Оксиды, их классификация, свойства
Сегодня мы начинаем знакомство с важнейшими классами неорганических соединений. Неорганические вещества по составу делятся, как вы уже знаете, на простые и сложные.
I. Признаки классификации веществ
В истории развития химической науки существовали разные классификации веществ. Одним из первых признаков классификации веществ был источник их получения. По этому признаку вещества делили на растительные (полученные из растений), животные (полученные из животных) и минеральные (полученные из минералов).
Й.Я. Берцелиус объединил вещества, выделенные из растений и животных, в группу органических, а другую группу стали называть неорганическими веществами. Существует еще не одна классификация веществ: по агрегатному состоянию, по цвету, запаху и многим другим признакам.
Для нас же важно систематизировать вещества в соответствии с характерными для них химическими свойствами, которые определяются их составом. На этом основана современная классификация неорганических веществ.
Одной из первых была классификация веществ на простые и сложные по способности их к разложению. Если вещество удавалось разложить, его относили к сложным, если вещество не удавалось разложить ни при каких условиях – то к простым.
В дальнейшем установили, что способность к разложению связана с составом вещества. Простые вещества состоят из одного химического элемента, а сложные – из нескольких.
Современная классификация неорганических веществ
Простые вещества, как правило, подразделяют на два класса: металлы и неметаллы. Для металлов характерны такие физические свойства, как металлический блеск, высокая тепло- и электропроводность, пластичность. Свойства же неметаллов довольно разнообразны, но, как правило, они хрупкие и плохие проводники электричества.
Рис. 1. Классификация простых веществ
Классификация сложных веществ более сложная. Обычно выделяют четыре класса сложных веществ в зависимости от их состава и свойств: оксиды, основания, кислоты и соли.
II. Посмотрите видео презентацию
III. Классификация неорганических веществ
ОКСИД |
КИСЛОТА |
ОСНОВАНИЕ |
СОЛЬ |
ЭхОу |
НnA А – кислотный остаток |
Ме(ОН)b ОН – гидроксильная группа |
MenAb |
Сложные неорганические вещества подразделяют на четыре класса: оксиды, кислоты, основания, соли. Мы начинаем с класса оксидов.
Оксиды - это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых кислород, с валентность равной 2.
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.
Формула |
Название |
Формула |
Название |
CO |
оксид углерода ( II ) |
Fe2O3 |
оксид железа (III ) |
NO |
оксид азота ( II ) |
CrO3 |
оксид хрома (VI ) |
Al2O3 |
оксид алюминия |
ZnO |
оксид цинка |
N2O5 |
оксид азота (V ) |
Mn2O7 |
оксид марганца (VII ) |
IV. Классификация оксидов
Все оксиды можно разделить на две группы: солеобразующие (основные, кислотные, амфотерные) и несолеобразующие или безразличные.
Оксиды металлов МехОу |
Оксиды неметалловнеМехОу |
|||
Основные |
Кислотные |
Амфотерные |
Кислотные |
Безразличные |
I, II Ме |
V-VII Me |
ZnO,BeO,Al2O3, Fe2O3, Cr2O3 |
> II неМе |
I, II неМе CO, NO, N2O |
1). Основные оксиды – это оксиды, которым соответствуют основания. К основным оксидам относятся оксиды металлов 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 оксидов (по растворимости в воде)
Кислотные оксиды |
Основные оксиды |
Амфотерные оксиды |
Растворимы в воде. Исключение –SiO2 (не растворим в воде) |
В воде растворяются только оксиды щелочных и щелочноземельных металлов (это металлы I «А» и II «А» групп, исключение Be ,Mg) |
С водой не взаимодействуют. В воде не растворимы |
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, CO2, N2O, FeO,SO3, Na2SO4, ZnO, CaCO3, Mn2O7, CuO, KOH, CO, Fe(OH)3
Выпишите оксиды и классифицируйте их.
