Характерные реакции оснóвных оксидов

Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов взаимодействуют с водой с образованием щелочей (растворимых в воде оснований). Остальные оксиды металлов со степенью окисления «+2» и «+3» в воде не растворяются.

Оснóвные оксиды взаимодействуют с кислотами, с кислотными и амфотерными оксидами, а также с амфотерными гидроксидами. В результате таких реакций образуются соли.

Реакция среды может быть кислой, нейтральной и щелочной. Чистая вода имеет нейтральную реакцию среды. Окраска универсального индикатора в различных средах приводится в табл. 3.2.

Таблица 3. 2

Окраска универсального индикатора в различных средах

Реакция среды	Нейтральная	Кислая	Щелочная
Окраска универсального индикатора	зелёная	красная, жёлтая	синяя

Схемы опытов по изучению химических свойств оснóвных оксидов представлены на рис. 3.1

Рис. 3.1. Схемы взаимодействия оснóвных оксидов с водой и кислотой

Появление синей окраски универсального индикатора (пробирка 1) при взаимодействии оснóвного оксида с водой свидетельствует об образовании в растворе щёлочи. Напишите уравнение реакции взаимодействия оксида кальция с водой и назовите полученное соединение.

_____________________________________________________________________________

Оксид меди с водой не взаимодействует (окраска индикатора в пробирке 2 не меняется, осадок не растворяется). CuO растворяется в кислоте (в пробирке 3 образуется раствор соли меди голубого цвета) и не взаимодействует со щёлочью.

Напишите уравнение реакции взаимодействия оксида меди с серной кислотой, назовите полученную соль.

________________________________________________________________________________

Почему CuO не взаимодействует со щёлочью? _______________________________________

_______________________________________________________________________________

Объясните на основании рассмотренных опытов, а также с учётом принципа кислотно-основного взаимодействия, почему оксиды CaO и CuO являются оснóвными.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Пример 3.1. Основаниями являются гидроксиды

1) □ С (IV) 2) □ Mg 3) □ S (IV) 4) □ Fe (II)

Напишите формулы оснóвных гидроксидов и уравнения реакций, подтверждающих их химические свойства.

Решение.

Металлы магний и железо образуют оксиды, проявляя степень окисления «+2» и образуют оснóвные оксиды (табл. 2.1). В соответствии с принципом кислотно-оснóвного взаимодействия гидроксиды Mg и Fe (II) будут реагировать с соединениями кислотного характера, например, с кислотными оксидами и кислотами

Mg(ОН)₂ + SO₂ → MgSO₃ + Н₂); Fe(OН)₂ + 2HCl → FeCl₂ + 2H₂O.

основный гидроксид кислотный оксид основный гидроксид кислота

Правильные ответы: 2 и 4.

Упражнение 3.1. Основаниями являются гидроксиды

1) □ P (V) 2) □ Na 3) □ N (V) 4) □ Mn (II)

Напишите формулы оснóвных гидроксидов и уравнения реакций, подтверждающих их химические свойства.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Характерные реакции кислотных оксидов

Газообразные кислотные оксиды взаимодействуют с водой с образованием кислот. Кислотные оксиды взаимодействуют со щелочами, с основными и амфотерными оксидами, а также с амфотерными гидроксидами. При этом образуются соли.

Схемы опытов по изучению химических свойств кислотных оксидов представлены на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Схемы взаимодействия кислотных оксидов с водой и основанием

В первой пробирке получен CO₂ − оксид углерода (IV) (углекислый газ) путём взаимодействия карбоната кальция СаСО₃ с соляной кислотой. Напишите данную реакцию

______________________________________________________________________________

Во второй пробирке находится вода, окрашенная в зелёный цвет универсальным индикатором. Пропускание углекислого газа приводит к изменению окраски на желто-зелёную, что свидетельствует о появлении в растворе кислоты.

Пропускание СО₂ через раствор Са(ОН)₂ приводит к выпадению белого осадка (пробирка 3), в то же время с раствором серной кислоты углекислый газ не взаимодействует (пробирка 4).

Напишите уравнения реакций углекислого газа с водой и с гидроксидом кальция, назовите полученные соединения и определите, к каким классам они относятся. Почему оксид CO₂ не реагирует с серной кислотой?

Объясните на основании рассмотренных опытов, а также с учётом принципа кислотно-основного взаимодействия, почему СО₂ является кислотным оксидом.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Пример 3.2. Кислотами являются гидроксиды

□ 1) S (IV) □ 2) Na □ 3) S (VI) □ 4) Pb (II).

