валентностью I и II (кроме ZnO - оксид цинка и BeO – оксид берилия):
2). Кислотные оксиды – это оксиды, которым соответствуют кислоты. К кислотным оксидам относятся оксиды неметаллов (кроме несолеобразующих – безразличных), а также оксиды металлов побочных подгрупп с валентностью от V до VII. Например, CrO3-оксид хрома (VI), Mn 2O7 - оксид марганца (VII)):
3). Амфотерные оксиды – это оксиды, которым соответствуют основания и кислоты. К ним относятся оксиды металлов главных и побочных подгрупп с валентностью III, иногда IV, а также цинк и бериллий (Например, BeO, ZnO, Al2O3, Cr2O3).
4). Несолеобразующие оксиды – это оксиды безразличные к кислотам и основаниям. К ним относятся оксиды неметаллов с валентностью I и II (Например, N2O, NO, CO).
Вывод: характер свойств оксидов в первую очередь зависит от валентности элемента.
Например, оксиды хрома:
CrO (II - основный);
Cr 2O3 (III - амфотерный);
CrO3 (VII - кислотный).
Классификация по растворимости в воде
Кислотные оксиды
Растворимы в воде.
Исключение – SiO2
Основные оксиды
В воде растворяются только оксиды щелочных и щелочноземельных металлов (это металлы I «А» и II «А» групп, исключение Be, Mg)
Амфотерные оксиды
С водой не взаимодействуют. В воде не растворимы
Выполните задания:
1. Выпишите отдельно химические формулы солеобразующих кислотных и основных оксидов.
NaOH, AlCl3, K2O, H2SO4, SO3, P2O5, HNO3, CaO, CO.
2. Даны вещества: CaO, NaOH, CO2, H2SO3, CaCl2, FeCl3, Zn(OH)2, N2O5, Al2O3, Ca(OH)2, N2O, FeO, SO3, Na2SO4, ZnO, CaCO3, Mn2O7, CuO, KOH, CO, Fe(OH)3. Выпишите оксиды и классифицируйте их.
Физические свойства оксидов
При комнатной температуре большинство оксидов - твердые вещества (СаО, Fe2O3 и др.), некоторые - жидкости (Н2О, Сl2О7 и др.) и газы (NO, SO2 и др.).
Химические свойства оксидов
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОСНОВНЫХ ОКСИДОВ
1. Основной оксид + Кислотный оксид = Соль (р. соединения)
CaO + SO2 = CaSO3
2. Основной оксид + Кислота = Соль + Н2О (р. обмена)
3K2O + 2H3PO4 = 2K3PO4 + 3H2O
3. Основной оксид + Вода = Щёлочь (р. соединения)
Na2O + H2O = 2NaOH
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОТНЫХ ОКСИДОВ
1. Кислотный оксид + Вода = Кислота (р. соединения)
СO2 + H2O = H2CO3, SiO2 – не реагирует
2. Кислотный оксид + Основание = Соль + Н2О (р. обмена)
P2O5 + 6KOH = 2K3PO4 + 3H2O
3. Основной оксид + Кислотный оксид = Соль (р. соединения)
CaO + SO2 = CaSO3
4. Менее летучие вытесняют более летучие из их солей
CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 +CO2
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМФОТЕРНЫХ ОКСИДОВ
Взаимодействуют как с кислотами, так и со щелочами.
ZnO + 2 HCl = ZnCl2 + H2O
ZnO + 2 NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4] ( в растворе)
ZnO + 2 NaOH = Na2ZnO2 + H2O (при сплавлении)
Применение оксидов
Некоторые оксиды не растворяются в воде, но многие вступают с водой в реакции соединения:
SO3 + H2O = H2SO4
CaO + H2O = Ca(OH)2
В результате часто получаются очень нужные и полезные соединения. Например, H2SO4 – серная кислота, Са(ОН)2 – гашеная известь и т.д.
Если оксиды нерастворимы в воде, то люди умело используют и это их свойство. Например, оксид цинка ZnO – вещество белого цвета, поэтому используется для приготовления белой масляной краски (цинковые белила). Поскольку ZnO практически не растворим в воде, то цинковыми белилами можно красить любые поверхности, в том числе и те, которые подвергаются воздействию атмосферных осадков. Нерастворимость и неядовитость позволяют использовать этот оксид при изготовлении косметических кремов, пудры. Фармацевты делают из него вяжущий и подсушивающий порошок для наружного применения.
Такими же ценными свойствами обладает оксид титана (IV) – TiO2. Он тоже имеет красивый белый цвет и применяется для изготовления титановых белил. TiO2 не растворяется не только в воде, но и в кислотах, поэтому покрытия из этого оксида особенно устойчивы. Этот оксид добавляют в пластмассу для придания ей белого цвета. Он входит в состав эмалей для металлической и керамической посуды.
Оксид хрома (III) – Cr2O3 – очень прочные кристаллы темно-зеленого цвета, не растворимые в воде. Cr2O3 используют как пигмент (краску) при изготовлении декоративного зеленого стекла и керамики. Известная многим паста ГОИ (сокращение от наименования “Государственный оптический институт”) применяется для шлифовки и полировки оптики, металлических изделий, в ювелирном деле.
Благодаря нерастворимости и прочности оксида хрома (III) его используют и в полиграфических красках (например, для окраски денежных купюр). Вообще, оксиды многих металлов применяются в качестве пигментов для самых разнообразных красок, хотя это – далеко не единственное их применение.
Задания для закрепления
1. Закончите УХР, укажите тип реакции, назовите продукты реакции
Na2O + H2O =
N2O5 + H2O =
CaO + HNO3 =
NaOH + P2O5 =
K2O + CO2 =
Cu(OH)2 = ? + ?
2. Осуществите превращения по схеме:
1) K→K2O→KOH→K2SO4
2) S→SO2→H2SO3→Na2SO3
3) P→P2O5→H3PO4→K3PO4