Как определить какой оксид обладает высшими свойствами
Каждый школьник встречался с понятием «оксид» на уроках химии. От одного этого слова предмет начинал казаться чем-то неописуемо страшным. Но ничего страшного здесь нет. Высшие оксиды – это вещества, в которых содержатся соединения простых веществ с кислородом (в степени окисления -2). Стоит отметить, что они реагируют с:
- O2 (кислородом), в том случае, если элемент стоит не в высшей СО. К примеру, SO2 реагирует с кислородом (т. к. СО равна +4), а SO3 — нет (т. к. стоит в наивысшей степени окисления +6).
- H2 (водород) и C (углерод). Вступают в реакцию только некоторые оксиды.
- Водой в том случае, если получается растворимая щелочь или кислота.
Все оксиды вступают в реакцию с солями и неметаллами (за исключением вышеперечисленных веществ).
Стоит отметить, что некоторые вещества (например, оксид азота, оксид железа и оксид хлора) имеют свои особенности, т. е. их химические особенности могут отличаться от других субстанций.
Классификация оксидов
Они делятся на две ветки: те, кто могут образовывать соль, и те, кто образовывать ее не могут.
Примеры формул высших оксидов, которые не образуют солей: NO (окись азота двух валентная; газ без цвета, образующийся во время гроз), CO (угарный газ), N2O (оксид азота одновалентный), SiO (оксид кремния), S2O (оксид серы), вода.
Эти соединения могут реагировать с основаниями, кислотами и солеобразующими оксидами. Но при реагировании этих веществ никогда не образуется солей. Например:
CO (угарный газ) + NaOH (гидроксид натрия) = HCOONa (формиат натрия)
Солеобразующие оксиды делятся на три вида: кислотные, основания и амфотерные окислы.
Кислотные окиси
Кислотный высший оксид – это солеобразующий оксид, который соответствует кислоте. Например, у оксида серы шестивалентного (SO3) есть соответствующее ему химическое соединения – H2SO4. Эти элементы вступают в реакцию с оксидами основных и амфотерных свойств, основаниями и водой. Образуется соль или кислота.
- Со щелочными оксидами: CO2 (углекислый газ) + MgO (окись магния) = MgCO3 (горькая соль).
- С амфотерными окисями: P2О5 (окисел фосфора)+ Al2О3 (окисел алюминия) = 2AlPO4 (фосфат или ортофосфат алюминия).
- С основаниями (щелочами): CO2 (углекислый газ) + 2NaOH (едкий натр) = Na2CO3 (карбонат натрия или кальцинированная сода) + H2O (вода).
- С водой: CO2 (углекислый газ) + H2O = H2CO3 (угольная кислота, после реакции мгновенно распадается на углекислый газ и воду).
Оксиды кислот не вступают в реакцию друг с другом.
Основные оксиды
Основный высший оксид – это солеобразующий окисел металла, которому соответствует основание. Окислу кальция (CaO) соответствует гидроксид кальция (Ca(OH)2). Эти вещества взаимодействуют с окислами кислотного и амфотерного характера, кислотами (за исключением H2SiO3, так как кремниевая кислота нерастворимая) и водой.
- С кислотными оксидами: CaO (оксид кальция) + CO2 (углекислый газ) = CaCO3 (карбонат кальция или обычный мел).
- С амфотерной окисью: CaO (оксид кальция) + Al2O3 (окись алюминия) = Ca(AlO2)2 (алюминат кальция).
- С кислотами: CaO (окисел кальция) + H2SO4 (серная кислота) = CaSO4 (сульфат кальция или гипс) + H2O .
- С водой: CaO (оксид кальция) + H2O = Ca(OH)2 (гидроксид кальция или реакция гашения извести).
Не взаимодействуют между собой.
Амфотерные окиси
Амфотерный высший оксид – это окисел амфотерного металла. В зависимости от условий, он может проявить основные или кислотные свойства. Например, формулы высших оксидов, которые проявляют амфотерные свойства: ZnO (окисел цинка), Al2O3 (глинозем). Реагируют амфотерные окиси со щелочами, кислотами (так же за исключением кремниевой кислоты), основными и кислотными оксидами.
- С основаниями: ZnO (окисел цинка) + 2NaOH (основание натрия) = Na2ZnO2 (двойная соль цинка и натрия)+ H2O.
- С кислотами: Al2O3 (алюминия оксид) + 6HCl (соляная кислота) = 2AlCl3 (хлорид алюминия или хлористый алюминий) + 3H2O.