Напишите формулы соответствующих кислот и уравнения реакций, подтверждающих их кислотные свойства.

Решение. Оксиды натрия и Pb (II) проявляют оснóвные свойства, неметалл сера образует кислотные оксиды (см. табл. 3.1). При взаимодействии с водой образуются кислоты

SO₂ + H₂O = H₂SO₃ − сернистая кислота;

SO₃ + H₂O = H₂SO₄ − серная кислота.

В соответствии с принципом кислотно-оснóвного взаимодействия кислоты будут реагировать с соединениями оснóвного характера, например, с оснóвными оксидами и основаниями

H₂SO₃ + 2КОН → H₂O + К₂SO₃ − соль, сульфит калия;

кислота основание

H₂SO₄ + MgO → H₂O + MgSO₄ − соль, сульфат магния.

кислота оснóвный оксид

Правильные ответы 1 и 3.

Упражнение 3.2. Кислотные оксиды и кислоты образуют

□ 1) N (V) □ 2) Li □ 3) Si □ 4) Ni (II).

Напишите формулы соответствующих оксидов и кислот, а также уравнения реакций, подтверждающих их кислотные свойства.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Получение и свойства основных гидроксидов

Щёлочи (растворимые в воде основания) могут быть получены непосредственным растворением оксидов щелочных и щёлочноземельных металлов в воде. Нерастворимые в воде основания получают в результате взаимодействия растворимых солей соответствующих металлов со щелочами.

Основания взаимодействуют с кислотами, с кислотными и амфотерными оксидами, а также с амфотерными гидроксидами. В результате реакций образуются соль и вода.

Схемы опытов по получению и изучению химических свойств основных гидроксидов представлены на рис. 3.3.

Нерастворимый в воде гидроксид магния получен взаимодействием растворимой соли магния и щёлочи (пробирка 1). Полученный гидроксид растворяется в кислоте (пробирка 2) и не растворяется в щёлочи (пробирка 3).

Напишите реакции получения гидроксида магния и его растворения в серной кислоте. Назовите полученные соединения. Объясните, почему Mg(OH)₂ не реагирует с NaOH.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Рис. 3.3. Схемы получения и изучения свойств оснóвных гидроксидов

Объясните, почему гидроксид магния обладает оснóвным характером.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Получение и свойства амфотерных гидроксидов

Амфотерные гидроксиды взаимодействуют как с кислотами, проявляя при этом свойства оснований, так и с основаниями, проявляя свойства кислот.

Схемы опытов по получению и изучению химических свойств амфотерных гидроксидов представлены на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Схемы получения и изучения свойств амфотерных гидроксидов

Нерастворимый в воде гидроксид цинка образуется при взаимодействии сульфата цинка со щёлочью (пробирка 1). Осадок растворяется как в кислоте, так и в щёлочи (пробирки 2 и 3).

Напишите реакции получения гидроксида цинка и его растворения в серной кислоте и NaOH с образованием цинката натрия Na₂ZnO₂ (Na₂[Zn(OH)₄]). Назовите полученные соединения.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Объясните, почему гидроксид цинка обладает амфотерным характером.

________________________________________________________________________________

Пример3.3. Амфотерным являются гидроксиды

□ 1)марганца (VII) □ 2) кальция, □ 3) бериллия, □ 4) алюминия

Напишите формулы гидроксидов в виде соответствующих кислот и в виде соответствующих оснований, а также уравнения реакций, подтверждающих их амфотерные свойства.

Решение.

Гидроксид марганца (VII) проявляет кислотные свойства, а гидроксид кальция − основные (см. табл. 3.1). Оксиды и гидроксиды металлов со степенью окисления «+3, +4», а также некоторые гидроксиды металлов со степенью окисления «+2», в том числе гидроксид бериллия являются амфотерными. Формулы амфотерных гидроксидов можно записать как в кислотной, так и в оснóвной форме:

Be(OH)₂ <══> H₂BeO₂ ,

основание: гидроксид бериллия бериллиевая кислота

Al(OH)₃ <══> H₃AlO₃ <══> HАlO₂ + H₂O.

основание: гидроксид алюминия ортоалюминиевая кислота метаалюминиевая кислота

Реакции амфотерных гидроксидов с кислотами, подтверждающие их оснóвные свойства:

Be(OH)₂ + 2HNO₃ → 2H₂O + Be(NO₃)₂ − соль, нитрат бериллия;

2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄ → 6H₂O + Al₂(SO₄)₃ − соль, сульфат алюминия.

