Одним из которых является кислород в степени окисления (-2 ) .
К оксидам относятся все соединения элементов с кислородом, например Fe 2 O 3 , P 4 O 10 , кроме содержащих атомы кислорода, связанные химической связью друг с другом:
и соединения фтора с кислородом (OF 2 , O 2 F 2
), которые следует назвать не оксидами фтора, а фторидами кислорода
, так как степень окисления кислорода в них положительная.
Физические свойства оксидов
Температуры плавления и кипения оксидов меняются в очень широком интервале. При комнатной температуре они, в зависимости от типа кристаллической решетки, могут находиться в различных агрегатных состояниях. Это определяется природой химической связи в оксидах, которая может быть ионной или ковалентной полярной .
В газообразном и жидком состояниях при комнатной температуре находятся оксиды, образующие молекулярные кристаллические решетки . С увеличением полярности молекул температуры плавления и кипения повышаются (таблица 1).
Таблица 1: Температуры плавления и кипения некоторых оксидов (при давлении 101,3 кПа)
| CO 2 | CO | SO 2 | ClO 2 | SO 2 | Cl 2 O 7 | H 2 O | |
| T плавления ,⁰C | -78 (T возгонки ) | -205 | -75,46 | -59 | -16,8 | -93,4 | 0 |
| T кипения , ⁰C | -191,5 | -10,1 | 9,7 | 44,8 | 87 | 100 |
Оксиды, образующие ионные кристаллические решетки, например, CaO , BaO и другие являются твердыми веществами, имеющими очень высокие температуры плавления (>1000⁰C )/
В некоторых оксидах связи ковалентные полярные. Они образуют кристаллические решетки, где атомы связаны несколькими «мостиковыми» атомами кислорода, образуя бесконечную трехмерную сеть, например, Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , BeO и эти оксиды тоже имеют очень высокие температуры плавления.
Классификация оксидов по химическим свойствами
Несолеобразующие оксиды – оксиды, которым не соответствуют ни кислоты, ни основания.
Солеобразные оксиды – это двойные оксиды, в состав которых входят атомы одного металла в разных степенях окисления.
Металлы, проявляющие в соединениях несколько степеней окисления, образуют двойные, или солеобразные оксиды. Например, Pb 3 O 4 , Fe 3 O 4 , Mn 3 O 4 (формулы этих оксидов могут быть записаны также в виде 2PO·PbO 2 , FeO·Fe 2 O 3 , MnO·Mn 2 O 3 соответственно).
Например, Fe 3 O 4 →FeO·FeO 3
: представляет собой основной оксид FeO
химически связанный с амфотерным оксидом Fe 2 O 3
, который в данном случае проявляет свойства кислотного оксида. И Fe 3 O 4
формально можно рассматривать как соль, образованную основанием Fe(OH) 2
и кислотой
, которая не существует в природе:
От гидрата оксида свинца (IV) , как от кислоты, и Pb(OH 2) , как основания, могут быть получены два двойных оксида Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 (сурик), которые можно рассматривать как соли. Первый является свинцовой солью метасвинцовой кислоты (H 2 PbO 3 ), а второй – ортосвинцовой кислоты (H 4 PbO 4 ).
Среди оксидов, особенно среди оксидов d – элементов, много соединений переменного состава (бертолиды), содержание кислорода в которых не соответствует стехиометрическому составу, а изменяется в довольно широких пределах, например, состав оксида титана (II) TiO изменяется в пределах TiO 0,65 – TiO 1,25 .
Солеобразующие оксиды – это оксиды, которые образуют соли. Оксиды этого типа делятся на три класса: основные, амфотерные и кислотные.
Основные оксиды – оксиды, элемент которых при образовании соли или основания становится .
Кислотные оксиды – это оксиды, элемент которых при образовании соли или кислоты входит в состав .
Амфотерные оксиды – это оксиды, которые в зависимости от условий реакции могут проявлять как свойства кислотных, так и свойства основных оксидов.
При образовании солей степени окисления элементов, образующих оксиды, не изменяются
,
например:
Если при образовании соли происходит изменение степеней окисления элементов, образующих оксиды, то получившуюся соль следует отнести к соли другой кислоты или другого основания, например:
Fe 2 (SO 4) 3
представляет собой соль, образованную серной кислотой и гидроксидом железа (III)- Fe(OH) 3
, которому соответствует оксид Fe 2 O 3 .