- С кислотными оксидами: Al2O3 (окисел алюминия) + 3SO3 (окисел серы шестивалентный) = Al2(SO4)3 (алюминиевые квасцы).
- С окислами основного характера: Al2O3 (окисел алюминия) + Na2O (окись натрия) = 2NaAlO2 (алюминат натрия).
Элементы высших оксидов амфотерного характера не взаимодействуют между собой и с водой.
Запрос «Окись» перенаправляется сюда; об одноимённом фильме см. Окись (фильм).
Окси́д (синонимы: о́кисел, о́кись) — бинарное соединение химического элемента с кислородом в степени окисления −2, в котором сам кислород связан только с менее электроотрицательным элементом. Химический элемент кислород по электроотрицательности второй после фтора, поэтому к оксидам относятся почти все соединения химических элементов с кислородом. К исключениям относятся, например, дифторид кислорода OF2.
Оксиды — весьма распространённый тип соединений, содержащихся в земной коре и во Вселенной вообще. Примерами таких соединений являются ржавчина, вода, песок, углекислый газ, ряд красителей. Оксидами также является класс минералов, представляющих собой соединения металла с кислородом (см. Окислы).
Соединения, которые содержат атомы кислорода, соединённые между собой, называют пероксидами или перекисями (содержат цепочку −O−O−), супероксидами (содержат группу О−
2) и озонидами (содержат группу О−
3). Они, строго говоря, не относятся к категории оксидов.
Классификация[править | править код]
В зависимости от химических свойств различают:
- Солеобразующие оксиды:
- основные оксиды (например, оксид натрия Na2O, оксид меди(II) CuO): оксиды металлов, степень окисления которых I—II;
- кислотные оксиды (например, оксид серы(VI) SO3, оксид азота(IV) NO2): оксиды металлов со степенью окисления V—VII и оксиды неметаллов;
- амфотерные оксиды (например, оксид цинка ZnO, оксид алюминия Al2О3): оксиды металлов со степенью окисления III—IV и исключения (ZnO, BeO, SnO, PbO);
- Несолеобразующие оксиды: оксид углерода(II) СО, оксид азота(I) N2O, оксид азота(II) NO, оксид кремния(II) SiO.
Существуют сложные оксиды, включающие в молекулу атомы двух и более элементов, кроме кислорода — например, оксид лития-кобальта(III) Li2O·Co2O3, и двойные оксиды, в которые атомы одного и того же элемента входят в двух или более степенях окисления — например, оксид марганца(II,IV) Mn5O8. Во многих случаях такие оксиды могут рассматриваться как соли кислородсодержащих кислот. Так, оксид лития-кобальта(III) можно рассматривать как кобальтит лития Li2Co2O4, а оксид марганца(II,IV) — как ортоманганит марганца Mn3(MnO4)2.
Номенклатура[править | править код]
В соответствии с номенклатурой ИЮПАК, оксиды называют словом «оксид», после которого следует наименование химического элемента в родительном падеже, например: Na2O — оксид натрия, Al2O3 — оксид алюминия. Если элемент имеет переменную степень окисления, то в названии оксида указывается его степень окисления римской цифрой в скобках сразу после названия (без пробела). Например, Cu2О — оксид меди(I), CuO — оксид меди(II), FeO — оксид железа(II), Fe2О3 — оксид железа(III), Cl2O7 — оксид хлора(VII).
Часто используют и другие наименования оксидов по числу атомов кислорода: если оксид содержит только один атом кислорода, то его называют монооксидом или одноокисью, если два — диоксидом или двуокисью, если три — то триоксидом или триокисью и т. д. Например: монооксид углерода CO, диоксид углерода СО2, триоксид серы SO3.
Также распространены исторически сложившиеся (тривиальные) названия оксидов, например угарный газ CO, серный ангидрид SO3 и т. д.
В начале XIX века и ранее тугоплавкие, практически не растворимые в воде оксиды химики называли «землями».
Традиционная номенклатура[править | править код]
Оксиды с низшими степенями окисления (субоксиды) иногда называют закись и недокись (например, оксид углерода(II), CO — закись углерода; диоксид триуглерода, C3O2 — недокись углерода[1]; оксид азота(I), N2O — закись азота; оксид меди(I), Cu2O — закись меди).
Оксиды с высшими степенями окисления (например, оксид железа(III), Fe2O3) называют в соответствии с этой номенклатурой окись, а двойные (то есть с разными степенями окисления) оксиды — закись-окись (Fe3O4 = FeO·Fe2O3 — закись-окись железа, оксид урана(VI)-диурана(V), U3O8 — закись-окись урана).