V. Получение оксидов
Тренажёр: “Взаимодействие кислорода с простыми веществами”
1. Горение веществ (окисление кислородом) |
а) простых веществ |
2Mg +O2=2MgO |
б) сложных веществ |
2H2S+3O2=2H2O+2SO2 |
|
2.Разложение сложных веществ (используйте таблицу кислот, см. приложения) |
а) солей СОЛЬt= ОСНОВНЫЙ ОКСИД+КИСЛОТНЫЙ ОКСИД |
СaCO3= CaO+CO2 |
б) Нерастворимых оснований Ме(ОН)n t= MexOy + H2O |
Cu(OH)2 t= CuO+H2O |
|
в) кислородсодержащих кислот НnA = КИСЛОТНЫЙ ОКСИД + H2O |
H2SO3= H2O+SO2 |
VI. 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.).
VII. Химические свойства оксидов
1. Химические свойства основных оксидов 1. Основной оксид + Кислотный оксид = Соль (р. соединения) CaO + SO2 = CaSO3 2. Основной оксид + Кислота = Соль + Н2О (р. обмена) Опыт: “Взаимодействие основных оксидов с кислотами” 3K2O + 2H3PO4 = 2K3PO4 + 3H2O 3. Основной оксид + Вода = Щёлочь (р. соединения) Опыт: “Взаимодействие основного оксида со щелочью” Na2O + H2O = 2NaOH |
2. Химические свойства кислотных оксидов 1. Кислотный оксид + Вода = Кислота (р. соединения) Опыт: “Взаимодействие кислотного оксида с водой” 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 |
3. 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) |
VIII. 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.
IX. Задания для закрепления
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, CO2, N2O, FeO, SO3, Na2SO4, ZnO, CaCO3, Mn2O7, CuO, KOH, CO, Fe(OH)3
Выберите из перечня: основные оксиды, кислотные оксиды, безразличные оксиды, амфотерные оксиды и дайте им названия.
3. Закончите УХР, укажите тип реакции, назовите продукты реакции
Na2O + H2O =
N2O5 + H2O =
CaO + HNO3 =
NaOH + P2O5 =
K2O + CO2 =
Cu(OH)2 = ? + ?
4. Осуществите превращения по схеме:
1) K→K2O→KOH→K2SO4
2) S→SO2→H2SO3→Na2SO3
3) P→P2O5→H3PO4→K3PO4
ЦОРы
Видео презентация: “Оксиды”
Тренажер “Взаимодействие кислорода с простыми веществами”
Видео: “Взаимодействие основного оксида с кислотой”
Амфотерные оксиды и гидроксиды
I. Амфотерные соединения
Оксиды и гидроксиды, которые способны реагировать и с кислотами, и со щелочами, называют амфотерными.
Химические элементы, которым соответствуют амфотерные оксиды и гидроксиды, обладают переходными химическими свойствами, не относящимися ни к металлам, ни к неметаллам, их называют амфотерными.
а) 2Al(OH)3 + 3SO3 = Al2(SO4)3 + 3H2O
Al2O3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O
б) 2Al(OH)3 + Na2O = 2NaAlO2 + 3H2O (алюминат натрия)
Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O
Al(OH)3 ↔ H3AlO3 (ортоалюминиевая кислота) –H2O↔ HAlO2 (метаалюминиевая кислота), здесь AlO2 (I) – одновалентный кислотный остаток метаалюминат
Видео: "Амфотерные свойства гидроксида алюминия"
Видео: "Получение и химические свойства амфотерных гидроксидов"
Тренажёр: "Амфотерные свойства оксида алюминия"
Тренажёр - виртуальная лаборатория: "Амфотерные свойства оксида алюминия"
Так, гидроксид и оксид алюминия в реакциях (а) проявляют свойства основныхгидроксидов и оксидов, т.е. реагируют с кислотными гидроксидом и оксидом, образуя соответствующую соль - сульфат алюминия Al2(SO4)3, тогда как в реакциях (б) они же проявляют свойства кислотных гидроксидов и оксидов, т.е. реагируют с основными гидроксидом и оксидом, образуя соль - метаалюминат натрия NaAlO2. Если указанные реакции протекают в водном растворе: Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4] – тетраалюминат натрия
Другой пример,
а) Zn(OH)2 + SO3 = ZnSO4 + H2O
ZnO + H2SO4 = H2O + ZnSO4
б) Zn(OH)2 + Na2O = Na2ZnO2 + H2O (цинканат натрия)
Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4] – тетрацинканат натрия
ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2O
Zn(OH)2↔H2ZnO2,
здесь ZnO2(II) – двухвалентный кислотный остаток цинкат
ЦОРы
Видео: "Амфотерные свойства гидроксида алюминия"
Видео: "Получение и химические свойства амфотерных гидроксидов"