Реакции амфотерных гидроксидов с основаниями, подтверждающие их кислотные свойства: H₂BeO₂ +2КОН → 2Н₂О + К₂ВеО₂ − соль, бериллат калия;

HАlO₂ + 2NaOH → H₂O + NaAlO₂ − соль, метаалюминат натрия.

Правильные ответы: 3 и 4.

Упражнение 3.3.

Амфотерным является гидроксид 1) C (IV) 2) Ca 3) Cr (III) 4) N (III)

Напишите формулы соответствующей кислоты и соответствующего основания, а также уравнения реакций, подтверждающих их кислотные и основные свойства.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Составление уравнений реакций получения солей

Соли – сложные вещества, состоящие из кислотного и основного остатков. Соли бывают средние, кислые и основные. Примеры средних солей смотрите в табл. 3.3.

Общая формула средних солей: Ме_x^y+A_y^x, где x – число атомов металла, равное заряду кислотного остатка; y – число кислотных остатков, равное заряду атомов металла.

Формулы солей записываются в соответствии со степенью окисления атомов металлов и зарядом кислотных остатков. При этом необходимо помнить, что молекулы солей электронейтральны.

+2 1− +1 2−

Например: CaCl₂ [+2 + (1−)·2 = 0], Na₂SO₄ [(+1)·2 + (2−) = 0].

Таблица 3.3

Номенклатура некоторых кислот и солей

Оксиды	Формулы кислот	Названия кислот	Соли средние
			формулы	названия
N2O3	HNO2	Азотистая	KNO2	Нитрит натрия
N2O5	HNO3	Азотная	Cu(NO3)2	Нитрат меди (II)
SO2	H2SO3	Сернистая	FeSO3	Сульфит железа (II)
SO3	H2SO4	Серная	(NH4)2SO4	Сульфат аммония
−	H2S	Сероводородная	PbS	Сульфид свинца (II)
−	HCl	Соляная	AlCl3	Хлорид алюминия
CO2	H2CO3	Угольная	Na2CO3	Карбонат натрия
SiO2	H2SiO3	Кремниевая	CaSiO3	Силикат кальция
P2O5	H3РO4	Ортофосфорная	Mg3(РO4)2	Ортофосфат магния
CrO3	H2CrO4	Хромовая	K2CrO4	Хромат калия

Средние соли образуются при полном замещении атомов водорода в кислоте атомами металла или гидроксильных групп в основании кислотными остатками.

H₂SO₄ полное замещение атомов водорода – Н атомами металла – Na Na₂SO₄;

к ислота средняя соль

Mg(OH) полное замещение гидроксильных групп–ОН кислотными остатками–Cl MgCl₂.

о снование средняя соль

Кислые соли образуются при неполном замещении водорода в молекулах многоосновных кислот атомами металла, т.е. в избытке кислоты. Например:

H₂SO₄ неполное замещение атомов водорода – Н атомами металла – Na NaНSO₄;

к ислота кислая соль

Двухосновная кислота с любым металлом образует одну среднюю соль и одну кислую. Трехосновная кислота с любым металлом образует одну среднюю и две кислые соли. Одноосновные кислоты кислых солей не образуют.

Оснóвные соли образуются при неполном замещении гидроксильных групп в молекулах многокислотных оснований кислотными остатками, т.е. в избытке основания. Например:

Mg(OH) неполное замещение гидроксильных групп–ОН кислотными остатками–Cl (MgОН)Cl.

о снование основная соль

Двухкислотное основание может образовывать одну среднюю и одну оснóвную соль с данным кислотным остатком. Трехкислотное основание образует одну среднюю и две основные соли с данным кислотным остатком. Однокислотные основания оснóвных солей не образуют.

Порядок составления реакций получения солей рассмотрим на примере сульфата магния. Запишем формулу соли, а также формулы соответствующих оксидов и гидроксидов, из которых может быть получена данная соль:

соль: MgSO₄;

кислота: H₂SO₄; оснóвный оксид: MgO;

кислотный оксид: SO₃; оснóвный гидроксид: Mg(OH)₂.

При составлении уравнений реакций получения соли следует иметь в виду принцип кислотно-оснóвного взаимодействия.