Если какой-нибудь металл дает один основной окисел, то последний называют окисью, например окись кальция, окись магния и пр.; если их существует два, то окисел с меньшим содержанием кислорода называется закисью, например закись железа FeO и окись Fe2O3. Окись с меньшим содержанием кислорода, чем в закиси, называется недокисью
Эта номенклатура, однако, не отличается последовательностью, поэтому такие названия следует рассматривать скорее как традиционные.
Свойства[править | править код]
- При взаимодействии кислотного оксида с основным образуется соль.
- Оксиды взаимодействуют с водой, если образуется растворимая кислота или растворимое основание.
- Основные оксиды взаимодействуют с кислотами, а кислотные с основаниями.
Основные оксиды[править | править код]
1. Основный оксид + сильная кислота → соль + вода
2. Сильноосновный оксид + вода → гидроксид
3. Сильноосновный оксид + кислотный оксид → соль
4. Основный оксид + водород → металл + вода
Примечание: металл менее активный, чем алюминий.
Кислотные оксиды[править | править код]
1. Кислотный оксид + вода → кислота
Некоторые оксиды, например SiO2, с водой не вступают в реакцию, поэтому их кислоты получают косвенным путём.
2. Кислотный оксид + основный оксид → соль
3. Кислотный оксид + основание → соль + вода
Если кислотный оксид является ангидридом многоосновной кислоты, возможно образование кислых или средних солей:
4. Нелетучий оксид + соль1 → соль2 + летучий оксид
5. Ангидрид кислоты 1 + безводная кислородосодержащая кислота 2 → Ангидрид кислоты 2 + безводная кислородосодержащая кислота 1
Амфотерные оксиды[править | править код]
При взаимодействии с сильной кислотой или кислотным оксидом проявляют основные свойства:
При взаимодействии с сильным основанием или основным оксидом проявляют кислотные свойства:
(в водном растворе)
(при сплавлении)
Получение[править | править код]
1. Взаимодействие простых веществ (за исключением инертных газов, золота и платины) с кислородом:
При горении в кислороде щелочных металлов (кроме лития), а также стронция и бария образуются пероксиды и надпероксиды:
2. Обжиг или горение бинарных соединений в кислороде:
3. Термическое разложение солей:
4. Термическое разложение оснований или кислот:
5. Окисление низших оксидов в высшие и восстановление высших в низшие:
6. Взаимодействие некоторых металлов с водой при высокой температуре:
7. Взаимодействие солей с кислотными оксидами при сжигании кокса с выделением летучего оксида:
8. Взаимодействие металлов с кислотами-окислителями:
9. При действии водоотнимающих веществ на кислоты и соли:
10. Взаимодействие солей слабых неустойчивых кислот с более сильными кислотами:
Примечания[править | править код]
Ссылки[править | править код]
- Таблица классификации оксидов
- Видеоурок про оксиды
Оксиды — это сложные вещества, состоящие из атомов двух элементов, один из которых — кислород со степенью окисления -2. При этом кислород связан только с менее электроотрицательным элементом.
В зависимости от второго элемента оксиды проявляют разные химические свойства. В школьном курсе оксиды традиционно делят на солеобразующие и несолеобразующие. Некоторые оксиды относят к солеобразным (двойным).
Двойные оксиды — это некоторые оксиды , образованные элементом с разными степенями окисления.
Солеобразующие оксиды делят на основные, амфотерные и кислотные.
Основные оксиды — это оксиды, обладающие характерными основными свойствами. К ним относят оксиды, образованные атомами металлов со степень окисления +1 и +2.
Кислотные оксиды — это оксиды, характеризующиеся кислотными свойствами. К ним относят оксиды, образованные атомами металлов со степенью окисления +5, +6 и +7, а также атомами неметаллов.
Амфотерные оксиды — это оксиды, характеризующиеся и основными, и кислотными свойствами. Это оксиды металлов со степенью окисления +3 и +4, а также четыре оксида со степенью окисления +2: ZnO, PbO, SnO и BeO.
Несолеобразующие оксиды не проявляют характерных основных или кислотных свойств, им не соответствуют гидроксиды. К несолеобразующим относят четыре оксида: CO, NO, N2O и SiO.
Классификация оксидов
Тренировочные тесты по теме Классификация оксидов.
