Вещества, составляющие основу нашего физического мира, состоят из разных видов химических элементов. Четыре из них встречаются чаще всех остальных. Это водород, углерод, азот и кислород. Последний элемент может связываться с частицами металлов или неметаллов и образовывать бинарные соединения - окислы. В нашей статье мы изучим наиболее важные способы получения оксидов в лабораторных условиях и промышленности. Также рассмотрим их основные физические и химические свойства.
Агрегатное состояние
Оксиды, или окислы, существуют в трех состояниях: газообразном, жидком и твердом. Например, к первой группе относятся такие известные и широко распространенные в природе соединения, как углекислый газ - CO 2 , угарный газ - CO, двуокись серы - SO 2 и другие. В жидкой фазе существуют такие окислы, как вода - H 2 O, серный ангидрид - SO 3 , оксид азота - N 2 O 3 . Получение оксидов, названных нами, можно осуществить в лаборатории, однако такие из них, как и трехокись серы, добывают и в промышленности. Это связано с применением этих соединений в технологических циклах выплавки железа и получения сульфатной кислоты. Угарным газом восстанавливают железо из руды, а серный ангидрид растворяют в сульфатной кислоте и добывают олеум.
Классификация окислов
Можно выделить несколько видов кислородсодержащих веществ, состоящих из двух элементов. Химические свойства и способы получения оксидов будут зависеть от того, к какой из перечисленных групп относится вещество. углерода, получают прямым соединением углерода с кислородом, проводя реакцию жесткого окисления. Углекислый газ можно выделить и в процессе обмена и сильных неорганических кислот:
HCl + Na 2 CO 3 = 2NaCl + H 2 O + CO 2
Какая же реакция является визитной карточкой кислотных оксидов? Это их взаимодействие со щелочами:
SO 2 + 2NaOH → Na 2 SO 3 + H 2 O
Амфотерные и несолеобразующие окислы
Безразличные окислы, например CO или N 2 O, не способны к реакциям, ведущим к появлению солей. С другой стороны, большинство кислотных оксидов могут вступать в реакцию с водой, образуя кислоты. Однако для оксида кремния это невозможно. Силикатную кислоту целесообразно получить косвенным путем: из силикатов, реагирующих с сильными кислотами. Амфотерными будут такие бинарные соединения с кислородом, которые способны к реакциям как со щелочами, так и с кислотами. В эту группу мы отнесем следующие соединения - это известные окислы алюминия и цинка.
Получение оксидов серы
В своих соединениях с кислородом сера проявляет различную валентность. Так, в сернистом газе, формула которого SO 2 , она четырехвалентна. В лаборатории диоксид серы получают в реакции между сульфатной кислотой и гидросульфитом натрия, уравнение которой имеет вид
NaHSO 3 + H 2 SO 4 → NaHSO 4 + SO 2 + H 2 O
Еще один способ добычи SO 2 - это окислительно-восстановительный процесс между медью и сульфатной кислотой высокой концентрации. Третий лабораторный метод получения оксидов серы - сжигание под вытяжкой образца простого вещества серы:
Cu + 2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
В промышленности диоксид серы можно добыть выжиганием серосодержащих минералов цинка или свинца, а также обжигом пирита FeS 2 . Полученный таким методом сернистый газ используют для добычи трехокиси серы SO 3 и далее - сульфатной кислоты. Двуокись серы с другими веществами ведет себя как окись с кислотными признаками. Например, ее взаимодействие с водой приводит к образованию сульфитной кислоты H 2 SO 3:
SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3
Данная реакция является обратимой. Степень диссоциации кислоты невелика, поэтому соединение относят к слабым электролитам, да и сама сернистая кислота может существовать только в водном растворе. В нем всегда присутствуют молекулы сернистого ангидрида, которые придают веществу резкий запах. Раагирующая смесь находится в состоянии равенства концентрации реагентов и продуктов, которое можно сместить, изменяя условия. Так, при добавлении к раствору щелочи реакция будет проходить слева направо. В случае выведения из сферы реакции сернистого ангидрида нагреванием или продуванием через смесь газообразного азота динамическое равновесие будет смещаться влево.
Серный ангидрид
Продолжим рассматривать свойства и способы получения оксидов серы. Если сжечь сернистый ангидрид, то в результате образуется оксид, в котором сера имеет степень окисления +6. Это трехокись серы. Соединение находится в жидкой фазе, быстро твердеет в виде кристаллов при температуре ниже 16 °С. Кристаллическое вещество может быть представлено несколькими аллотропными модификациями, отличающимися строением кристаллической решетки и температурами плавления. Серный ангидрид проявляет свойства восстановителя. Взаимодействуя с водой, он образует аэрозоль сульфатной кислоты, поэтому в промышленности H 2 SO 4 добывают, растворяя серный ангидрид в концентрированной В результате образуется олеум. Добавляя в него воду, и получают раствор серной кислоты.