Образовавшиеся соли являются солями азотистой (H +3
NO 2)
и азотной (H +5
NO 3)
кислот, которым соответствуют оксиды:
Закономерности изменения свойств оксидов
Увеличение степени окисления и уменьшение радиуса его иона (при этом происходит уменьшение эффективного отрицательного заряда на атоме кислорода –δ 0 ) делают оксид более кислотным. Это и объясняет закономерное изменение свойств оксидов от основных к амфотерным и далее к кислотным.
А) В одном периоде при увеличении порядкового номера происходит усиление кислотных свойств оксидов и увеличение силы соответствующих им кислот.
Таблица 2: Зависимость кислотно-основных свойств оксидов от эффективного заряда на атоме кислорода
| Оксид | Na 2 O | MgO | Al 2 O 3 | SiO 2 | P 4 O 1023 | SO 3 | Cl 2 O 7 |
| Эффективный заряд δ 0 | -0,81 | -0,42 | -0,31 | -0,23 | -0,13 | -0,06 | -0,01 |
| Кислотно- основные свойства оксида | Основный | Основный | Амфотерный | Кислотный | |||
Б)В главных подгруппах периодической системы при переходе от одного элемента к другому сверху вниз наблюдается усиление основных свойств оксидов :
В)При повышении степени окисления элемента усиливаются кислотные свойства оксидов и ослабевают основные:
Таблица 3: Зависимость кислотно-основных свойств от степени окисления металлов
Список литературы: Общая и неорганическая химия, Ю. М. Коренев, В. П. Овчаренко, 2000г
При изучении химических свойств воды вы узнали, что многие оксиды (окислы) неметаллов, вступая в реакцию с водой, образуют кислоты, например:
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + Q
Некоторые оксиды металлов, взаимодействуя с водой, образуют основания (щелочи), например:
CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 + Q
Однако свойство оксидов вступать в реакцию с водой не является общим для всех веществ этого класса. Многие оксиды, например двуокись кремния SiO 2 , оксид углерода СО, оксид азота NO, оксид меди CuO, оксид железа Fe 2 O 3 и др., не взаимодействуют с водой.
Взаимодействие оксидов с кислотами
Вам известно, что некоторые оксиды металлов вступают в реакцию с кислотами с образованием соли и воды, например:
CuO + H 2 SO 4 = CuSO 4 + H 2 O
Взаимодействие оксидов с основаниями
Некоторые оксиды (углекислый газ СO 2 , сернистый газ SO 2 , фосфорный ангидрид Р 2 O 5 и др.) не вступают в реакцию с кислотами с образованием соли и воды. Выясним: не взаимодействуют ли они с основаниями?
Сухую колбу наполним углекислым газом и насыплем в нее едкий натр NaOH. Закроем колбу резиновой пробкой с вставленной в нее стеклянной трубкой и надетой на ее свободный конец резиновой трубкой с зажимом. Прикоснувшись рукой к колбе, мы ощутим разогревание стекла. На внутренних стенках колбы появились капли воды. Все это – признаки химической реакции . Если углекислый газ вступил в реакцию с едким натром, то можно предполагать, что в колбе создалось разрежение. Чтобы это проверить, после того когда колба охладится до комнатной температуры, опустим конец резиновой трубки прибора в кристаллизатор с водой и откроем зажим. Вода быстро устремится в колбу. Наше предположение о разрежении в колбе подтвердилось – углекислый газ взаимодействует с едким натром. Одним из продуктов реакции является вода. Каков состав образовавшегося твердого вещества?
NaOH + CO 2 = H 2 O + ? + Q
Известно, что углекислому газу соответствует гидрат оксида (окисла) – угольная кислота Н 2 СO 3 . Образовавшееся в колбе твердое вещество – соль угольной кислоты – углекислый натрий Na 2 CO 3 .
Для образования молекулы углекислого натрия потребуется две молекулы едкого натра:
2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O + Q
При взаимодействии углекислого газа с едким натром получилась соль углекислый натрий Na 2 CO 3 и вода.
Помимо углекислого газа, есть еще многие оксиды (окислы) (SO 2 , SO 3 , SiO 2 , Р 2 O 5 и др.), которые взаимодействуют со щелочами с образованием соли и воды.
К кислотным оксидам относятся:
- все оксиды неметаллов, кроме несолеобразующих (NO, SiO, CO, N 2 O);
- оксиды металлов, в которых валентность металла достаточно высока (V или выше).