Получение оксидов
Общие способы получения оксидов:
1. Взаимодействие простых веществ с кислородом:
1.1. Окисление металлов: большинство металлов окисляются кислородом до оксидов с устойчивыми степенями окисления.
Например, алюминий взаимодействует с кислородом с образованием оксида:
4Al + 3O2 → 2Al2O3
Не взаимодействуют с кислородом золото, платина, палладий.
Натрий при окислении кислородом воздуха образует преимущественно пероксид Na2O2,
2Na + O2 → 2Na2O2
Калий, цезий, рубидий образуют преимущественно пероксиды состава MeO2:
K + O2 → KO2
Примечания: металлы с переменной степенью окисления окисляются кислородом воздуха, как правило, до промежуточной степени окисления (+3):
4Fe + 3O2 → 2Fe2O3
4Cr + 3O2 → 2Cr2O3
Железо также горит с образованием железной окалины — оксида железа (II, III):
3Fe + 2O2 → Fe3O4
1.2. Окисление простых веществ-неметаллов.
Как правило, при окислении неметаллов образуется оксид неметалла с высшей степенью окисления, если кислород в избытке, или оксид неметалла с промежуточной степенью окисления, если кислород в недостатке.
Например, фосфор окисляется избытком кислорода до оксида фосфора (V), а под действием недостатка кислорода до оксида фосфора (III):
4P + 5O2(изб.) → 2P2O5
4P + 3O2(нед.) → 2P2O3
Но есть некоторые исключения.
Например, сера сгорает только до оксида серы (IV):
S + O2 → SO2
Оксид серы (VI) можно получить только окислением оксида серы (IV) в жестких условиях в присутствии катализатора:
2SO2 + O2 = 2SO3
Азот окисляется кислородом только при очень высокой температуре (около 2000оС), либо под действием электрического разряда, и только до оксида азота (II):
N2 + O2 = 2NO
Не окисляется кислородом фтор F2 (сам фтор окисляет кислород). Не взаимодействуют с кислородом прочие галогены (хлор Cl2, бром и др.), инертные газы (гелий He, неон, аргон, криптон).
2. Окисление сложных веществ (бинарных соединений): сульфидов, гидридов, фосфидов и т.д.
При окислении кислородом сложных веществ, состоящих, как правило, из двух элементов, образуется смесь оксидов этих элементов в устойчивых степенях окисления.
Например, при сжигании пирита FeS2 образуются оксид железа (III) и оксид серы (IV):
4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2
Сероводород горит с образованием оксида серы (IV) при избытке кислорода и с образованием серы при недостатке кислорода:
2H2S + 3O2(изб.) → 2H2O + 2SO2
2H2S + O2(нед.) → 2H2O + 2S
А вот аммиак горит с образованием простого вещества N2, т.к. азот реагирует с кислородом только в жестких условиях:
4NH3 + 3O2 →2N2 + 6H2O
А вот в присутствии катализатора аммиак окисляется кислородом до оксида азота (II):
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O
3. Разложение гидроксидов. Оксиды можно получить также из гидроксидов — кислот или оснований. Некоторые гидроксиды неустойчивы, и самопроизвольную распадаются на оксид и воду; для разложения некоторых других (как правило, нерастворимых в воде) гидроксидов необходимо их нагревать (прокаливать).
гидроксид → оксид + вода
Самопроизвольно разлагаются в водном растворе угольная кислота, сернистая кислота, гидроксид аммония, гидроксиды серебра (I), меди (I):
H2CO3 → H2O + CO2
H2SO3 → H2O + SO2
NH4OH → NH3 + H2O
2AgOH → Ag2O + H2O
2CuOH → Cu2O + H2O
При нагревании разлагаются на оксиды большинство нерастворимых гидроксидов — кремниевая кислота, гидроксиды тяжелых металлов — гидроксид железа (III) и др.:
H2SiO3 → H2O + SiO2
2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O
4. Еще один способ получения оксидов — разложение сложных соединений — солей.
Например, нерастворимые карбонаты и карбонат лития при нагревании разлагаются на оксиды:
Li2CO3 → CO2 + Li2O
CaCO3 → CaO + CO2
Соли, образованные сильными кислотами-окислителями (нитраты, сульфаты, перхлораты и др.), при нагревании, как правило, разлагаются с с изменением степени окисления:
2Zn(NO3)2 → 2ZnO + 4NO2 + O2
Более подробно про разложение нитратов можно прочитать в статье Окислительно-восстановительные реакции.