Основные окислы
Изучив свойства и получение оксидов серы, относящихся к группе кислотных бинарных соединений с кислородом, рассмотрим кислородные соединения металлических элементов.
Основные окислы можно определить по такому признаку, как наличие в составе молекул частиц металлов главных подгрупп первой или второй групп периодической системы. Они относятся к щелочным или щелочноземельным. Например, окись натрия - Na 2 O может реагировать с водой, в результате чего образуются химически агрессивные гидроксиды - щелочи. Однако главное химическое свойство основных оксидов - это взаимодействие с органическими или неорганическими кислотами. Оно идет с образованием соли и воды. Если к белому порошковидному оксиду меди добавить соляной кислоты, то обнаружим голубовато-зеленый раствор хлорида меди:
CuO + 2HCl = CuCl 2 + H 2 O
Нагревание твердых нерастворимых гидроксидов - еще один важных способов получения основных оксидов:
Ca(OH) 2 → CaO + H 2 O
Условия: 520-580 °C.
В нашей статье мы рассмотрели наиболее важные свойства бинарных соединений с кислородом, а также способы получения оксидов в лаборатории и промышленности.
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!)
2. Классификация, получение и свойства оксидов
Из бинарных соединений наиболее известны оксиды. Оксидами называются соединения, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород, имеющий степень окисления -2. По функциональным признакам оксиды подразделяются на солеобразующие и несолеобразующие (безразличные) . Солеобразующие оксиды, в свою очередь, подразделяются на основные, кислотные и амфотерные.
Названия оксидов образуются с применением слова «оксид» и русского названия элемента в родительном падеже с указанием римскими цифрами валентности элемента, например: SO 2 - оксид серы (IV ), SO 3 - оксид серы (VI ), CrO - оксид хрома (II ), Cr 2 O 3 - оксид хрома (III ).
2.1. Основные оксиды
Основными называются оксиды, взаимодействующие с кислотами (или с кислотными оксидами) с образованием солей.
К основным оксидам относятся оксиды типичных металлов , им соответствуют гидроксиды, обладающие свойствами оснований (основные гидроксиды), причем степень окисления элемента не изменяется при переходе от оксида к гидроксиду, например,
Получение основных оксидов
1. Окисление металлов при нагревании в атмосфере кислорода:
2Mg + O 2 = 2MgO,
2Cu + O 2 = 2CuO.
Этот метод неприменим для щелочных металлов, которые при окислении обычно дают пероксиды и супероксиды, и только литий, сгорая, образует оксид Li 2 O .
2. Обжиг сульфидов:
2 CuS + 3 O 2 = 2 CuO + 2 SO 2 ,
4 FeS 2 + 11 O 2 = 2 Fe 2 O 3 + 8 SO 2 .
Метод неприменим для сульфидов активных металлов , окисляющихся до сульфатов.
3. Разложение гидроксидов (при высокой температуре):
С u (OH ) 2 = CuO + H 2 O .
Этим методом нельзя получить оксиды щелочных металлов.
4. Разложение солей кислородсодержащих кислот (при высокой температуре):
ВаСО 3 = ВаО + СО 2 ,
2Pb(NO 3) 2 = 2PbO + 4NO 2 + O 2 ,
4 FeSO 4 = 2 Fe 2 O 3 + 4 SO 2 + O 2 .
Этот способ получения оксидов особенно легко осуществляется для нитратов и карбонатов, в том числе и для основных солей:
(ZnOH) 2 CO 3 = 2ZnO +CO 2 + H 2 O.
Свойства основных оксидов
Большинство основных оксидов представляет собой твердые кристаллические вещества ионного характера, в узлах кристаллической решетки расположены ионы металлов, достаточно прочно связанные с оксид-ионами О —2 , поэтому оксиды типичных металлов обладают высокими температурами плавления и кипения.
1. Большинство основных оксидов не распадаются при нагревании, исключение составляют оксиды ртути и благородных металлов:
2HgO = 2Hg + O 2 ,
2Ag 2 O = 4Ag + O 2 .
2. Основные оксиды при нагревании могут вступать в реакции с кислотными и амфотерными оксидами, с кислотами:
BaO + SiO 2 = BaSiO 3 ,
MgO + Al 2 O 3 = Mg(AlO 2) 2 ,
ZnO + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2 O.
3. Присоединяя (непосредственно или косвенно) воду, основные оксиды образуют основания (основные гидроксиды). Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов непосредственно реагируют с водой:
Li 2 O + H 2 O = 2 LiOH ,
CaO + H 2 O = Ca (OH ) 2 .
