Print bookPrint book

§ 3. Основные классы неорганических соединений

Site: Профильное обучение
Course: Химия. 11 класс
Book: § 3. Основные классы неорганических соединений
Printed by: Guest user
Date: Thursday, 23 May 2024, 9:23 PM

Изучаемые вещества классифицируют с учётом состава, строения, свойств и других критериев. Основными классами простых веществ являются металлы и неметаллы, сложных — оксиды, кислоты, основания и соли. Их состав, свойства и способы получения вы изучали ранее. В данном параграфе вспомним принципы номенклатуры и классификации веществ (рис. 6).

Рис. 6. Классы неорганических веществ
Рис. 6. Классы неорганических веществ
ul

Неорганические вещества принято делить на классы (рис. 6.1). В каждом из классов объединяют вещества, сходные по составу, строению, свойствам. Согласно одной из общепринятых классификаций, различают простые (металлы и неметаллы) и сложные вещества. Важнейшими классами сложных неорганических веществ являются оксиды, кислоты, основания и соли. Как вам известно, основания и кислородсодержащие кислоты имеют общее название — гидроксиды.

img
Рис. 6.1. Важнейшие классы неорганических соединений
Повышенный уровень
§ 3.1
Повышенный уровень
§ 3.2
Повышенный уровень
§ 3.3
Повышенный уровень
§ 3.4
Повышенный уровень
§ 3.5

Металлы — простые твёрдые при комнатной температуре вещества (за исключением жидкой ртути), обладающие пластичностью и теплопроводностью, высокой электропроводностью. Полированные поверхности металлов всегда блестящие.

Неметаллы — простые твёрдые, жидкие или газообразные при комнатной температуре вещества. В твёрдом состоянии они, как правило, непластичные или даже хрупкие, плохо проводят тепло и электрический ток.

Оксиды — сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород (ЭхОу).

Оксиды металлов при нормальных условиях — твёрдые вещества. Оксиды неметаллов при этих же условиях могут быть в твёрдом, жидком и газообразном состояниях.

Кислород в оксидах проявляет степень окисления –2: straight C with plus 4 on top stack straight O subscript 2 with negative 2 on top (оксид углерода(IV), Ca with plus 2 on top straight O with negative 2 on top (оксид кальция).

img

Напомним: если атомы элемента могут существовать в разных положительных степенях окисления, эту степень в названиях или формулах оксидов, оснований, солей указывают римскими цифрами. Их ставят в скобках после названия соответствующего элемента, например: оксид железа(III), гидроксид железа(II), хлорид железа(II).

Различают солеобразующие (кислотные, амфотерные, осно́вные) и несолеобразующие оксиды (рис. 7).

Рис. 7. Классификация оксидов
Рис. 7. Классификация оксидов

К кислотным относятся оксиды, которым соответствуют кислоты. Кислотные оксиды реагируют со щелочами с образованием соли и воды:

straight С with plus 4 on top straight О subscript 2 space plus space Са left parenthesis ОН right parenthesis subscript 2 space equals space Ca straight С with plus 4 on top straight О subscript 3 space plus space straight H subscript 2 straight O.

Кислотным оксидам соответствуют кислородсодержащие кислоты: оксиду straight С with plus 4 on top straight О subscript 2соответствует кислота straight H straight С with plus 4 on top straight О subscript 3 (степени окисления углерода одинаковы в оксиде и кислоте).

К осно́вным относятся оксиды, которым соответствуют основания. Основные оксиды реагируют с кислотами с образованием соли и воды:

Ca with plus 2 on top straight О space plus space 2 HCl space equals space Ca with plus 2 on top Cl subscript 2 plus space straight H subscript 2 straight O.

Основным оксидам соответствуют основания. Например, оксиду Ca with plus 2 on top straight O соответствует основание Ca with plus 2 on top left parenthesis OH right parenthesis subscript 2.