а) MgO + SO₃ → MgSO₄;

оснóвный оксид кислотный оксид соль

б) MgO + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂О;

оснóвный оксид кислота соль

в) Mg(OH)₂ + SO₃ → MgSO₄ + H₂O;

основание кислотный оксид соль

г) Mg(OH)₂ + H₂SO₄ → MgSO₄ + 2 H₂O.

основание кислота соль

Выберите вариант в табл. 3.4. и напишите уравнения реакций получения средней соли, предложенной в вашем варианте.

Таблица 3.4

Варианты заданий

Номер варианта	Название соли	Номер варианта	Название соли
I	Карбонат кальция	IV	Сульфит калия
II	Фосфат калия	V	Карбонат натрия
III	Силикат натрия	VI	Сульфат кальция

Запишите формулы соответствующих соединений и уравнения реакций получения данной соли.

Соль _________,

кислота _______, кислотный оксид ________, основание _________, оснóвный оксид ______.

а) __________________________________________________________________________,

б) __________________________________________________________________________,

в) __________________________________________________________________________,

г) __________________________________________________________________________.

Пример 3.4.

Получению кислых солей соответствуют уравнения:

□ 1) KOH + H₃PO₄ → KH₂PO₄ (кислая соль, дигидрофосфат калия) + Н₂О;

□ 2) 2 KOH + H₃PO₄ → K₂HPO₄ (кислая соль, гидрофосфат калия) + 2Н₂О;

□ 3) 3 KOH + H₃PO₄ → K₃PO₄ (средняя соль, фосфат калия) + 3Н₂О;

□ 4) 6 KOH + P₂O₅ → 2 K₃PO₄ (средняя соль, фосфат калия) + 3Н₂О.

Закончите уравнения реакций, не меняя коэффициенты в левой части уравнения, и напишите названия полученных солей.

Правильные ответы: 1 и 2.

Упражнение 3.4.

Основные соли образуются в реакциях, уравнения которых начинаются следующим образом: □ 1) NaOH + H₂SO₄ → □ 2) 2 KOH + N₂O₅ →

□ 3) Al(OH)₃ + 2HNO₃ → □ 4) Fe(OH)₂ + HCl →

Закончите уравнения реакций, не меняя коэффициенты в левой части уравнения, и напишите названия полученных солей.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Принцип кислотно-основного взаимодействия

Все написанные ранее реакции соответствуют принципу кислотно-основного взаимодействия, согласно которому соединения, проявляющие кислотные свойства реагируют с соединениями, проявляющими оснóвные свойства.

Пример 3.5.

Какие из соединений:

□ 1) H₂CO₃ и P₂O₅ □ 2) H₂S и Na₂O □ 3) MgO и CrO₃ □ 4) Mg(OH)₂ и K₂O

могут взаимодействовать между собой? Напишите уравнения реакций, названия исходных веществ, указав к какому классу соединений они относятся и какими свойствами (оснόвными, кислотными, амфотерными) обладают. Назовите полученные соли. Объясните, почему не могут взаимодействовать другие из указанных соединений.

Решение.

1) H₂CO₃ − угольная кислота не будет взаимодействовать с кислотным оксидом P₂O₅.

2) H₂S − сероводородная кислота будет взаимодействовать с оснóвным оксидом Na₂O

H₂S + Na₂O → H₂O + Na₂S − соль, сульфид натрия.

3) MgO основный оксид при определённых условиях может вступить в реакцию с кислотным (см. табл. 3.1) оксидом CrO₃

MgO + CrO₃ → MgCrO₄ − соль, хромат магния.

4) Оснóвный гидроксид Mg(OH)₂ не будет вступать в реакцию с оснóвным оксидом K₂O.

Правильные ответы: 2 и 3.

Упражнение 3.5.

Какие из соединений:

□ 1) SO₂ и P₂O₅ □ 2) HNO₃ и Na₂O □ 3) NaOH и Al(OH)₃ □ 4) NaOH и BaО

могут взаимодействовать между собой? Напишите уравнения реакций, названия исходных веществ, указав к какому классу соединений они относятся и какими свойствами (оснόвными, кислотными, амфотерными) обладают. Назовите полученные соли. Объясните, почему не могут взаимодействовать другие из указанных соединений.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Пример3.6. При коррозии стальной аппаратуры в кислой среде происходит следующий процесс:

Fe + 2 HCl  FeCl₂ + H_2.