Химические свойства оксидов
Значительная часть химических свойств оксидов описывается схемой взаимосвязи основных классов неорганических веществ.
Химические свойства основных оксидов
Подробно про химические свойства оксидов можно прочитать в соответствующих статьях:
Химические свойства основных оксидов.
Химические свойства кислотных оксидов.
Химические свойства амфотерных оксидов.
Тема № 10.
Химические свойства оксидов: основных, амфотерных, кислотных
Рекомендуемые видеоуроки
Теоретические сведения
Оксид — бинарное соединение химического элемента с кислородом в степени окисления −2, в котором сам кислород связан только с менее электроотрицательным элементом
Номенклатура оксидов
Названия оксидов строится таким образом: сначала произносят слово «оксид», а затем называют образующий его элемент. Если элемент имеет переменную валентность, то она указывается римской цифрой в круглых скобках в конце названия:
NaI2O – оксид натрия; СаIIО – оксид кальция;
SIVO2 – оксид серы (IV); SVIO3 – оксид серы (VI).
Классификация оксидов
По химическим свойствам оксиды делятся на две группы:
1. Несолеобразующие (безразличные) – не образуют солей, например: NO, CO, H2O;
2. Солеобразующие, которые, в свою очередь, подразделяются на:
– основные – это оксиды типичных металлов со степенью окисления +1,+2 (I и II групп главных подгрупп, кроме бериллия) и оксиды металлов в минимальной степени окисления, если металл обладает переменной степенью окисления (CrO, MnO);
– кислотные – это оксиды типичных неметаллов (CO2, SO3, N2O5) и металлов в максимальной степени окисления, равной номеру группы в ПСЭ Д.И.Менделеева (CrO3, Mn2O7);
– амфотерные оксиды (обладающие как основными, так и кислотными свойствами, в зависимости от условий проведения реакции) – это оксиды металлов BeO, Al2O3, ZnO и металлов побочных подгрупп в промежуточной степени окисления (Cr2O3, MnO2).
Основные оксиды
Основными называются оксиды, которые образуют соли при взаимодействии с кислотами или кислотными оксидами.
Основным оксидам соответствуют основания.
Например, оксиду кальция CaO отвечает гидроксид кальция Ca(OH)2, оксиду кадмия CdO – гидроксид кадмия Cd(OH)2.
Химические свойства основных оксидов
1. Основные оксиды взаимодействуют с водой с образованием оснований.
Условие протекания реакции: должны образовываться растворимые основания!
Na2O + H2O → 2NaOH
CaO + H2O → Ca(OH)2
Al2O3 + H2O → реакция не протекает, так как должен образовываться Al(OH)3, который нерастворим.
2. Взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды:
CaO + H2SO4 → CaSO4 + H2O.
3. Взаимодействие с кислотными оксидами с образованием соли:
СaO + SiO2→ CaSiO3
4. Взаимодействие с амфотерными оксидами:
СaO + Al2O3 → Сa(AlO2)2
Кислотные оксиды
Кислотными называются оксиды, которые образуют соли при взаимодействии с основаниями или основными оксидами. Им соответствуют кислоты.
Например, оксиду серы (IV) соответствует сернистая кислота H2SO3.
Химические свойства кислотных оксидов
1. Взаимодействие с водой с образованием кислоты:
Условия протекания реакции: должна образовываться растворимая кислота.
P2O5 + 3H2O → 2H3PO4
2. Взаимодействие со щелочами с образованием соли и воды:
Условия протекания реакции: с кислотным оксидом взаимодействует именно щелочь, то есть растворимое основание.
SO3 + 2NaOH → Na2SO4 + H2O
3. Взаимодействие с основными оксидами с образованием солей:
SO3 + Na2O → Na2SO4
Амфотерные оксиды
Оксиды, гидратные соединения которых проявляют свойства как кислот, так и оснований, называются амфотерными.
Например: оксид алюминия Al2O3, оксид марганца (IV) MnO2.
Химические свойства амфотерных оксидов
1. C водой не взаимодействуют
2. Взаимодействие с кислотными оксидами с образованием солей при сплавлении (основные свойства):
ZnO + SiO2 → ZnSiO3
3. Взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды (основные свойства):
ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O
4. Взаимодействие с растворами и расплавами щелочей с образованием соли и воды (кислотные свойства):
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4]
Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O
5. Взаимодействие с основными оксидами (кислотные свойства):
Al2O3 + CaO → Ca(AlO2)2
Интернет-источники