Амфотерные оксиды реагируют и с кислотами, и со щелочами:

ZnО space plus space 2 НСl space equals space ZnCl subscript 2 plus space straight H subscript 2 straight O semicolon

ZnO space plus space 2 NaOH subscript left parenthesis тв right parenthesis end subscript stack space equals space with t on top Na subscript 2 ZnO subscript 2 plus space straight H subscript 2 straight O upwards arrow(при сплавлении).

Реакции амфотерных оксидов со щелочами могут протекать не только при сплавлении, но и в растворе:

ZnО space plus space straight H subscript 2 straight O space plus space 2 NaOH subscript left parenthesis straight р minus straight р right parenthesis end subscript space equals space Na subscript 2 left square bracket Zn left parenthesis OH right parenthesis subscript 4 right square bracket.

Соединение Na subscript 2 left square bracket Zn left parenthesis OH right parenthesis subscript 4 right square bracket относят к классу комплексных соединений. Дополнительные сведения о таких соединениях приведены в конце данного параграфа, а также в материале о свойствах амфотерных оксидов и гидроксидов в главе II и металлов в главе VII.

К несолеобразующим оксидам относят straight C with plus 2 on top straight O comma space straight N with plus 1 on top subscript 2 straight O comma space straight N with plus 2 on top straight O.При комнатной температуре они не реагируют ни с кислотами, ни со щелочами.

Кислотами называют сложные вещества, содержащие атомы водорода и кислотные остатки, причём атомы водорода способны замещаться атомами металлов.

Кислоты также определяют как электролиты, при диссоциации которых в водных растворах в качестве катионов образуются только катионы водорода H+:

HCl rightwards arrow straight H to the power of plus plus space Cl to the power of minus semicolon space НNO subscript 2 rightwards arrow over leftwards arrow space straight H to the power of plus plus space NO subscript 2 superscript minus.

В таблицах 1 и 2 приведён состав и дана классификация кислот по различным признакам.

Таблица 1. Названия некоторых кислот и их солей

Бескислородные кислоты Кислородсодержащие кислоты(гидроксиды)
Химическая формула Название кислоты Название соли Химическая формула Название кислоты Название соли
HI Йодоводородная Йодид HNO3 Азотная Нитрат
HBr Бромоводородная Бромид HNO2 Азотистая Нитрит
HCl Хлороводородная Хлорид Н2SO4 Серная Сульфат
HF Фтороводородная Фторид H2SO3 Сернистая Сульфит
H2S Сероводородная Сульфид H3PO4 Фосфорная Фосфат
H2CO3 Угольная Карбонат
Н2SiO3 Кремниевая Силикат
НСlO4 Хлорная Хлорная

Таблица 2. Классификация кислот

Признак классификации Классификационные группы Примеры
По происхождению Неорганические (минеральные) НCl, H2SO4, HNO3
Органические (карбоновые) HCOOH, CH3COOH, C17H35COOH
По наличию атомов кислорода Кислородсодержащие H3PO4, H2SO4, H2CO3
Бескислородные HCl, H2S, HF
По числу атомов водорода, способных замещаться атомами металлов Одноосно́вные HNO3, HF, НCl, CH3COOH
Многоосно́вные (двухосно́вные, трёхосно́вные) H2SO4, H2SO3, H2CO3, H3PO4
По силе (способности диссоциировать на ионы в водном растворе) Сильные H2SO4, HNO3, НCl, HClO4
Слабые H2S, H2SiO3, CH3COOH

Основания — сложные вещества, состоящие из атомов металлов и гидроксогрупп ОН: гидроксид натрия NaOH, гидроксид железа(II) Fe(OH)2.

Основания — это электролиты, при диссоциации которых в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы ОН:

NaOH space rightwards arrow space Na to the power of plus space end exponent plus space OH to the power of – semicolon space space space space space space space space space space space space space Ca left parenthesis ОН right parenthesis subscript 2 rightwards arrow Ca to the power of 2 plus space end exponent plus space 2 OH to the power of –.