Исключение составляет оксид магния MgO . Из него нельзя получить гидроксид магния Mg (OH ) 2 при взаимодействии с водой.
4. Как и все другие типы оксидов, основные оксиды могут вступать в окислительно-восстановительные реакции:
Fe 2 O 3 + 2Al = Al 2 O 3 + 2Fe,
3CuO + 2NH 3 = 3Cu + N 2 + 3H 2 O,
4 FeO + O 2 = 2 Fe 2 O 3 .
М.В. Андрюxoва, Л.Н. Бopoдина
В уроке 33 «» из курса «Химия для чайников » узнаем как получать оксиды различными способами, а также познакомимся с широким спектром применения оксидов во всех отраслях промышленности и быта.
Получение оксидов
1. Взаимодействие простых веществ с кислородом
Некоторые оксиды образуются в результате сжигания в кислороде (или на воздухе) соответствующих простых веществ. Так можно получить оксиды углерода(IV), серы(IV), фосфора(V), магния и других неметаллов и металлов:
2. Взаимодействие сложных веществ с кислородом
Оксиды можно получать также сжиганием в кислороде (или на воздухе) некоторых сложных веществ, например:
3. Термическое разложение нерастворимых оснований
Применение оксидов
Один из наиболее широко использующихся оксидов - вода H 2 O, о применении которой в быту, технике и ромышленности вы уже знаете.
Разнообразное применение находят и некоторые другие оксиды. Так, например, из оксида железа(III) Fe 2 O 3 , входящего в состав железных руд, в промышленности получают железо, а из оксида алюминия Al 2 O 3 - алюминий. Оксид алюминия применяют также для изготовления искусственных драгоценных камней - рубина и сапфира. Мелкие кристаллы этого оксида применяются также в производстве наждачной бумаги.
Оксид углерода(IV) (углекислый газ) используют в пищевой промышленности для изготовления всех газированных напитков, для увеличения срока сохранности фруктов и овощей. Этим веществом наполняют углекислотные огнетушители. Твердый оксид углерода(IV) под названием «сухой лед» (рис. 117) применяют для хранения мороженого, для сильного охлаждения различных материалов.
Достаточно широко используется и оксид серы(IV) SO 2 (сернистый газ). Он находит применение в производстве серной кислоты, для дезинфекции складских помещений, уничтожения вредных насекомых и бактерий, отбеливания бумаги.
Оксид кремния(IV) SiO 2 в виде кварцевого песка используется в производстве стекла и бетона. Вместе с оксидом свинца(II) PbO он применяется для изготовления полудрагоценных камней и украшений («кристаллы Сваровски»).
Оксид кальция СaO под названием «негашеная известь» применяют при изготовлении различных строительных материалов. Оксиды некоторых других металлов находят применение в производстве красок. Так, например, Fe 2 O 3 используют для изготовления краски коричневого, Сr 2 O 3 - зеленого, ZnO и TiO 2 - белого цветов.
Краткие выводы урока:
- Оксиды образуются при взаимодействии кислорода с простыми и сложными веществами.
- Оксиды можно получить термическим разложением нерастворимых оснований.
- Оксиды находят широкое практическое применение в промышленности и в быту.
- Оксиды - вода H 2 O и углекислый газ СО 2 - участвуют в процессе фотосинтеза.
Надеюсь урок 33 «Получение и применение оксидов » был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии. Если вопросов нет, то переходите к следующему уроку.
Хотелось бы дать возможно более простое определение оксида - это соединение элемента с кислородом. Но существуют кислоты и соли. Рассмотрим соединения H2O2 и BaO2. Перекись водорода является слабой кислотой (она диссоциирует в воде давая ионы водорода и анионы HO2- и O2-2). Пероксид бария - это бариевая соль перекиси водорода. У молекул H2O2 и BaO2 есть кислородный мостик -O-O-, поэтому степень окисления кислорода в этих соединениях -1. В неорганической химии обычно пероксиды к классу оксидов не относят и поэтому необходимо уточнить определение оксида таким образом, чтобы пероксиды в этот класс не попадали. Фтор самый активный неметалл и вслед за ним идет кислород. Формальная степень окисления атома кислорода в оксиде фтора +2, а во всех других оксидах -2. Следовательно, оксидами называют соединения элементов с кислородом, в которых кислород проявляет формальную степень окисления равную -2 (за исключением оксида фтора, где она равна +2).