Примерами кислотных оксидов служат P 2 O 5 , SiO 2 , B 2 O 3 , TeO 3 , I 2 O 5 , V 2 O 5 , CrO 3 , Mn 2 O 7 . Хотелось бы еще раз обратить внимание, что оксиды металлов также могут относиться к кислотным. Известная школьная присказка "Оксиды металлов - основные, неметаллов - кислотные!" - это, извините, полная чушь.
К основным оксидам относятся окислы металлов, для которых одновременно выполнены два условия:
- валентность металла в соединении не очень высока (по крайней мере, не превосходит IV);
- вещество не относится к амфотерным оксидам.
Типичными примерами основными оксидами служат Na 2 O, CaO, BaO и другие оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, FeO, CrO, CuO, Ag 2 O, NiO и т. д.
Итак, подведем итоги. Оксиды неметаллов могут быть:
- кислотными (и таковых подавляющее большинство);
- несолеобразующими (соответствующие 4 формулы следует просто запомнить).
- основными (если степень окисления металла не очень высока);
- кислотными (если степень окисления металла +5 или выше);
- амфотерными (следует запомнить несколько формул, но понимать, что приведенный в первой части список не является исчерпывающим).
А теперь небольшой тест, чтобы проверить, насколько хорошо вы усвоили тему "Классификация оксидов". Если результат теста будет ниже 3 баллов, рекомендую еще раз внимательно прочитать статью.
|
Способы получения. |
Ограничения и примечания |
|
|
1. Окисление простых веществ: |
а) металлов: 2Ca + O 2 2CaO б) неметаллов: 4P + 3O 2 (нед) 2P 2 O 3 4P + 5O 2 (изб) 2P 2 O 5 (Из S – SO 2 , из Fe – Fe 2 O 3 и Fe 3 O 4 , из N 2 – NO) |
С кислородом не реагируют галогены, инертные газы, Au, Pt. Азот реагирует в жестких условиях (2000°C). |
|
2. Окисление сложных веществ: |
а) водородных соединений: 2Н 2 S + 3O 2 2H 2 O + 2SO 2 б) сульфидов, карбидов, фосфидов (бинарных соединений): 2ZnS + 3O 2 2ZnO + 2SO 2 |
Каждый элемент сложного вещества окисляется в соответствии со своими свойствами. |
|
3. Разложение гидроксидов и солей: |
а) гидроксидов (оснований и кислот):2Al(OH) 3 → t Al 2 O 3 + 3H 2 O H 2 SiO 3 → t SiO 2 + H 2 O б) карбонатов: СаСО 3 → t CaO+CO 2 |
Гидроксиды и карбонаты щелочных металлов (Na,K, Rb,Cs) не разлагаются. |
|
4. Окисление кислородом или озоном |
а) кислородом: 2СО + О 2 2СО 2 б) озоном: NO + O 3 NO 2 + O 2 |
Возможна, если элемент имеет несколько оксидов (сера, фосфор, углерод, азот, железо). |
Свойства оксидов.
Основные оксиды – оксиды, которым соответствуют основания. Это оксиды металлов со степенями окисления +1 и +2, кроме амфотерных (ZnO, BeO, SnO, PbO)
Свойства основных оксидов.
|
Свойства |
Примеры реакций |
Ограничения и примечания |
|
1) Реакция с растворами кислот |
Li 2 O + 2HCl= 2LiCl+ H 2 O NiO + H 2 SO 4 = NiSO 4 + H 2 O |
Кислота должна существовать в виде раствора (не реагируют кремниевая, сероводородная, угольная) |
|
2) Реакция с водой |
Li 2 O + H 2 O = 2LiOH BaO + H 2 O = Ba(OH) 2 (только 8 оксидов: IA группа, СаО, SrO, ВаО) |
Оксид реагирует с водой, только если в результате образуется растворимый гидроксид (щелочь). |
|
3) Реакция с кислотными и амфотерными оксидами |
BaO + CO 2 = BaCO 3 , FeO + SO 3 = FeSO 4 , CuO + N 2 O 5 = Cu(NO 3) 2 СаО + SO 2 = CaSO 3 |
Один из реагирующих оксидов (основный или кислотный) должен соответствовать сильному гидроксиду. |
|
4) Восстановление оксида до металла или до низшего оксида : |
MnO + C = Mn + CO (при нагревании), FeO + H 2 = Fe + H 2 O (при нагревании). Fe 2 O 3 + CO = FeO + CO 2 |
В качестве восстановителей используют: СО, С, водород, алюминий, магний. С водородом реагируют оксиды неактивных металлов. |
|
5) Окисление кислородом. |
4FeO + O 2 = 2Fe 2 O 3 |
Если металл имеет несколько оксидов с разными степенями окисления. |
Кислотные оксиды – оксиды, которым соответствуют кислоты.