Все основания реагируют с кислотами, образуя соль и воду (реакция нейтрализации):

Мg left parenthesis OН right parenthesis subscript 2 space plus space 2 HCl space equals space MgCl subscript 2 space plus space 2 straight H subscript 2 straight O.

В основе классификации оснований лежат следующие признаки.

1. Число групп ОН. По числу групп ОН, приходящихся на один атом металла, различают однокислотные (NaOH, KOH, LiOH) и многокислотные (Mg(OH)2, Ca(OH)2, Fe(OH)2) основания.

2. Растворимость в воде. Гидроксиды металлов — твёрдые вещества. Водный раствор аммиака — гидрат аммиака (NH3 · H2O) — также обладает основными свойствами и диссоциирует с образованием гидроксид-ионов. Для того чтобы подчеркнуть это свойство, формулу гидрата аммиака часто записывают в привычном для оснований виде — NH4OH. По растворимости в воде неорганические основания делят на растворимые (щёлочи) и нерастворимые.

Щёлочи — это растворимые в воде основания. К щелочам относят растворимые гидроксиды всех элементов IА-группы и щёлочноземельных металлов: стронция, бария, радия, включая малорастворимый гидроксид кальция.

Амфотерные гидроксиды Zn(OH)2, Be(OH)2, Al(OH)3, подобно соответствующим им оксидам, реагируют как с кислотами, так и со щелочами. Взаимодействие со щелочами возможно в расплавах и растворах:

Al left parenthesis ОН right parenthesis subscript 3 space plus space 3 HCl space equals space AlCl subscript 3 space plus space 3 straight H subscript 2 straight O semicolon

Al left parenthesis ОН right parenthesis subscript 3 space plus space NaOH subscript left parenthesis тв right parenthesis end subscript stack space equals with t on top space NaAlO subscript 2 space plus space 2 straight H subscript 2 straight O (сплавление);

Al left parenthesis ОН right parenthesis subscript 3 space plus space 3 NaOH space equals space Na subscript 3 left square bracket Al left parenthesis OH right parenthesis subscript 6 right square bracket (раствор).

Соли — это сложные вещества, состоящие из атомов металлов и кислотных остатков.

С точки зрения теории электролитической диссоциации солями называют сложные вещества, при диссоциации которых образуются катионы металлов и анионы кислотных остатков:

Na subscript 2 SO subscript 4 rightwards arrow space 2 Na to the power of plus space plus space SO subscript 4 superscript 2 minus end superscript.

К солям относят также соединения, содержащие ион аммония и кислотный остаток (хлорид аммония NH4Cl, сульфат аммония (NH4)2SO4 и др.)

В основе систематических названий солей лежат названия кислотного остатка и металла с указанием в скобках римскими цифрами степени окисления атомов металла, если она может иметь разные значения. Например, MgSO4 — сульфат магния, FeCl2 — хлорид железа(II), Fe2(SO4)3 — сульфат железа(III).

В зависимости от полноты замещения атомов водорода в кислотах различают средние и кислые соли.

Кислые соли могут образовывать многоосно́вные кислоты (Н2SO4, Н2СO3, Н2S, Н3РO4) при частичном замещении атомов водорода в их молекулах. Наличие в составе кислой соли атомов водорода отражается в названии, например NaHCO3 — гидрокарбонат натрия (питьевая сода), Са(НСО3)2 — гидрокарбонат кальция, NaH2PO4 — дигидрофосфат натрия, NaHSO4 — гидроcульфат натрия.

На следующей схеме показана возможность полного и неполного замещения.

img
img

При неполном замещении гидроксогрупп в основании на кислотные остатки образуются осно́вные соли. В качестве примера основных солей можно привести Al(OH)2NO3. Эту соль можно рассматривать как продукт замещения одной группы ОН в основании Al(OH)3 на кислотный остаток begin mathsize 14px style NO subscript 3 superscript minus end style.