Один и тот же химический элемент может образовывать с кислородом не один оксид, а несколько, например, у азота известны оксиды N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4, N2O5. Во всех этих оксидах степень окисления у кислорода -2, а у азота, соответственно, +1, +2, +3, +4, +4 и +5. У двух оксидов: NO2 и N2O4 степен окисления азота и кислорода совпадают. В названии веществ отражается история развития химии как науки. В период накопления экспериментальных данных в химии названия веществ отражали либо способ их получения (жженая магнезия: MgCO3 ® MgO + CO2), либо характер воздействия на человека (N2O - веселящий газ), либо сферу применения (пурпурно-красная краска "сурик" - Pb3O4) и т.д. По мере того как все большее число людей изучало химию, по мере того как все большее число веществ надо было охарактеризовать и запомнить возникла необходимость просто словами называть формулу вещества. Введение понятий валентность, степень окисления и т.д. влияло на названия веществ. Мы приведем таблицу, в которой даны названия оксидов азота при использовании различных стилей и номенклатур.
Получение оксидов
При изучении данной главы особое внимание будет уделено взаимосвязи "родственных" веществ из разных классов.
Как получить оксиды из простых веществ? Их окислением:
2Mg + O2 = 2MgO, 2C + O2 = 2CO, C + O2 = CO2.
Рассмотрим лишь принципиальную возможность получения оксида из простых веществ. Получение CO и CO2 будет рассмотрено в разделе "Углерод".
Можно ли получить оксиды из оксидов? Да:
2SO2 + O2 = 2SO3, 2SO3 = 2SO2 + O2, Fe2O3 + CO = 2FeO + CO2.
Можно ли получить оксиды из гидроксидов? Да:
Ca(OH)2 CaO + H2O, H2CO3 = CO2 + H2O.
Можно ли получить оксиды из солей? Да:
CaCO3 CaO + CO2, 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2.
Свойства оксидов
Если посмотреть внимательно реакции, написанные выше, то те из них, в которых оксиды встречались в левой части уравнения, будут говорить нам о свойствах оксидов. Эти общие для всех оксидов свойства относятся к окислительно-восстановительным процессам:
2SO2 + O2 = 2SO3, 2SO3 = 2SO2 + O2, Fe2O3 + CO = 2FeO + CO2, Al + Fe2O3 = Al2O3 + Fe, C + Fe2O3 = CO + 2FeO.
Но тем не менее, свойства оксидов обычно рассматриваются с учетом их классификации.
Свойства основных оксидов
Прежде всего надо показать, что отвечающие им гидроксиды являются основаниями:
CaO + H2O = Ca(OH)2, Ca(OH)2 = Ca2+ + 2OH-,
т.е. оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов при взаимодействии с водой дают растворимые в воде основания, которые называются щелочами.
Основные оксиды, реагируя с кислотными или амфотерными оксидами, дают соли:
CaO + SO3 = CaSO4, BaO + Al2O3 = Ba(AlO2)2.
Основные оксиды, реагируя с кислотными или амфотерными гидроксидами, дают соли:
CaO + H2SO4 = CaSO4 + H2O, K2O + Zn(OH)2 = K2ZnO2 + H2O.
Основные оксиды, реагируя с кислыми солями, дают средние соли:
CaO + Ca(HCO3)2 = 2CaCO3 + H2O.
Основные оксиды, реагируя с нормальными солями, дают основные соли:
MgO + MgCl2 + H2O = 2Mg(OH)Cl.
Свойства кислотных оксидов
Отвечающие кислотным оксидам гидроксиды являются кислотами:
SO3 + H2O = H2SO4, H2SO4 = 2H+ + SO42- .
Многие кислотные оксиды, растворяясь в воде, дают кислоты. Но есть и такие кислотные оксиды, которые не растворяются в воде и с ней не взаимодействуют: SiO2.
Кислотные оксиды, реагируя с основными или амфотерными оксидами, дают соли:
SiO2 + CaO = CaSiO3, 3SO3 + Al2O3 = Al2(SO4)3.
Кислотные оксиды, реагируя с основными или амфотерными гидроксидами, дают соли:
SO3 + Ca(OH)2 = CaSO4 + H2O, SO3 + Zn(OH)2 = ZnSO4 + H2O.
Кислотные оксиды, реагируя с основными солями, дают средние соли.
Кислотные оксиды, реагируя с нормальными солями, дают кислые соли:
CO2 + CaCO3 + H2O = Ca(HCO3)2.
Свойства амфотерных оксидов
Отвечающие амфотерным оксидам гидроксиды обладают амфотерными свойствами:
Zn(OH)2 = Zn2+ + 2OH-, H2ZnO2 = 2H+ + ZnO22-.
Амфотерные оксиды не растворяются в вводе.
Амфотерные оксиды, реагируя с основными или с кислотными оксидами, дают соли:
Al2O3 + K2O = 2KAlO2, Al2O3 + 3SO3 = Al2(SO4)3.
Амфотерные оксиды, реагируя с основными или кислотными гидроксидами, дают соли:
ZnO + 2KOH = K2ZnO2 + H2O, ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O.