Кислотные оксиды при комнатной температуре бывают:
*газы (например: СО 2 , SO 2 , NO, SeO 2)*жидкости (например, SO 3 , Mn 2 O 7) *твердые вещества (например: B 2 O 3 , SiO 2 , N 2 O 5 , P 2 O 3 , P 2 O 5 , I 2 O 5 , CrO 3).
Свойства кислотных оксидов.
|
Свойства |
Примеры реакций |
Примечания |
|
1) Реакция с основа - ниями |
CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 + H 2 O SiO 2 + 2KOH = K 2 SiO 3 + H 2 O (при нагревании), SO 3 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + H 2 O, N 2 O 5 + 2KOH = 2KNO 3 + H 2 O. |
Реакция возможна со щелочами. Наиболее активные кислотные оксиды (SO 3 , CrO 3 , N 2 O 5 , Cl 2 O 7) могут реагировать и с нерастворимыми (слабыми) основаниями. |
|
2) Реакция с амфотер-ными и основными оксидами |
CO 2 + CaO = CaCO 3 P 2 O 5 + 6FeO = 2Fe 3 (PO 4) 2 (при нагревании) N 2 O 5 + ZnO = Zn(NO 3) 2 |
Один из реагирующих оксидов (основный или кислотный) должен соответствовать сильному гидроксиду . |
|
3) Реакция с водой. Образуют - ся КИСЛОТЫ. |
N 2 O 3 + H 2 O = 2HNO 2 SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3 N 2 O 5 + H 2 O = 2HNO 3 SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 |
Оксид реагирует с водой, если в результате образуется растворимый гидроксид. Не реагирует с водой SiO 2 . |
|
4) Реакции с солями летучих кислот. |
SiO 2 + K 2 CO 3 = K 2 SiO 3 + CO 2 (при нагревании) |
Твёрдые, нелетучие оксиды (SiO 2 ,P 2 O 5) вытесняют из солей летучие. |
|
5) Окисле - ние. |
2SO 2 + O 2 ⇆ 2SO 3 |
Низшие оксиды окисляются до высших. |
Амфотерные оксиды – оксиды, способные реагировать и с кислотами, и со щелочами. По химическим свойствам амфотерные оксиды похожи на основные оксиды и отличаются от них только своей способностью реагировать с щелочами , как с твердыми (при сплавлении), так и с растворами, а также с основными оксидами.
Вещества, образуемые катионами амфотерных металлов в щелочной среде:
|
Степень окисления |
В растворе |
В расплаве |
|
(Zn , Be , Sn ) |
Na 2 [ Zn (OH ) 4 ] тетрагидроксоцинкат натрия |
Na 2 ZnO 2 цинкат натрия |
|
(Al , Cr , Fe * ) |
Na [ Al (OH ) 4 ] тетрагидроксоалюминат натрия Na 3 [ Al (OH ) 6 ] гексагидроксоалюминат натрия |
NaAlO 2 метаалюминат натрия и Na 3 AlO 3 ортоалюминат натрия |
|
*) железо не образует устойчивых гидроксокомплексов, амфотерно только в расплаве, образуя NaFeO 2 |
||
СВОЙСТВА АМФОТЕРНЫХ ОКСИДОВ.