Рассчитайте по закону сохранения массы веществ:

1) какое количество железа растворится в 7,3 г соляной кислоты;

2) какой объём водорода, измеренного при н.у., выделится при этом;

3) массу фактически образовавшегося хлорида железа, если массовая доля выхода составляет 90% (0,9).

Решение. Определим количество моль (ν, моль), молярную массу (M, г/моль) и массу (m, г) веществ, участвующих в реакции, и запишем их под уравнением реакции, а данные, указанные в условии задачи, − над формулами соответствующих веществ в уравнении реакции:

7,3 г

Fe + 2 HCl  FeCl₂ + H₂ ;

ν, моль: 1 2 1 1

M, г/моль: 56 36,5 127 2

m, г: 56 73 127 2

Массу вещества находим по формуле: m = М × ν,

т. е. m (HCl) = 36,5 г/моль × 2 моль = 73 г, m(Fe) = 56 г/моль × 1 моль = 56г.

1) из уравнения реакции следует, что 56 г Fe растворяются в 73 г HCl. Составим пропорцию и определим, какое количество железа растворится в 7,3 г HCl:

56 г Fe – 73 г HCl

х г Fe – 7,3 г HCl, следовательно, х = (56 × 7,3) : (73) = 5,6 г (Fe).

2) из уравнения реакции следует, что из 73 г HCl образуется 1 моль H_2,, который при н.у. занимает объём 22,4 л. Составим пропорцию и вычислим, какой объем H₂ образуется из 7,3 г HCl:

73 г HCl – 22,4 л H₂

7,3 г HCl – V(H₂) л, V(H₂) = (7,3 × 22,4) : (73) = 2,24 л.

3) массовой долей выхода продукта  называется отношение массы фактически полученного продукта (m_факт.) к массе вещества, которое должно получаться теоретически (m_теор.):

 = m_факт. / m_теор.

По уравнению реакции рассчитаем теоретическую массу FeCl₂, образовавшегося в результате реакции:

из 73 г HCl образуется 127 г FeCl₂

из 7,3 г HCl образуется m_теор. FeCl₂, отсюда

m_теор.(FeCl₂) = (7,3 × 127) : ( 73) = 12,7 г.

Следовательно, m_факт. =   m_теор. = 0,9 × 12,7 = 11,4 г.

Упражнение 3.6. При термическом разложении 50 г карбоната кальция образовалось а) _____ г оксида кальция и б) выделилось ________ л СО₂, измеренного при н.у.

1) 56 г и 11.2 л 2) 28 г и 22,4 л 3) 28 г и 11,2 л 4) 2,8 г и 1,12 л

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ТИПОВЫЕ КОНТРОЛЬНЫЕ УПРАЖНЕНИЯ

Отметьте правильные ответы.

1. Оснóвный характер имеют оксиды, образованные металлами

1) со степенью окисления +1 и +2 2) со степенью окисления равной и выше +4

3) любой степени окисления 4) главных подгрупп

2. Основные свойства проявляют гидроксиды

□ 1) Ва □ 2) Na □ 3) S (VI) □ 4) N (III).

3. Формула высшего оксида элемента, образующего летучее водородное соединение ЭН₄, имеет вид 1) ЭО₂ 2) ЭО₄ 3) ЭО 4) ЭО₃

4. Оксиды образуются

1) при растворении негашёной извести 2) при горении железа в хлоре

3) при растворении хлора в воде 4) при горении природного газа

5. Кислотами являются гидроксиды □ 1) Сr (VI) □ 2) Ca □3) Р (V) □ 4) Fe (II)

6. Какие из соединений:

□ 1) H₂SiO₃ и N₂O₅ □ 2) H₂SO₃ и Na₂O □ 3) MgO и ZnO □ 4) Ni(OH)₂ и FeO

могут взаимодействовать между собой?

7. При взаимодействии 1 моль гидроксида натрия и 1 моль оксида серы (IV) образуется _________ соль 1) основная 2) кислая 3) средняя 4) двойная

8. Фосфат калия образуется в реакциях

1) □ Р₂О₅ + 6КОН 2) □ Р₂О₅ + 2КОН

3) □ 3КОН + Н₃РО₄ 4) □ КОН + Н₃РО₄

9. Получению основных солей соответствуют следующие уравнения

□ 1) Cu(OH)₂ + 2 HCl → □ 2) Cu(OH)₂ + HCl →

□ 3) Fe(OH)₃ + HNO₃ → □ 4) Fe(OH)₃ + 3HNO₃ →

Задание 4. СВОЙСТВА РАСТВОРОВ