Отдельную группу солей образуют так называемые комплексные соединения. В курсе химии 11-го класса вы встретитесь с некоторыми из таких соединений: Na2[Zn(OH)4] — тетрагидроксоцинкат натрия, K3[Al(OH)6] — гексагидроксоалюминат калия. Они содержат комплексные ионы, которые в химических формулах заключают в квадратные скобки.

Соли, в состав которых входят молекулы воды, называют кристаллогидратами, а вода — кристаллизационной: FeSO4 · 7H2O (железный купорос, или гептагидрат сульфата железа(II)), Na2SO4 · 10H2O (глауберова соль, или декагидрат сульфата натрия).

img

Из курса органической химии вам известны соли карбоновых кислот (ацетат натрия СН3СООNa, стеарат калия C17H35COOK) и соли аминов (хлорид метиламмония СН3NH3Cl, гидросульфат фениламмония С6Н5NH3HSO4).

К основным классам простых неорганических веществ относят металлы и неметаллы, сложных — оксиды, основания, кислоты и соли.

Вопросы, задания, задачи

1. Заполните таблицу, используя формулы веществ: Fe(ОН)2, СаО, Н2SO4, SО3, СО2, NaOH, Na2SO4, НСl, Н2SO3, K3PO4, Ba(ОН)2, КСl.

Оксиды Кислоты Основания Соли

2. Выпишите формулы одноосновных кислот: H3PO4, СН3СООН, НI, H2S, HNO2.

3. Составьте формулы оксидов: а) соответствующих кислотам:

Кислота begin mathsize 14px style straight H straight N with plus 3 on top straight O subscript 2 end style begin mathsize 14px style straight H straight N with plus 5 on top straight O subscript 3 end style begin mathsize 14px style straight H subscript 3 straight P with plus 5 on top straight O subscript 4 end style begin mathsize 14px style straight H subscript 2 straight C with plus 4 on top straight O subscript 3 end style begin mathsize 14px style straight H subscript 2 straight S with plus 6 on top straight O subscript 4 end style begin mathsize 14px style straight H subscript 2 straight S with plus 4 on top straight O subscript 3 end style
Кислотный оксид

б) соответствующих основаниям:

Основание LiOH NaOH Ba(OH)2 Ca(OH)2 Fe(OH)2 Sr(OH)2
Основный оксид

4. Назовите вещества, формулы которых:

  • a) Fe2O3, Fe(ОH)2, H2S, CuCl2, SО3, H2SO3, Mn(ОH)2;
  • б) СО, КОН, МgCl2, HNO3, Fe2O3, Al2(SO4)3, Cu2O, Cu(OH)2.

5. Составьте формулы веществ:

  • а) оксид бария, гидроксид железа(III), cтеарат калия, сульфат натрия, сульфид кальция, сульфит калия;
  • б) оксид лития, оксид меди(I), гидроксид бария, фосфат кальция, фторид натрия, стеарат кальция.

6. Выберите вещества, реагирующие:

  • а) с соляной кислотой: гидроксид железа(II), окcид углерода(IV), оксид магния, гидроксид бария, хлорид бария;
  • б) с гидроксидом калия: оксид магния, оксид углерода(IV), серная кислота, хлорид натрия, хлорид железа(II).

Составьте уравнения соответствующих реакций.

7. Вычислите и сравните массовую долю натрия в его хлориде и сульфате.

8. Определите элемент Х и назовите соединение К3ХO4, массовая доля кислорода в котором равна 30,19 %.

9. Назовите вещества в схеме, составьте уравнения реакций согласно схеме:

Вa rightwards arrow with 1 on top ВаО rightwards arrow with 2 on top Вa left parenthesis OH right parenthesis subscript 2 stack rightwards arrow with 3 on top ВаСl subscript 2 rightwards arrow with 4 on top ВaCO subscript 3 rightwards arrow with 5 with HNO subscript 3 on top on top space horizontal ellipsis

10. Рассчитайте массовую долю хлора в смеси, в которой массовая доля хлорида калия составляет 67 %, хлорида натрия — 27 %, оксидов кремния и железа — 6 %.