|
Примеры реакций |
Примечания |
|
|
1) Реагируют с кислотами , так же, как основные оксиды – образуются соли. |
ZnO + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 O Al 2 O 3 + 6HNO 3 = 2Al(NO 3) 3 +3H 2 O |
Только с сильными кислотами |
|
2) Взаимодействуют с растворами щелочей – образуются растворы гидроксокомплексов. |
Al 2 O 3 + 2KOH +3H 2 O = 2K или K 3 ZnO +2NaOH +H 2 O=Na 2 | |
|
3) Реагируют с расплавами щелочей – образуя соли, при этом проявляют свойства кислотных оксидов. |
Al 2 O 3 + 2KOH → t 2KAlO 2 + H 2 O (или K 3 AlO 3) ZnO + 2KOH → t K 2 ZnO 2 + H 2 O | |
|
4) При сплавлении могут взаимодействовать с карбонатами щелочных металлов , как со щелочами. |
Al 2 O 3 + Na 2 CO 3 → t 2NaAlO 2 +CO 2 (или Na 3 AlO 3) ZnO + Na 2 CO 3 → t Na 2 ZnO 2 + CO 2 |
Оксиды – сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород. В названиях оксидов сначала указывают слово оксид, затем название второго элемента, которым он образован. Какие особенности имеют кислотные оксиды, и чем они отличаются от других видов оксидов?
Классификация оксидов
Оксиды делятся на солеобразующие и несолеобразующие. Уже по названию ясно, что несолеобразующие не образуют солей. Таких оксидов немного: это вода H 2 O, фторид кислорода OF 2 (если условно его считать оксидом), угарный газ, или оксид углерода (II), монооксид углерода CO; оксиды азота (I) и (II): N 2 O (оксид диазота, веселящий газ) и NO (монооксид азота).
Солеобразующие оксиды образуют соли при взаимодействии с кислотами или щелочами. В качестве гидроксидов им соответствуют основания, амфотерные основания и кислородосодержащие кислоты. Соответственно они называются основными оксидами (например, CaO), амфотерными оксидами (Al 2 O 3) и кислотными оксидами, или ангидридами кислот (CO 2).
Рис. 1. Виды оксидов.
Часто перед учащимися встает вопрос, как отличить основной оксид от кислотного. Прежде всего необходимо обратить внимание на второй элемент рядом с кислородом. Кислотные оксиды – содержат неметалл или переходный металл (CO 2 , SO 3 , P 2 O 5) основные оксиды – содержат металл (Na 2 O, FeO, CuO).
Основные свойства кислотных оксидов
Кислотные оксиды (ангидриды) – вещества, которые проявляют кислотные свойства и образуют кислородосодержащие кислоты. Следовательно, кислотным оксидам соответствуют кислоты. Например, кислотным оксидам SO 2 ,SO 3 соответствуют кислоты H 2 SO 3 и H 2 SO 4 .
Рис. 2. Кислотные оксиды с соответствующими кислотами.
Кислотные оксиды, образуемые неметаллами и металлами с переменной валентностью в высшей степени окисления (например, SO 3 , Мn 2 O 7), реагируют с основными оксидами и щелочами, образуя соли:
SO 3 (кислотный оксид)+CaO (основной оксид)=СaSO 4 (соль);
Типичными реакциями являются взаимодействие кислотных оксидов с основаниями в результате чего образуется соль и вода:
Mn 2 O 7 (кислотный оксид)+2KOH (щелочь)=2KMnO 4 (соль)+H 2 O (вода)
Все кислотные оксиды, кроме диоксида кремния SiO 2 (кремниевый ангидрид, кремнезем), реагируют с водой, образуя кислоты:
SO 3 (кислотный оксид)+H 2 O (вода)=H 2 SO 4 (кислота)
Кислотные оксиды образуются при взаимодействии с кислородом простых и сложных веществ (S+O 2 =SO 2), либо при разложении в результате нагревания сложных веществ, содержащих кислород, – кислот, нерастворимых оснований, солей (H 2 SiO 3 =SiO 2 +H 2 O).
Список кислотных оксидов:
| Название кислотного оксида | Формула кислотного оксида | Свойства кислотного оксида |
| Оксид серы (IV) | SO 2 | бесцветный токсичный газ с резким запахом |
| Оксид серы (VI) | SO 3 | легколетучая безцветная токсичная жидкость |
| Оксид углерода (IV) | CO 2 | бесцветный газ без запаха |
| Оксид кремния (IV) | SiO 2 | бесцветные кристаллы, обладающие прочностью |
| Оксид фосфора (V) | P 2 O 5 | белый легковозгораемый порошок с неприятным запахом |
| Оксид азота (V) | N 2 O 5 | вещество, состоящее из бесцветных летучих кристаллов |
| Оксид хлора (VII) | Cl 2 O 7 | бесцветная маслянистая токсичная жидкость |
| Оксид марганца (VII) | Mn 2 O 7 | жидкость с металлическим блеском, являющаяся сильным окислителем. |
Загрузка...
